舰船用新型耐高温阻燃结构材料--聚邻苯二甲腈复合材料

综述了舰船用新型耐高温阻燃结构材料-聚邻苯二甲腈复合材料优异的加工性能，耐高温性能，力学性能，阻燃性能以及低的烟密度等性能，并与PMR-15（高温型聚酰亚胺），普通和高性能环氧树脂进行了比较。指出聚邻苯二甲腈复合材料是目前唯一的在没有表面保护的情况下全面满足美国军用标准MIL-STD-2031要求的聚合物复合材料，聚邻苯二甲腈树脂的玻璃化转变温度高达450℃，在100kW/m^2热流下，玻璃纤维，碳纤维增强聚邻苯二甲腈的点燃时间和热释率分别为60s,106kW/m^2和75s,118kW/m^2。在潜艇和水面舰艇上具有广阔的应用前景。     

船舶用阻燃树脂基体复合材料研究进展

复合材料的阻燃性能限制了其在船舶结构中的应用，树脂基体复合材料阻燃性能的好坏主要取决于树脂本身的阻燃性能。作者分别对复合材料中常用的三类树脂基体进行了总结研究：乙烯基环氧树脂在船舶领域已得到了广泛应用，但在某些要求阻燃的场合，乙烯基环氧树脂的应用受限。工业界和学术界针对阻燃乙烯基环氧树脂开展了大量工作，通过加入含磷笼型聚倍半硅氧烷(POSS)阻燃剂，显著提高了其阻燃性能，耐热性能和力学性能也有所提高；酚醛树脂是一种具有高阻燃性能的树脂类别，采用多种浸渍工艺将其制备成玻璃纤维或碳纤维增强预浸料，经过模压或热压罐等工艺方式可制备出力学性能良好、阻燃性能优异的复合材料产品。采用发泡工艺制备玻璃纤维增强酚醛发泡复合材料，其在更加轻量化的同时，仍具有良好的力学性能和阻燃性能；邻苯二甲腈树脂同样具有优异的阻燃性能，玻璃纤维、碳纤维增强的邻苯二甲腈复合材料热释放速率满足美军MIL-STD-2031中潜艇材料测定标准，邻苯二甲腈玻璃纤维复合材料的烟密度也远低于常见树脂复合材料的。阻燃乙烯基环氧树脂、酚醛树脂和氰基树脂优异的阻燃性能和良好的力学性能使其在水面舰艇和潜艇部件上具有广阔的应用前景。     

介孔SiO_2复配水滑石协效阻燃EVA性能研究

以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为基体树脂,水滑石(LDHs)为复配阻燃剂,通过添加协效剂介孔SiO_2制得介孔SiO_2/EVA/LDHs复合材料。对制得的介孔SiO_2/EVA/LDHs复合材料的阻燃和抑烟效果进行表征,并初步探讨相应的阻燃及抑烟作用机理。实验结果表明:制得的介孔SiO_2/EVA/LDHs复合材料极限氧指数(LOI)值最高达到29.5%;阻燃性等级(UL94)达到V-1级以上,热释放峰值为207.29kW/m~2,总热释放为95.7MJ/m~2,具有良好的阻燃性能;在点火和未点火情况下,复合材料均体现出良好的抑烟性能。     

PP/PVAc-OMMT纳米复合材料及其阻燃材料的燃烧性能

利用锥形量热仪(CONE)在35kW/m2热辐照条件下,并结合极限氧指数(LOI)和UL-94垂直燃烧测试方法对聚丙烯(PP)/聚醋酸乙烯酯(PVAc)-有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料和加入无卤复配阻燃剂制备的PP/PVAc-OMMT/氢氧化镁(MH)/三氧化二锑(AO)纳米复合阻燃材料的热释放速率、烟释放及材料在燃烧时的质量损失行为进行了研究。结果表明,添加10%(质量分数)PVAc-OMMT可以提高PP材料的阻燃性能,燃烧时的热释放速率、质量损失率以及烟释放量减少,且PVAc-OMMT与无卤复配阻燃剂之间可产生阻燃协效作用,使纳米复合阻燃材料的阻燃性能、热稳定性和抑烟性进一步增强。     

用CONE研究阻燃PET的阻燃和烟释放

利用锥型量热令（CONE）在50kW/m^2的热辐照条件下，研究了纯PET和阻燃PET的阻燃和烟释放。通过对获得的质量损失速率（MLR），最大热释放速率（pk-HRR)、总热释放（THR）、有效平均燃烧热（av0EHC)、平均烟比率（av-SR)、平均比消光面积（av-SEA)及CO、CO2释放量的分析表明，阻燃PET的pk-HRR、THR和av-EHC等比纯PET有明显的降低，表现了良好的阻燃和抑烟作用。     

膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的制备及性能

以膨胀蛭石为阻燃剂,采用中温发泡方法与酚醛树脂复合制备膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料。阻燃保温复合材料通过极限氧指数、锥形量热、导热系数和表观密度分析了发泡温度、固化剂含量、发泡剂含量、表面活性剂含量、固化时间以及蛭石含量对膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料阻燃及保温性能的影响。结果表明:以膨胀蛭石为阻燃剂制备的膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的阻燃保温性能优越、表观密度低。单因素实验结果表明,膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的最优条件为发泡温度80℃、固化剂含量10wt%、发泡剂含量10wt%、表面活性剂含量5wt%、固化时间2 h以及蛭石含量60wt%。最优条件下的膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料表观密度为190.08 kg/m3、压缩强度为0.32 MPa、导热系数为0.054 9 W/（m·K）、极限氧指数为71.1%、平均热释放速率为15 kW/m2。      

炭化处理对重组竹阻燃抑烟性能影响

利用锥形量热仪、氧指数测定仪和烟密度测定仪研究了炭化处理对重组竹阻燃抑烟性能的影响,结果表明,炭化处理可以降低重组竹燃烧热释放速率和质量损失速率,减少热释放总量,增大氧指数,延迟点燃时间。炭化处理使重组竹燃烧热释放速率峰值降低了36.6%、达到峰值的时间延迟了450s,点燃时间增加了5倍,氧指数增大了49.3%,质量损失速率峰值降低了21.8%、达到峰值的时间延迟了505s;炭化处理显著降低了重组竹烟生成速率、烟生成总量、烟密度及一氧化碳与二氧化碳释放速率。炭化处理使重组竹燃烧烟密度降低了35.9%,一氧化碳与二氧化碳释放速率达到最大值时间延迟了600s左右。炭化处理对重组竹具有明显的阻燃抑烟效果。     

阻燃抑烟环氧树脂的制备与性能

通过离子交换法将七钼酸根离子插入到含硝酸根的MgAl层状双氢氧化物(NO_3-MgAl LDHs)的层间,得到含钼酸根的MgAl层状双氢氧化物(Mo-MgAl LDHs),并将制得的LDHs加入到环氧树脂(ER)中制成复合材料ER/LDHs。通过热重分析、锥形量热、极限氧指数和烟密度等测试对复合材料的性能进行分析,结果表明,与纯ER相比,ER/LDHs复合材料的最大热释放速率(PHRR)、总的热释放量(THR)和烟密度都降低,氧指数提高,而且ER/Mo-MgAl LDHs复合材料的阻燃抑烟性能要比ER/NO_3-MgAl LDHs的更好;同时,添加少量LDHs可以提高复合材料的力学性能。     

有机蒙脱土协同含磷木质素基成炭剂阻燃聚乳酸

将自制含磷木质素基成炭剂（Lig-P）和聚磷酸铵（APP）复配用于制备阻燃聚乳酸（PLA）基复合材料,考察了协效阻燃剂有机蒙脱土（OMMT）对阻燃PLA性能的影响。采用极限氧指数（LOI）仪、垂直燃烧（UL-94）测试仪、锥形量热仪、热失重分析仪分别对Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的阻燃性能、热稳定性能和燃烧行为进行了研究。结果发现,OMMT与Lig-P-APP存在明显的协同阻燃作用,当OMMT替代3wt%的Lig-P-APP时,Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的LOI由27%增加至32%,UL-94等级由V1级提高至V0级;且Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的最大热降解速率有所降低,800℃的残炭量提高了将近50%;此外,OMMT的引入使PLA阻燃复合材料的热释放速率明显降低,热释放速率峰值（PHRR）、烟释放速率峰值（PSPR）及总烟释放量（TSR）分别降低了26.4%、60%及26.3%。OMMT可明显提高阻燃PLA炭层的致密度及石墨化程度。      

SiO2气凝胶改性丝瓜络复合材料制备及阻燃性能研究

为了降低丝瓜络(LF)的火灾危险性,提高其阻燃抑烟性能,以LF为基体材料,通过溶胶凝胶法制备了SiO₂气凝胶(SA)改性丝瓜络复合材料(LF@SA)。利用多种方法对复合材料LF@SA的热释放性能、残碳微观形貌、热稳定性和阻燃抑烟性能等进行研究。结果表明,在LF中引入SA后可促进致密碳层的生成,显著提高了其阻燃抑烟性能和热稳定性,有效地降低热释放。当水玻璃质量稀释比为1∶4时,LF@SA的极限氧指数达到31.2%,烟密度透光率提升至98.07%,总热释放量明显降低,仅为6.8 kJ/g,与未改性前相比降低了49.3%。SA改性有效提升了丝瓜络的阻燃抑烟性能,有利于丝瓜络的进一步开发应用。     

杨木胶合板阻燃性能研究

通过热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、有效燃烧热(EHC)、CO产率、CO2产率以及烟释放总量等指标,研究了杨木胶合板的阻燃性能。实验结果表明:磷酸氢镁和二氧化锆阻燃剂单独使用时,都能够在杨木胶合板燃烧过程中降低热释放速率、总热释放量、有效燃烧热、CO2产率以及烟释放总量,增大CO产生速率,但阻燃效果不理想;而磷酸氢镁与纳米二氧化锆复合阻燃剂,可以在杨木胶合板燃烧过程中产生协同效应,并且使用此复合阻燃剂的杨木胶合板在点燃190 s后即停止燃烧,其阻燃效果最佳。     

聚脲材料包覆可膨胀石墨微胶囊阻燃天然橡胶

以聚脲材料为壳材包覆可膨胀石墨(EG),并在囊壁上嵌入CuO提高壁材的导热性能,从而获得可膨胀石墨微胶囊(EG@PO),然后将制备的EG@PO与聚磷酸铵(APP)复合应用于阻燃天然橡胶(NR).通过SEM、热失重和红外光谱分析等手段对EG@PO进行表征.通过极限氧指数、垂直燃烧测试、热失重测试、锥形量热仪和导热系数测定...     

介孔分子筛和Cr_2O_3协同膨胀阻燃体系对阻燃天然橡胶性能的影响

用介孔分子筛(MCM-41)和Cr_2O_3协同膨胀型阻燃体系(IFR)对天然橡胶(NR)进行阻燃。为研究MCM-41和Cr_2O_3的阻燃协同作用,使用不同组分的两种协效剂协同IFR阻燃天然橡胶。对阻燃体系分别进行氧指数测试、热重分析、锥形量热分析、拉伸测试和残炭扫描分析。研究结果表明:天然橡胶单纯添加IFR时,其力学性能大幅下降,热学性能也没有显著提升。然而随着Cr_2O_3和MCM-41添加量的增加,橡胶基体的拉伸强度和断裂伸长率均有所改善,在IFR添加量为36%(与天然橡胶的质量比)、MCM-41添加量为1%,Cr_2O_3为3%时,IFR-MCM-41-Cr_2O_3复合阻燃剂的阻燃效果最好,热释放速率峰值和热释放总量均明显下降,IFR-MCM-41-Cr_2O_3/NR复合材料燃烧后,炭层发泡均匀且致密,极限氧指数(LOI)可以达到26.5%,垂直燃烧(UL-94)为V-0级。     

LGF/PBT/RP复合材料的玻纤长度与阻燃性能的相关性研究

采用不同长度的长玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯/红磷(LGF/PBT/RP)阻燃复合材料,通过光学显微镜、燃烧性能测试、扫描电镜(SEM)、动态热机械分析(DMA)和力学性能测试等研究了玻纤长度与阻燃性的相关性。结果表明:随着玻纤长度增加,LGF/PBT/RP阻燃复合材料中玻纤的实际有效长度分布先向玻纤较长区域移动再向玻纤较短区域移动,玻纤在该基体中开始呈现均匀分散后逐渐出现团聚现象,且LGF/PBT/RP阻燃复合材料的垂直燃烧(UL-94)的燃烧时间、平均热释放速率(AvHRR)、总烟释放量(TSR)、总热释放量(THR)、平均有效燃烧热(Av-EHC)和火蔓延指数(FIGRA)呈先减小后增大的趋势,极限氧指数(LOI)则呈先增大后减小的趋势。这表明玻纤的实际有效长度增大,有助于提高LGF/PBT/RP阻燃复合材料的阻燃性能,即玻纤长度对LGF/PBT/RP阻燃复合材料的阻燃性有影响。     

Mg(OH)2-Al(OH)3-微胶囊红磷/高抗冲聚苯乙烯无卤阻燃复合材料

以氢氧化镁(MH)、氢氧化铝(ATH) 和微胶囊红磷(MRP) 为无卤阻燃剂, 高抗冲聚苯乙烯(HIPS) 树脂为聚合物基体, 通过熔融共混法制备了一系列不同组成的MH-ATH-MRP/HIPS复合材料。采用水平燃烧、垂直燃烧、氧指数、锥形量热分析、高温热分解实验等方法研究了复合材料的阻燃性能。结果表明, 阻燃剂用量相同时, 在HIPS基体中同时引入MH和ATH得到的复合材料比单独加入MH或ATH得到的复合材料具有更好的阻燃性能。当MH-ATH/HIPS的质量比为70:30:100时, 复合材料的水平燃烧级别达到FH-1级, 氧指数为25.2%, 但垂直燃烧无级别。在上述体系中加入极少量的MRP(占复合材料的质量分数为2.9%)就可使复合材料的火灾性能指数(FPI) 提高85%, 燃烧过程中热量释放和质量损失更慢、成炭能力明显增强, 垂直燃烧级别达到FV-0级。当MH-ATH-MRP/HIPS的质量比为21:9:12:100时, 复合材料的各项阻燃性能达到最佳, 可以大幅度减少阻燃剂的用量。MH、ATH和MRP对HIPS具有非常显著的协同阻燃作用。同时加入MH和ATH时不仅可以在更宽的温度范围内抑制HIPS的升温和分解, 而且能够在更宽的温度范围内相继释放出水蒸气稀释氧气和可燃气体的浓度, 从而起到协同阻燃作用。加入MRP后复合材料的成炭能力大大增强, 进一步改善了凝聚相阻燃的效果, 因此阻燃性能显著提高。     

微胶囊红磷和聚苯醚对高抗冲聚苯乙烯的协同阻燃作用

利用微胶囊红磷(MRP)和聚苯醚(PPO)来提高高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的阻燃性能, 通过熔融共混法制备了一系列不同组成的MRP-PPO/HIPS复合材料。采用水平燃烧、垂直燃烧、氧指数、锥形量热分析、高温热分解实验等方法研究了复合材料的阻燃性能。研究表明, 阻燃剂用量相同时, 在HIPS基体中同时加入MRP和PPO得到的复合材料比单独加入MRP或PPO得到的复合材料具有更好的阻燃性能。当MRP-PPO/HIPS的质量比为10:20:70时, 复合材料的氧指数为23.9%, 水平燃烧级别达到FH-1级, 垂直燃烧级别达到FV-0级, 阻燃性能达到最佳。MRP用量过多时, 复合材料的阻燃性能下降。研究认为, PPO和MRP对HIPS具有较强的协同阻燃作用。两者以适当比例并用时能够使复合材料在燃烧时的热释放速率和燃烧热大幅度减小, 降低了气相燃烧区的温度, 起到气相阻燃作用。同时, 复合材料在热分解和燃烧时能够生成连续和致密的炭层, 抑制了燃烧过程中的热量传递和物质交换, 起到凝聚相阻燃作用。因此, 复合材料的阻燃性能显著改善。     

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。     

MgO-微胶囊红磷/高抗冲聚苯乙烯复合材料的阻燃性能

通过熔融混合方法把MgO和（或）微胶囊红磷（MRP）加入高抗冲聚苯乙烯（HIPS）基体中制备了一系列不同组成的MgO-MRP/HIPS复合材料。采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热分析、TGA、SEM、XRD、FTIR等方法研究了复合材料的阻燃性能。结果表明,MgO和MRP单独使用时对HIPS的阻燃作用较小,但是当二者以适当比例共同使用时对HIPS有明显的协同阻燃作用。当MgO∶MRP∶HIPS的质量比为35∶15∶100时,复合材料的LOI为24.7%,UL-94级别达到V-0级,热释放速率和总热释放量显著降低,表现出良好的阻燃性能。MgO-MRP/HIPS复合材料在无氧条件下热分解时,MgO、MRP与HIPS之间无相互作用。但是,在空气中热分解或燃烧时,MgO和MRP均能够促进HIPS成炭。MgO-MRP/HIPS复合材料燃烧时能够在材料表面生成连续致密的炭层,起到防火屏障作用,提高材料的阻燃性能,燃烧残余物主要由结晶性MgO和含磷的无定形碳组成。此外,MgO-MRP/HIPS复合材料燃烧时MRP在气相也起到了一定的阻燃作用。     

阻燃苎麻/酚醛树脂复合材料的制备及性能

采用磷酸酯类和氮磷类两种不同类型的阻燃剂处理苎麻织物, 并与酚醛树脂复合制备苎麻/酚醛树脂层压板, 发现氮磷类阻燃剂能够更好地提高酚醛层压板的阻燃性能。氮磷类阻燃剂处理苎麻织物后使层压板的极限氧 指数由25.2%提高到39.1%, 并达到垂直燃烧试验UL94的V0级, 而磷酸酯类处理只能使极限氧指数提高到27.8%。锥形量热试验发现氮磷类的阻燃剂处理后使层压板的残炭量增加, 点燃时间大幅度延长, 而峰值热释放速率和平均烟密度则显著降低。同时, 阻燃剂处理苎麻织物时, 对麻纤维结构的破坏很小, 因此对材料力学性能影响很小。