ZHS阻燃PVC材料的燃烧性能及火灾危险性评价

摘要

聚氯乙烯(PVC)材料广泛应用在电线电缆、建材、电器元件等方面，在加工过程中因添加大量增塑剂而使得PVC易燃，并且在燃烧过程中释放出大量有毒有害气体，因而研究适用于PVC材料且综合阻燃抑烟性能较好的阻燃剂十分必要，而羟基锡酸锌(ZHS)对PVC材料具有综合的阻燃抑烟效果。
　　本文参考文献的制备方法制备了ZHS，研究了ZHS及其与无机阻燃剂进行二元、三元复配对PVC材料燃烧性能的影响，最后基于锥形量热仪(CONE)的测试结果评价材料的火灾危险性。本论文研究结论如下:
　　(1)通过共沉淀法在常温下得到均一且纯度较好的ZHS，从燃烧性能来看，ZHS能够显著提高PVC材料的阻燃性能;从热稳定性的研究结果来看，ZHS降低了PVC的初始热解温度，增大了热解稳定阶段的温度范围，并且使最大失重速率值显著增大;燃烧特性测试结果表明，ZHS能有效降低PVC材料的热和烟气危险;对比发现，球体形貌的ZHS对PVC的阻燃综合效果优于介孔的ZHS，而这可能与介孔结构ZHS本身的热稳定性较差及制备过程中存在过度刻蚀相关;观察材料CONE试验后炭渣照片同样可证明ZHS是PVC优良的阻燃剂，其中球体结构的ZHS使PVC热解形成的炭渣更加密实。
　　(2)将ZHS与无机阻燃剂复配，研究其阻燃性发现，ZHS与Sb2O3复配在提高极限氧指数值(LOI)上的作用显著;热重分析测试发现二元复配体系均使PVC的初始热解温度范围变窄，稳定阶段温度范围显著增加，均显著降低了PVC材料的初始热解温度（PVC/ZHS/MRP除外），但是ZHS与Sb2O3复配在促进成炭、抑烟方面的作用较差，ZHS与MRP复配增加了PVC初始热解温度，最大限度的增加了稳定阶段的温度范围和热解残炭量;三元复配PVC/ZHS/Sb2O3/MoO3能显著提高PVC材料的阻燃性能，对其热稳定研究发现相比于PVC/ZHS/Sb2O3和PVC/ZHS/ZB，加入MoO3后，反而增加了PVC的初始热解温度，进一步降低了热解第一阶段的温度范围和失重，增加了残炭量，表明MoO3能显著改变PVC材料热解途径。
　　(3)通过CONE的测试结果研究复合阻燃PVC材料的燃烧性能，发现纯PVC火灾热危险和烟气危险都最高，PVC/ZHS具有综合的阻燃抑烟效果，其烟气毒性危险性也较低，PVC/ZHS/MRP在火蔓延、火灾中热危险及发烟量上的危险性均最低，但是其烟气毒性危险性最大;PVC/ZHS/Sb2O3/MoO3火轰然危险性最低，具有相对较低热危险性和发烟危险性，但是其烟气毒性危险性较高;PVC/ZHS/MoO3的热危险和烟气危险相对较小，但是烟参数值相对较大，不利于火场中人员逃生和疏散，并且其对火蔓延和轰然的抑制作用相对较差一些。PVC/ZHS/ZB/MoO3和PVC/ZHS/ZB对降低热和发烟量的危险性上的作用都较小，但是PVC/ZHS/ZB/MoO3能显著降低烟气毒性。通过层次分析法对比分析PVC复合材料的综合火灾危险性（设定适用场所为居住人员的建筑物），发现PVC/ZHS的综合火灾危险性最低，PVC/ZHS/MoO3和PVC/ZHS/Sb2O3/MoO3仅次之，PVC/ZHS/ZB和PVC/ZHS/ZB/MoO3的综合火灾危险性相对较高，PVC/ZHS/MRP居中。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 聚氯乙烯材料的阻燃抑烟问题的研究进展

1．2．1 PVC树脂热解和燃烧释烟性

1．2．2 PVC阻燃抑烟研究现状

1．2．3 PVC材料的阻燃抑烟机理

1．3 ZHS的阻燃和抑烟研究现状

1．4 PVC阻燃抑烟中待解决的问题

1．5 本论文主要研究内容和方法

2 羟基锡酸锌的制备及其对PVC阻燃抑烟的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 主要仪器设备

2．2．3 样品制备

2．2．4 材料的结构表征及性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 羟基锡酸锌的表征

2．3．2 羟基锡酸锌对PVC材料的阻燃抑烟性及燃烧性能研究

2．3．3 羟基锡酸锌阻燃PVC的机理探讨

2．4 本章小结

3 羟基锡酸锌与无机阻燃剂的二元、三元复配体系对软PVC的阻燃抑烟研究

3．1 引言

3．1 单组份阻燃剂的阻燃性能研究

3．2 二元复配体系研究

3．2．1 复配比例对软PVC阻燃性能的影响

3．2．2 复配体系对软PVC阻燃性能的影响

3．2．3 复配体系对软PVC热稳定性的影响

3．2．4 复配体系对PVC材料燃烧炭层形貌的影响

3．3 三元复配体系研究

3．3．1 三元复配体系对软PVC阻燃性能的影响

3．3．2 三元复配体系对软PVC热稳定性的影响

3．4 本章小结

4 基于CONE实验测试的ZHS复配阻燃PVC材料的燃烧特性分析及火灾危险性评价

4．1 引言

4．2 ZHS复配阻燃PVC材料的燃烧特性参数及分析

4．2．1 阻燃PVC材的料燃烧性和阻燃性分析

4．2．2 阻燃PVC材料的降解阻燃机理分析

4．2．4 阻燃PVC复合材料燃烧烟参数

4．3 ZHS复配阻燃PVC材料的燃烧特性指数

4．3．1 火势增长指数(FGI)和火灾性能指数(FPI)

4．3．2 放热指数(THRI6min)

4．3．3 烟参数(SP)和发烟指数(TSPI6min)

4．3．4 毒性气体生成速率指数(ToxPI6min)

4．4 ZHS复配阻燃PVC材料的火灾危险性评价

4．4．1 单项指数评价

4．4．2 火灾危险性综合评价

4．5 本章小结

5 本文结论、创新之处与展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及研究成果