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基于光谱学分析的硬质聚氨酯泡沫/钢渣/次磷酸铝复合材料阻燃机理研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1487-1493页

作者：刘梦茹戴震龙红明张浩季益龙杨亚东唐刚安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032 安徽工业大学材料工程学院安徽马鞍山243032 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 安徽马鞍山243032 安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢... 详细信息

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢渣的附加值,将SS和次磷酸铝(AHP)引入到RPUF中,采用一步全水发泡法,制备一系列阻燃RPUF(FR-RPUF)复合材料。利用射线荧光光谱分析(XRF)探究了SS的化学成分,并系统研究了SS/AHP对FR-RPUF复合材料的微观形貌、热稳定性、阻燃性能以及气相产物的影响。XRF测试表明:钢渣的化学成分主要是CaO、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SO_(3)、MgO,以上金属氧化物能够作为协效剂促进聚合物成炭,并覆盖在材料表面阻隔燃烧热,在凝聚相达到阻燃目的。扫描电镜(SEM)测试表明:SS/AHP与RPUF基体的相容性较差导致FR-RPUF的泡孔出现不同程度的破损。阻燃测试表明:RPUF-1、RPUF-4、RPUF-5的极限氧指数分别为24.2 vol%、23.4 vol%、19.7 vol%,说明SS和AHP存在一定的协效阻燃作用,且RPUF/SS/AHP复合材料全部通过UL-94 V-0级别,满足外墙保温材料使用要求。热重-红外分析(TG-FTIR)测试表明:SS/AHP并未改变RPUF的降解过程,气相产物主要为碳氢化合物、羰基化合物、氨基甲酸酯、CO_(2)、异氰酸酯化合物、芳香族化合物、氰化氢、羰基化合物和酯类。对典型挥发性产物进一步分析发现,AHP和SS的加入促进RPUF基体早期降解。拉曼测试表明:当SS/AHP加入到RPUF后,RPUF-4的D峰与G峰的峰面积比(I_(D)/I_(G))值最小,表明SS/AHP的加入提高了FR-RPUF复合材料炭渣的致密性、石墨化程度。结合上述分析提出阻燃机理:首先AHP吸热分解,降低了火焰周围的温度,其分解的PO·自由基捕获游离的HO·抑制连锁反应,分解产生的焦磷酸铝与炭渣覆盖在基体表面,抑制了火焰和可燃气体的扩散。AHP分解产生的PH3遇氧气生成酸性物质(磷酸和聚磷酸),促进了RPUF脱水成炭,并且钢渣中的矿物成分会与磷酸或聚磷酸反应,形成致密炭层,与AHP共同发挥协效阻燃作用。研究为SS和AHP复配阻燃硬质聚氨酯泡沫材料提供理论依据和实验基础。

关键词：光谱学分析硬质聚氨酯泡沫钢渣次磷酸铝复合材料阻燃机理

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Ti40合金的阻燃性能及其阻燃机理分析

稀有金属材料与工程 1999年第2期28卷 77-80页

作者：赵永庆周廉邓炬西北有色金属研究院

采用ＤＣＳＢ法和金属液滴实验法评价Ｔｉ４０阻燃钛合金的阻燃行为，并初步分析影响钛合金抗燃烧的因素和阻燃机理。结果表明：Ｔｉ４０合金具有良好的阻燃性能；低熔点，高热导率和单一稳定β组织的钛合金具有良好的阻燃性能；推导出... 详细信息

采用ＤＣＳＢ法和金属液滴实验法评价Ｔｉ４０阻燃钛合金的阻燃行为，并初步分析影响钛合金抗燃烧的因素和阻燃机理。结果表明：Ｔｉ４０合金具有良好的阻燃性能；低熔点，高热导率和单一稳定β组织的钛合金具有良好的阻燃性能；推导出合金抗燃能力的表达式，该表达式表明抗燃能力还与实验条件和试样尺寸有关；提出了阻止燃烧的快速散热机理和中断氧输送机理。

关键词： Ti40合金阻燃机理阻燃性能钛合金

PET/PC/氨基硅油共混物的制备及阻燃机理

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高分子材料科学与工程 2020年第6期36卷 55-62页

作者：潘映佟齐天一罗钟琳王标兵常州大学材料科学与工程学院江苏常州213164

采用熔融共混法在密炼机上制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚碳酸酯(PC)/氨基硅油(ASO)阻燃共混材料,研究了氨基硅油用量对PET/PC共混材料阻燃性能和燃烧行为的影响,并探究了氨基硅油的阻燃机理。结果表明,ASO的加入有效改善了PET/PC... 详细信息

采用熔融共混法在密炼机上制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚碳酸酯(PC)/氨基硅油(ASO)阻燃共混材料,研究了氨基硅油用量对PET/PC共混材料阻燃性能和燃烧行为的影响,并探究了氨基硅油的阻燃机理。结果表明,ASO的加入有效改善了PET/PC共混物的阻燃性能。当ASO添加量为0.5 phr时,PET/PC/ASO共混物通过UL 94 V-0级,氧指数达28%。锥形量热测试结果显示,ASO的加入显著降低了热释放速率峰值(199.9 kW/m2),并促使基体分解更加完全以释放出大量的不可燃性气体(CO2)。结合烧结残炭的傅里叶变换红外光谱和扫描电镜-能谱仪分析,ASO的加入同时起到了气相与凝聚相阻燃的作用。此外,由于ASO类似偶联剂的作用,使得PET/PC/ASO三元共混物的韧性得到了很大的提升。

关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯聚碳酸酯氨基硅油阻燃机理

聚合物/蒙脱土纳米复合材料阻燃机理的研究进展

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高分子材料科学与工程 2009年第3期25卷 166-169,174页

作者：欧育湘赵毅李向梅北京理工大学国家专业阻燃实验室北京100081

综述和讨论了聚合物/蒙脱土纳米复合材料(PMN)的成炭性及炭层结构,基于化学反应(如芳构化、交联、催化成炭)的成炭机理,蒙脱土表面富集的成炭机理,用于改性蒙脱土的季铵盐对PMN热分解及阻燃性的影响。

关键词：阻燃机理聚合物朦脱土纳米复合材料成炭

MWNTs-OH/PET纳米复合材料的燃烧性能与阻燃机理研究

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功能材料 2010年第3期41卷 394-396,400页

作者：张建军张靖宗纪全夏延致孔庆山青岛大学纤维新材料和现代纺织国家重点实验室培育基地山东青岛266071

用原位聚合方法制备了纯PET和MWNTs-OH/PET纳米复合材料,用锥形量热仪测试了4种样品的燃烧性能,用场发射扫描电镜表征了纳米复合材料的微观机构。对比分析了4种样品的燃烧性能、烟及毒气释放量。结果表明复合材料的热释放速率(HRR)峰值... 详细信息

用原位聚合方法制备了纯PET和MWNTs-OH/PET纳米复合材料,用锥形量热仪测试了4种样品的燃烧性能,用场发射扫描电镜表征了纳米复合材料的微观机构。对比分析了4种样品的燃烧性能、烟及毒气释放量。结果表明复合材料的热释放速率(HRR)峰值及平均值,总放热量(THR)和有效燃烧热(EHC)平均值都有所降低,纳米复合材料的CO生成速率峰值较平缓且低于纯PET的CO生成速率,没有增加PET材料的毒性。从扫描电镜图和锥形量热仪测试结果可以初步断定,MWNTs-OH/PET纳米复合材料属于气相阻燃和凝固相阻燃机理。

关键词：多壁碳纳米管聚对苯二甲酸乙二酯纳米复合材料阻燃机理扫描电镜

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无机阻燃改性沥青结构表征及阻燃机理研究

功能材料 2014年第13期45卷 13045-13049,13055页

作者：王朝辉董彪高志伟刘志胜贺海长安大学公路学院西安710064 天津市市政工程设计研究院天津300051

针对目前某些阻燃剂发烟量大、有毒和成本较高问题,研发了两种新型无机阻燃剂,并制备了无机阻燃改性沥青;借助扫描电镜(SEM)实验和红外光谱(FT-IR)实验,探究了两种阻燃剂与沥青的结合状况以及二者对沥青官能团的影响;通过热重(TG)实验,... 详细信息

针对目前某些阻燃剂发烟量大、有毒和成本较高问题,研发了两种新型无机阻燃剂,并制备了无机阻燃改性沥青;借助扫描电镜(SEM)实验和红外光谱(FT-IR)实验,探究了两种阻燃剂与沥青的结合状况以及二者对沥青官能团的影响;通过热重(TG)实验,分析了两种阻燃剂对沥青燃烧过程中热失重变化的影响,探究了两种阻燃改性沥青的作用机理。结果表明,两种新型无机阻燃沥青性能良好;无机阻燃剂颗粒可均匀地分布在沥青中,没有团聚现象,两种阻燃剂各颗粒与沥青具有良好的粘结性;两种新型阻燃剂加入到沥青中,未与沥青形成新的共价键;燃烧过程中无机阻燃改性沥青的热失重大于基础沥青,无机阻燃沥青主要凭借阻燃剂的结合水分挥发以及金属化合物烧结覆盖作用发挥阻燃作用。

关键词：道路工程无机阻燃剂微观表征阻燃机理

MWNTs/CMSs/PET阻燃材料的结构及阻燃机理

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材料研究学报 2016年第8期30卷 581-588页

作者：薛宝霞牛梅李京京杨雅茹戴晋明太原理工大学轻纺工程学院榆次030600 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024

采用熔融共混法与阻燃剂复配法制备了MWNTs/CMSs/PET复合材料。通过扫描电镜(SEM)、极限氧指数法(LOI)、UL94垂直燃烧法、锥形量热仪(Cone)及热重红外联用分析仪(TG-IR)表征了样品的结构、阻燃性能及热降解行为,分析了MWNTs/CMSs阻燃PE... 详细信息

采用熔融共混法与阻燃剂复配法制备了MWNTs/CMSs/PET复合材料。通过扫描电镜(SEM)、极限氧指数法(LOI)、UL94垂直燃烧法、锥形量热仪(Cone)及热重红外联用分析仪(TG-IR)表征了样品的结构、阻燃性能及热降解行为,分析了MWNTs/CMSs阻燃PET材料的阻燃机理。结果表明,当MWNTs/CMSs添加量为1%(质量分数),MWNTs与CMSs质量比为1:1/2时,二者可有机地结合为一个整体,有利于MWNTs/CMSs在PET基材中发挥协同阻燃作用。与纯PET及CMSs/PET相比,MWNTs/CMSs/PET能有效降低火灾危险性。MWNTs/CMSs阻燃PET主要是通过MWNT与CMSs两者的协同作用延缓PET热裂解行为,一方面MWNTs在其燃烧时可在PET表面形成致密的网络状炭层结构,减少了熔滴的产生;另一方面CMSs其燃烧时在PET表面形成湍流炭,以此阻止氧气和热量进入PET内部,同时释放出不燃气体CO2以降低周围环境中可燃气体的浓度,阻止燃烧的继续进行,最终实现了MWNTs/CMSs/PET材料的良好阻燃。

关键词：复合材料阻燃机理 PET 多壁碳纳米管碳微球

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磷氮协效阻燃水性聚氨酯的阻燃机理

高分子材料科学与工程 2016年第2期32卷 60-64页

作者：田星夏延致青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培训基地山东青岛266071

通过极限氧指数、热失重-红外光谱和扫描电镜分析对磷氮协效阻燃水性聚氨酯的阻燃机理进行了研究。结果表明,N,N-双(2-羟甲基)氨基乙基膦酸二甲酯(BHAPE)对水性聚氨酯具有良好的阻燃效果,阻燃水性聚氨酯表现出典型的凝聚相阻燃机理:水... 详细信息

通过极限氧指数、热失重-红外光谱和扫描电镜分析对磷氮协效阻燃水性聚氨酯的阻燃机理进行了研究。结果表明,N,N-双(2-羟甲基)氨基乙基膦酸二甲酯(BHAPE)对水性聚氨酯具有良好的阻燃效果,阻燃水性聚氨酯表现出典型的凝聚相阻燃机理:水性聚氨酯中的BHAPE受热到200℃以后,开始分解为磷酸,从而降低了聚氨酯硬段的分解速率;温度继续升高,产生的磷酸发生缩聚反应,形成热稳定性较高的聚磷酸,聚磷酸具有很强的催化作用,迅速使高聚物脱水炭化,在材料表面形成致密光滑无孔洞的炭层。聚磷酸富集于残留物炭层表面,与炭层共同起到隔氧隔热、抑烟的作用,从而发挥阻燃能力。

关键词：阻燃机理水性聚氨酯分解反应

反应性三源一体膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯的阻燃机理

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高分子材料科学与工程 2014年第5期30卷 72-76页

作者：李贵勋曹少魁王万杰曹艳霞王经武郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450052

利用自制的集"酸源、碳源、气源"于一体的反应性膨胀型阻燃剂EADP制备阻燃聚丙烯(PP),通过红外、锥形量热及扫描电镜法研究了EADP的阻燃机理。结果表明,阻燃PP燃烧时"三源"协同发生化学变化,迅速结炭和释放出NH3、H2O等不燃性气体,使阻... 详细信息

利用自制的集"酸源、碳源、气源"于一体的反应性膨胀型阻燃剂EADP制备阻燃聚丙烯(PP),通过红外、锥形量热及扫描电镜法研究了EADP的阻燃机理。结果表明,阻燃PP燃烧时"三源"协同发生化学变化,迅速结炭和释放出NH3、H2O等不燃性气体,使阻燃PP形成内部多孔、表面致密的炭层,减少了挥发物中可燃气体的比例,突显出凝聚相和气相阻燃机理的作用。与原料PP相比,阻燃PP燃烧参数发生了很大变化,如加入质量分数25%EADP阻燃PP,峰值热释放速率(PHRR)、平均热释放速率(MHRR180)、平均有效燃烧热(av-EHC)、平均比消光面积(av-SEA)、火势增长指数(FIGRA)分别降低了65.50%、70.52%、19.51%、72.30%、82.25%,峰值热释放速率时间(TPHRR)是原料PP的1.9倍,呈现出优良的阻燃、抑烟效果。

关键词：阻燃聚丙烯单分子膨胀型阻燃剂反应性阻燃机理