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由于其高度灵活的化学组成,热塑性聚氨酯(TPU)已经成为最有商用价值的聚合物之一,广泛应用于人们的工业生产和日常生活中。但是与其它高分子聚合物材料相同,TPU的阻燃性能较差,遇火或者高温下极易燃烧。因此,开发一种新型的阻燃TPU材料将成为今后研究的重点。为解决上述问题,本文使用共沉淀法合成了赤泥基水滑石(LRM)、双(4-硝基苯)磷酸酯改性赤泥基水滑石(BRL)、磷酸二氢铵改性赤泥基水滑石(PRL)、钇基水滑石(LYH)以及氧化石墨烯改性钇基水滑石(GO-LYH)。通过X射线衍射光谱(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振光谱(NMR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)对材料的结构和形貌进行了表征。使用熔融共混法制备了LRM/TPU、BRL/TPU、PRL/TPU、LYH/TPU和GO-LYH/TPU复合材料。利用锥形量热仪(CCT)、烟密度测试仪(SDT)和热重分析仪(TGA)对TPU复合材料的阻燃性能、抑烟性能和热稳定性进行了评估。XRD、FTIR以及NMR结果证明所合成的各类水滑石样品均具有良好的晶型结构以及正确的官能团种类。TEM和SEM结果证明由于消除了GO中含氧基团以及BRL、PRL材料中磷酸盐基团与羟基之间氢键的强相互作用,改性水滑石与未改性水滑石相比具有更好的分散性。CCT和TGA结果表明,与纯TPU相比所有TPU复合材料的阻燃性能和热稳定性都有明显提高。具体而言,LRM/TPU、BRL/TPU、PRL/TPU、LYH/TPU、GO-LYH/TPU复合材料的PHRR值分别为644.22kw/m2、524.36 kw/m2、420.52 kw/m2、392.54 kw/m2、350.76 kw/m2,与纯TPU样品相比分别降低了41.60%、52.46%、61.79%、67.42%、70.88%;各复合材料的残碳量分别为初始质量的7.78%、13.90%、16.34%、13.85%、14.59%,与纯TPU相比分别增加了2.09%、8.21%、10.65%、9.13%、9.77%。SDT结果证明除了LYH/TPU复合材料外,其余所有样品的烟雾生成量均有明显所下降。各样品的光通量分别为LRM/TPU:19.9%、BRL/TPU:44%、PRL/TPU:43.2%、LYH/TPU:3.1%、GO-LYH/TPU:12.8%,与纯TPU相比分别增加了17.8%、41.9%、41.1%、1.2%、10.9%。最后,为了进一步研究TPU复合材料的阻燃机理,使用XRD、SEM-EDS对CCT测试后产生的炭渣进行分析。炭渣分析结果证明,复合材料阻燃和抑烟性能的提升主要与水滑石的催化炭化效应以及保护性碳层的物理屏障作用有关。在固相中,水滑石能够促进炭化并形成致密的保护性碳层。碳层的致密结构不仅可以防止烟雾颗粒的释放还有效阻止了热传递,最终延缓了基质的热降解行为。此外,BRL和PRL释放到气相中的含磷自由基也对复合材料的阻燃性能产生了积极的影响。