改性硅系阻燃剂/硼酸锌/硅橡胶泡沫阻燃抑烟研究

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硅橡胶泡沫(SiF)因其特殊的硅氧键而具备一定的阻燃性能,但由于侧链基团的不稳定导致其阻燃抑烟性能不能满足应用需求。无机硅系阻燃剂具备无毒环保、生烟量少、热释放量低、火安全性能高等优势而被应用于很多聚合物高分子材料中,但因其与高分子材料相容性差、亲和性不好等问题而被限制。本文采取表面改性技术和微胶囊技术对无机硅系阻燃剂进行改性处理,并将其与硼酸锌(ZB)复配添加到SiF中,采用多种表征手段对其阻燃抑烟性能进行系统研究,并初步揭示含不同改性无机硅系阻燃剂SiF的阻燃抑烟机理。本论文的研究工作主要从以下几个方面展开:(1)硅藻土(Dia)和海泡石(SEP)与SiF的相容性差,本文采用表面改性技术和微胶囊技术分别对Dia和SEP进行改性处理。粒径分析、FTIR、XPS测试结果显示,改性Dia和微胶囊海泡石(MSEP)与制备之前相比,粒径增大、特征峰明显并且具有良好的包裹性。另外,从SEM也可以看到,改性Dia和MSEP制备成功。(2)为了提高SiF的阻燃抑烟性能,将改性Dia、MSEP和ZB复配添加到SiF中,对SiF复合材料的阻燃、抑烟及力学性能进行了研究。一方面,ZB和改性Dia的添加量越大,阻燃性能越好。当添加量为5wt%时,含3.75wt%改性Dia/1.25wt%ZB/SiF的热释放速率峰值(PHRR)和烟释放速率峰值(PSPR)最小,分别降低了 48.3%和84.6%。另外,力学性能测试表明,改性Dia可以提升其压缩性能和拉伸性能。改性Dia可以有效抑制CO2的释放,几乎不产生CO。另一方面,SEP比重越大,阻燃抑烟性能越好,而ZB超过5wt%之后阻燃效果改变不明显。MSEP/ZB可以改善SiF的TTI、FPI和FGI,提高火灾安全性能,阻燃抑烟性能虽比原样有明显提升,但效果不如单独添加MSEP与ZB的样品。MSEP含量占比越小,抑烟性能越好,并且在改善SiF的力学性能方面显著。(3)基于改性Dia和MSEP复配ZB具有良好的阻燃抑烟效果,分别研究了其阻燃抑烟机理。测试分析表明,Dia和SEP的特殊结构在阻燃抑烟方面起到了重要作用。另外Dia和SEP能够促进成炭,兼备凝聚相阻燃机理和气相阻燃机理。ZB在高温下本身也可以形成隔绝层,并且吸热释放水分,其次与Dia和SEP会形成硅酸硼玻璃态物质,起到凝聚相阻燃作用。
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