无卤阻燃室温硫化硅橡胶复合材料的制备及燃烧性能研究

摘要

硅橡胶是重要的特种合成橡胶之一，性能优异，广泛地应用于电线电缆、电子电气、航空航天、汽车领域。但是硅橡胶遇到明火，会持续燃烧，属于易燃物，这极大地限制了其应用，因此有必要提高硅橡胶复合材料的火灾安全性。目前，主要使用卤系阻燃剂对其进行阻燃改性。卤系阻燃剂虽然具有极高的阻燃效率，但它在燃烧时会产生大量的卤化氢等有毒有害气体和烟雾。这会给人的逃生及救援带来极大困难，同时还危害环境及人类的健康。随着人们环保意识的增强，开发无毒、无卤、新型环保的阻燃剂顺应时代发展，并具有十分广阔的前景。本文采用膨胀型阻燃剂(IFR)、可膨胀石墨(EG)、氢氧化铝(ATH)等为阻燃剂，以及一些阻燃协效剂，通过混炼的方法制备阻燃硅橡胶复合材料，对复合材料的燃烧性，热稳定性和生烟特性进行研究。主要包括以下部分内容:
　　(1)铁红对膨胀阻燃硅橡胶复合材料的抑烟性能研究。将IFR（由磷酸，三聚氰胺和季戊四醇合成）、铁红(Fe2O3)与硅橡胶混炼制备了SR/IFR/Fe2O3复合材料。锥形量热仪(CCT)和烟密度测试仪(SDT)的研究结果表明Fe2O3在该体系中具有协效性，能够显著提高硅橡胶复合材料的阻燃和抑烟性能。热重分析(TG)结果显示Fe2O3能够提高复合材料的热稳定性。
　　(2)铁黄协效膨胀阻燃硅橡胶复合材料的燃烧特性及热解动力学。采用物理共混的方式，将硅橡胶、IFR和铁黄(FeOOH)混合，制备阻燃硅橡胶复合材料。CCT研究结果表明，适量的铁黄能够大幅度提高硅橡胶复合材料的阻燃和抑烟性能。TG表明，适量的铁黄能够提高阻燃材料的活化能，进而增强材料的热稳定性。
　　(3)氧化锌协效膨胀阻燃硅橡胶复合材料的燃烧特性及热解动力学。燃烧性能测试结果表明，ZnO能够提高阻燃硅橡胶复合材料的极限氧指数(LOI)值和UL-94垂直燃烧级别;显著降低硅橡胶复合材料的热释放速率（HRR），质量损失(Mass)，总热释放(THR)和生烟速率(SPR)等参数。并结合Kissinger，FWO，FRL和KAS等热解动力学方法研究了ZnO对膨胀阻燃硅橡胶复合材料热解活化能的影响进行了探讨，并初步分析了阻燃机理。
　　(4)有机无机杂化膨胀型阻燃剂的制备及其阻燃硅橡胶复合材料的燃烧特性。以可膨胀石墨(EG)、三氯氧磷(POCl3)和季戊四醇(PER)等为原料合成了一种新型有机无机杂化阻燃剂(FEG)。CCT测试结果表明，FEG能够显著提高硅橡胶复合材料的阻燃性能，如降低热释放速率和生烟速率等参数，提高材料成炭性能，增强材料的火灾安全性能。
　　(5)红磷协效氢氧化铝阻燃硅橡胶复合材料的燃烧特性。采用极限氧指数(LOI)，垂直燃烧(UL-94)，锥形量热仪(CCT)和热重分析(TGA)等手段对红磷(RP)与氢氧化铝(ATH)之间的协同阻燃作用进行研究。研究结果表明，RP和ATH之间存在明显的协同阻燃作用，含有1.0wt％RP的样品表面形成致密的膨胀炭层，HRR，TSR等参数值最低。RP能够提高硅橡胶复合材料的热稳定性。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 硅橡胶简介

1．2．1 硅橡胶的分类

1．2．2 硅橡胶的特性

1．2．3 硅橡胶的配合剂

1．3 硅橡胶的阻燃研究进展

1．3．1 成炭或促进成炭型阻燃剂阻燃硅橡胶

1．3．2 氢氧化物阻燃硅橡胶

1．3．3 碳素材料阻燃硅橡胶

1．3．4 阻燃硅橡胶纳米复合材料

1．3．5 铂催化阻燃硅橡胶

1．3．6 其它化合物阻燃硅橡胶

1．4 小结

1．5 本文主要研究工作

第二章 铁红对膨胀阻燃硅橡胶复合材料的抑烟特性研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 样品制备

2．2．3 实验仪器

2．3 结果与讨论

2．3．1 烟密度

2．3．2 锥形量热仪测试

2．3．3 热重分析(TGA)

2．4 结论

第三章 铁黄协效膨胀阻燃硅橡胶复合材料燃烧特性及热解动力学

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 热降解动力学模型

3．3．1 Kissinger法

3．3．2 Flynn-Wall-Ozawa法

3．4 结果与讨论

3．4．1 锥形量热仪测试

3．4．2 热重分析

3．4．3 热降解动力学分析

3．4 结论

第四章 氧化锌协效膨胀阻燃硅橡胶复合材料燃烧特性及热解动力学

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器表征

4．3 热降解动力学方法

4．3．1 Kissinger法

4．3．2 Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法

4．3．3 Friedman-Reich-Levi(FRL)法

4．4．4 Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法

4．4 结果与讨论

4．4．1 LOI和UL-94

4．4．2 锥形量热仪测试

4．4．3 热重分析

4．4．4 热降解动力学分析

4．5 结论

第五章 有机无机杂化膨胀型阻燃剂的制备及其阻燃硅橡胶复合材料的燃烧特性

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验材料

5．2．2 FEG的合成

5．2．3 样品制备

5．2．4 仪器

5．3 结果与讨论

5．3．1 改性石墨的红外表征

5．3．2 锥形量热仪

5．3．3 热重分析

5．4 结论

第六章 红磷协效氢氧化铝阻燃硅橡胶复合材料及燃烧特性

6．1 引言

6．2 实验部分

6．3 结果与讨论

6．3．1 LOI与UL-94

6．3．2 锥形量热仪

6．3．3 热重分析

6．4 结论

结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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