新型无卤膨胀阻燃聚丙烯的制备及阻燃性能

利用有机杂环磷酸酯1, 2, 3-三(5, 5-二甲基-1, 3-二氧杂环己内磷酸酯基)苯(FR)、聚磷酸铵(APP)和三聚氰胺(MEL)制备新型无卤三源膨胀阻燃聚丙烯(IFR/PP)材料, 通过极限氧指数(LOI)、水平燃烧(UL-94)、热重分析法(TGA)、锥形量热(cone)等方法研究了IFR对聚丙烯阻燃性能影响。结果表明: 当IFR总添加质量分数为30%(FR∶APP∶MEL质量比为4∶8∶3), 阻燃IFR/PP的LOI 达到36.2%, 其热释放速率峰值(pk-HRR)、热释放速率平均值(av-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)、比消光面积平均值(av-SEA)、质量损失速率平均值(av-MLR)及一氧化碳释放率平均值(av-CO)相对未阻燃PP分别降低75.9%、71.7%、76.4%、74.6%、58.3%和50.0%, 300 s时CO释放量接近0, 呈现出良好的阻燃、抑烟和抑毒性能; SEM研究表明, IFR催化PP在燃烧初期形成了致密、坚硬的优质炭层。     

膨胀阻燃天然橡胶的阻燃性能热稳定性燃烧行为及阻燃机理

分别以聚磷酸铵/季戊四醇（IFR）和可膨胀石墨（EG）为阻燃剂制备了阻燃天然橡胶（FRNR）,对比研究了2种膨胀阻燃剂对天然橡胶阻燃性能、力学性能、热稳定性、燃烧性能的影响,并探究了造成阻燃性能差异的机理。结果表明,EG在天然橡胶中表现出更佳的阻燃效果,添加40%（质量分数）IFR的FRNR的LOI值为26.2,UL-94为Ⅴ-0级;而添加20%（质量分数）EG后,FRNR的LOI值已达到28.4,UL-94为Ⅴ-0级;IFR和EG的添加会严重恶化天然橡胶的力学性能;锥形量热的测试结果表明,EG的添加能更有效降低天然橡胶的热释放速率、总热释放量和烟气生成量,添加20%EG的FRNR的主要燃烧性能参数已优于含40%IFR的FRNR,添加40%EG的FRNR的主要燃烧性参数大幅度改善,其中热释放速率峰值由795 kW/m²降低至211 kW/m²,600 s时的总热释放量和总生烟量由116.3 MJ/m²和46.7 m²下降到35.6 MJ/m²和2.6 m²...     

不同辐照强度下阻燃聚氨酯泡沫的燃烧行为

利用锥形量热-傅里叶变换红外光谱联用仪对阻燃硬质聚氨酯泡沫材料(FRPU)在不同辐照强度下的火灾危险性进行了系统研究。研究结果表明,阻燃剂的加入能明显降低FRPU的热释放速率和总热释放量,但大大增大了FRPU的生烟速率、总生烟量和燃烧烟气中CO、HCN和HCl等有毒气体的生成量;随着辐照强度的增大,FRPU的热释放速率峰值、总热释放量、总生烟量和燃烧烟气中的CO、HCN和HCl浓度的最大值分别由131 kW/m2、8.0MJ/m2、3.8m2/m2、192.7μL/L、42.7μL/L和77.4μL/L增大到260kW/m2、39.7MJ/m2、13.8m2/m2、734.5μL/L、157.7μL/L和210.5μL/L。     

基于锥形量热仪研究聚丁二酸丁二醇酯膨胀阻燃体系的动态燃烧行为

以实验室自制的无机纳米粒子镁铝锌镧碳酸根型层状双羟基氧化物(Mg Al Zn La-CO3LDHs)为协效剂,以聚磷酸铵(APP)和三聚氰胺(MA)为复配膨胀阻燃剂(IFR),与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)熔融共混制备了PBS膨胀阻燃体系;利用锥形量热仪在25 k W/m2的热辐射条件下,研究了Mg Al Zn La-CO3LDHs对PBS膨胀阻燃体系动态燃烧行为的影响。结果表明,Mg Al Zn La-CO3LDHs的加入不仅明显降低了PBS膨胀阻燃体系的热释放速率(HRR)、烟生成速率(SPR)、质量损失速率(MLR),而且CO的释放量也得到了很好的控制,提高了体系的火灾性能指数(FPI)。Mg Al Zn La-CO3LDHs明显抑制了PBS膨胀阻燃体系的动态燃烧行为,同时表现出与膨胀阻燃剂良好的协效作用。     

分子筛对聚丙烯膨胀型阻燃体系热降解行为的研究

研究了分析筛（Zeolite 4A、13X、Mordenite、ZSM－5）在聚磷酸铵／季戊四醇（APP／PER）膨胀阻燃剂中的热降解行为。TG研究表明，APP／PER体系加入分子筛后，体系的热失重速率峰值降低，热失重速率峰发生了位移。将APP／PER－Zeolite作用于PP形成的膨胀阻燃体系，PP参与了成炭，500℃后残炭量显著增加，高于550℃时残炭稳定。实验证实了在高温下，分子筛可作为膨胀阻燃体系的催化剂，能促进体系交联和成炭，可使体系的阻燃行为得到改善，其中4A分子筛对PP的协同作用最大，LOI达37％，比纯PP提高了9个单位。     

SiO2和Al2O3对PP/APP/PER膨胀阻燃体系的协同作用

聚丙烯／聚磷酸铵／季戊四醇(PP／APP／PER)是一典型的无卤膨胀体系,文中结合氧指数(LOI)及热失重分析(TGA)实验配合锥形量热仪(CONE)研究了SiO2和Al2O3对该膨胀体系阻燃、抑烟的协同作用。与文献[1]的比较表明,不具有分子筛笼形结构的SiO2或Al2O3同样也具有促进PP／APP／PER体系凝缩相快速成灰、稳定炭层、降低热释放及烟释放的作用;说明硅铝酸盐的物理结构不是影响膨胀阻燃协同作用的主要因素。     

EVA及PS膨胀阻燃体系LOI值随温度变化规律的研究

利用高温氧指数仪结合新一代燃烧测定仪锥形量热仪CONE研究了EVA18及PS膨胀阻燃体纱的LOI值随温度变化的规律，以及一种膨胀阻燃促进剂ZEO对典型的膨胀燃添加体系APP／PER在高温下LOI下降趋势的抑制作用，也即对提高阻燃体系实际阻燃能力的作用。     

芳纶浆粕对膨胀阻燃聚丙烯性能影响

采用芳纶浆粕(PPTA-pulp)对膨胀阻燃聚丙烯(PP)进行增强改性,通过一步共混法制备了PPTA-pulp-膨胀型阻燃剂(IFR)/PP阻燃复合材料,考察了PPTA-pulp用量对PPTA-pulp-IFR/PP复合材料的力学性能、阻燃性能及热稳定性能的影响。结果表明,当硅烷偶联剂KH-550处理的PPTA-pulp质量比为5%时,膨胀阻燃复合材料的力学性能达到最佳: 拉伸强度40.0 MPa,冲击强度56.9 J·m^-1,极限氧指数LOI 28%,垂直燃烧等级达到UL-94 V-0级。复合材料的热稳定性能提高,炭残余量增加。SEM观察表明,PPTA-pulp经KH-550处理后,浆粕纤维与基体树脂的结合性较好。     

一种膨胀阻燃PP体系及其燃烧性能

制备了一种阻燃聚丙烯/膨胀阻燃剂(IFR)/蒙脱土(MMT)膨胀阻燃体系,研究了不同阻燃组分含量对体系阻燃性能的影响。结果表明,阻燃剂总添加量为30%,其中的成炭剂和聚磷酸铵(APP)的配比为1∶2时,体系的极限氧指数为29%,垂直燃烧试验(UL-94)达到V-2级;而在上述体系中添加0.5%的MMT时,体系的LOI提高到31%,垂直燃烧试验(UL-94)通过V-0级,表现出较好的协同阻燃效果。采用扫描电境(SEM)和红外光谱(FT-IR)对体系的固相残炭进行了观察和分析,探讨了可能的阻燃机理。     

含硅化合物与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯

采用聚磷酸铵(APP)与季戊四醇(PER)复合膨胀阻燃剂(IFR)阻燃聚丙烯,研究了不同含硅物质——硅胶(SG)、硅酮(GM)以及硅晶(SW)纤维对IFR阻燃PP性能的影响,并通过LOI、UL-94、TGA对材料阻燃性能进行了表征。结果表明,三种物质与IFR都存在一定的协同效应。然而,硅胶与IFR的协同效应最好,在IFR含量为25%时,添加2%的硅胶,材料氧指数由29提高至35,UL-94也提高至V-0级,材料的高温热稳定性也得到了极大提高,并且能够生成结构更加致密的炭层。     

聚丙烯（PP）在新型混炼器作用下的流变性能研究

作为高分子材料加工的一个重要参数，流变行为历来受到高度重视。本文研究了经混炼器作用后的聚丙烯的流变行为，包括分子量变化、熔体流动速率、毛细管稳态流变行为和动态流变行为。结果发现，聚丙烯的分子量在混炼器作用下明显降低了，其原因是聚丙烯在强剪切和热的联合作用下发生了降解，导致分子量的降低，这可以从流变参数中得到明显的证明。     

分子筛/受阻胺对膨胀阻燃聚丙烯的协同阻燃作用

采用热失重、极限氧指数、锥形量热研究了以受阻胺(NOR116)和分子筛为协效剂,与聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)在聚丙烯基体中的热降解行为及协同阻燃性;并用拉曼光谱和扫描电镜分析了残炭的结构和形貌,进一步研究了其协同阻燃机理。结果表明,NOR116/分子筛协效阻燃体系可明显提高极限氧指数并改善燃烧时熔滴缺陷,显著降低热释放速率、烟释放速率;NOR116可有效提高PP的初始分解温度及最大分解速率温度,使膨胀阻燃体系后期的交联成炭及气体释放更加匹配;在燃烧过程中分子筛与膨胀阻燃体系形成了Si-P-Al-C的结构,可有效稳定炭层;拉曼光谱及扫描电镜结果表明,NOR116和分子筛可促进膨胀阻燃体系形成致密且高石墨化程度的炭层,有效阻隔了氧气的进入及热的反馈。     

基于有限元法模拟微晶玻璃的微晶化加热过程

以CaO-Al_2O_3-SiO_2系基础玻璃为研究对象,基于ANSYS有限元分析对基础玻璃微晶化过程进行了数值模拟,得到了基础玻璃内部中心点和端点温度场随时间的变化曲线方程。结果显示,在从室温加热到核化温度阶段(25~780℃)和从核化温度加热到晶化温度阶段(780~1 080℃),基础玻璃内部的中心点温度和端点温度值随时间变化与指数方程拟合度较高。为防止在加热过程中温度场中有较大的温度梯度分布和热应力的产生,在25~780℃阶段的升温速率应控制在2~4℃/min;在780~1 080℃阶段的升温速率应控制在0~2℃/min。通过差热分析和X射线衍射等分析手段对以3℃/min的升温速率升至核化温度(780℃)后又以1℃/min的升温速率升至晶化温度(1 080℃)后制得的CaO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃进行了实验验证,得到了主晶相为硅灰石(CaSiO_3)和含铁硅灰石类固溶体((Ca,Fe)SiO_3)且性能优异的微晶玻璃。     

碱式硫酸镁晶须对膨胀阻燃聚丙烯的协效作用

以七水硫酸镁和氢氧化钠为主要原料,利用水热法制备了碱式硫酸镁晶须,采用熔融共混法制备了聚丙烯/多聚磷酸铵/季戊四醇/碱式硫酸镁晶须复合材料。通过氧指数测试(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)、热失重分析评价了复合材料的阻燃性能和热稳定性,采用扫描电镜、能谱仪表征了残炭的形貌结构,发现碱式硫酸镁晶须对膨胀阻燃聚丙烯具有显著的协效作用。添加1%的碱式硫酸镁晶须,膨胀阻燃体系的LOI由29.90提高至38.39,提高了28.4%;UL-94等级从NR提高到V-0;残炭致密性显著增强,炭层表面C/P摩尔比增加,且出现元素Mg;弯曲强度从38.83 MPa增加至40.25MPa。     

纳米CdS对聚丙烯膨胀型阻燃剂的协同效应

将单组分膨胀型阻燃剂新戊二醇磷酸酯三聚氰胺盐(NPM)和纳米硫化镉(CdS)加入聚丙烯中进行阻燃处理,应用氧指数和热重分析评价了该体系的阻燃性能和纳米CdS的阻燃协同效应,当纳米CdS加入量达到1.0 phr时,可以观察到明显的协同效果.采用红外光谱、扫描电镜和X射线衍射对纳米CdS协同机理进行了分析,结果表明,纳米CdS能促进炭层的生成,并通过催化和交联作用而影响炭层结构.     

橡胶粒子对微发泡聚丙烯复合材料发泡行为与力学性能的影响

利用型腔体积可控注塑发泡装置制备微发泡聚丙烯(PP)/粉末橡胶复合材料,通过橡胶粒子的分散性以及复合材料的结晶行为,研究不同橡胶粒子对聚丙烯复合材料发泡行为和力学性能的影响。结果表明:橡胶粒子的加入使微发泡聚丙烯材料的泡孔分布细密而均匀,微发泡聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/粉末丁腈胶(PP/PP-MAH/NBR)复合材料的发泡质量较理想,其泡孔密度和尺寸分别为7.64×106个/cm3,29.78μm;综合泡孔结构和力学性能,微发泡聚丙烯/聚丙烯接枝马来酸酐/粉末羧端基丁腈胶(PP/PP-MAH/CNBR)复合材料的力学性能最优,与纯PP比较其冲击强度提升了2.2倍,拉伸强度仅仅降低了26%,是理想的微发泡复合材料。