不同热流条件下聚合物的热解动力学研究

摘要

该文主要采用非等温热重分析法(TG和DTG)在低热流强度范围内不同气氛中研究了多种聚合物的热解行为、变化规律及其动力学.通过Broido、Freeman-Carroll和Liu-Fan热解动力学方程分别计算了加热速率在10℃·min<'-1>和75℃·min<'-1>下,N<,2>和空气环境中多种聚合物的表观活化能、反应级数和指前因子.结果表明3个动力学参数值随着加热速率的升高,对不同的聚合物呈现不同的变化规律.指前因子与活化能,PMMA、PET、HIPS和LDPE呈升高趋势,而POM、PA66、BR和PVC为降低趋势.反应级数的变化规律,PMMA、PA66和BR随加热速率升高而降低,而POM、PET、HIPS和PVC则升高,但除PA66外反应级数随加热速率的变化差异不大.在低加热速率区域内,氧的存在对这些聚合物的热解机理历程有一定的影响,且随加热速率的升高变得愈加复杂.PMMA、POM、HIPS和BR在有氧环境中,其热解过程的表观活化能和指前因子均比无氧条件下得到的表观活化能和指前因子高;PET、PA66和PVC则明显降低.LDPE和BR的热解过程均因氧的存在而趋于复杂化.研究结果显示像PA66这类聚合物在高加热速率和有氧存在时其活化能减小,在火灾中的危险性会更大.以此明确了加热速率及加热气氛对多种聚合物反应动力学的影响规律.为探讨火灾条件下聚合物燃烧热解机理过程增添实验依据.该文通过等温实验方法,将加热温度固定在较高温度下,以提高热重分析仪的加热速率,对几种典型聚合物的热解过程做了分析.在设定温度范围内,所得结果与燃烧实验结果(锥形量热仪实验结果)取得了较好的一致性,说明传统热分析方法可以通过等温实验提高加热速率,其实验结果与高热流强度下的燃烧热解结果有一定的关联,一定程度上可用于聚合物的燃烧热解研究.

目录

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引言

第一章文献综述

1.1聚合物的热分解机理

1.1.1聚合物的热分解--裂解（无氧）和热氧分解

1.1.2聚合物热分解的主要机理

1.2影响聚合物热分解的内部因素

1.2.1聚合物分子结构的影响

1.2.2加工过程的影响

1.2.3配合剂及杂质的影响

1.3影响聚合物热分解的外部条件

1.3.1加热速率的影响

1.3.2加热气氛的影响

1.3.3等温与非等温条件的影响

1.3.4样品性状的影响

1.3.5物理变化的影响

1.4热分析动力学方法

1.4.1非等温动力学方法

1.4.2等温动力学方法

1.4.3热重法研究材料燃烧热解的局限性

1.5研究目标及内容

第二章实验部分

2.1实验材料

2.2实验仪器

2.2.1 TGA 209热失重分析仪

2.2.2锥形量热仪(CONE)

2.3试样制备

2.4性能测试及条件

2.4.1 TG法测试及条件

2.4.2 CONE法测试及条件

第三章结果与讨论

3.1低热流条件下聚合物的热解行为及动力学

3.1.1聚合物热分解的热重及微商热重曲线

3.1.2聚合物热分解的非等温动力学

3.1.3聚合物热分解的等温动力学

3.2高热流条件下聚合物的热解行为及动力学

3.2.1辐射功率对聚合物热解燃烧行为的影响

3.2.2不同聚合物燃烧热解行为比较

3.2.3样品厚度对聚合物燃烧热解行为的影响

3.2.4不同填料对HIPS和PP燃烧热解行为的影响

3.2.5膨胀阻燃体系对PP燃烧热解的影响

3.3高热流强度条件下聚合物的裂解动力学模拟

3.3.1线型裂解概念

3.3.2成炭聚合物线性裂解模型

3.3.3不成炭聚合物线性裂解模型

第四章结论

4.1低热流条件下聚合物的热解行为及动力学

4.2高热流条件下聚合物的热解过程

4.3燃烧条件下的热解模型

参考文献

致谢

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