无卤阻燃剂包覆聚苯乙烯板的制备方法与性能研究

摘要

聚苯乙烯泡沫保温材料具有硬质的特征和闭孔结构，导致其有较低的导热系数与吸水率，且质轻，成本低，稳定性好，施工技术已很成熟，被作为结构材料广泛用于外墙保温体系中。但传统聚苯乙烯泡沫板遇火熔融收缩，低落物具有二次引燃性，氧指数只有18％，其在建筑中使用时存在的安全隐患已引起重视，因此以高防火等级聚苯乙烯泡沫板的研发使用已成必然。
　　本文研究了一种新型环保型、高防火性能的阻燃聚苯乙烯泡沫(EPS)保温板的制备工艺方法，解决了悬浮聚合阶段添加阻燃剂受限的问题及传统包覆阻燃聚苯乙烯泡沫保温板珠粒间结合力差，防火性能低，燃烧释放有害气体的问题，并深入探究了其阻燃机理。实验中利用了无卤环保阻燃剂可膨胀石墨(EG)与聚磷酸铵(APP)的协同作用，采用酚醛树脂作胶黏剂，并特制无机固化剂，用“湿法模压”的新型包覆工艺方法，有效利用了酚醛树脂高温固化交联作用，使材料的阻燃性能和粘结性能都大幅提升。
　　本实验中使用实验室自制的预发泡容器、混料设备及模压成型模具及设备，模拟工厂包覆模压成型流程，并对整个工艺进行优化改进，通过多次试验确定出最优的成型工艺方法及工艺条件，并对材料进行力学性能、氧指数(LOI)、热重分析(TG)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、锥形量热仪(CONE)分析，探究其阻燃机理。
　　(1)实验表明，聚苯乙烯(EPS)、酚醛树脂(PF)与固化剂的最佳质量配比为100∶90∶20。用酚醛树脂包覆法制得的EPS保温板能有效提高材料的防火阻燃性能，使EPS的氧指数由18.0％提高到27.9％，压缩强度提高了326％，拉伸性能提高了25％，显著改善了EPS材料受热熔融、燃烧熔滴的不良性能。
　　(2)用无卤阻燃剂可膨胀石墨(EG)对聚苯乙烯泡沫保温板进行阻燃，能使保温板的阻燃性能进一步提高，当EPS颗粒/酚醛树脂/固化剂/EG（质量比）为100/90/20/4时，EG/EPF材料的力学性能最好，氧指数达到了29.4％。由FTIR实验可知，EG与PF之间没有发生化学反应，它们共同覆盖在EPS颗粒表面，酚醛树脂通过交联固化隔绝了氧与热进入基体，EG受热形成膨胀炭层，亦起到隔氧和隔热的作用，它们共同保护着基体材料，使材料燃烧后仍保留完整的细胞结构，有效的提高了材料的阻燃性能。由热重分析(TG)实验可知，EG与PF均能提高材料的热稳定性，EG在一定程度上能提高材料的残炭率。
　　(3)当EG加入量为4份，APP加入量为8份时，用EG/APP复配阻燃剂制成的EPF/EG/APP复合材料其力学性能更好:拉伸强度和压缩强度最大分别为0.310MPa和0.109MPa;阻燃性能更好，LOI值达到了33.0％;热稳定性更佳，生成的炭层更加坚实，残炭率更高，且能够有效的减少热释放速率，减少CO的释放量。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 聚苯乙烯泡沫保温材料

1．2．1 传统阻燃聚苯乙烯泡沫保温材料的制备方法

1．2．2 包覆法制备阻燃聚苯乙烯泡沫板的方法及机理

1．2．3 包覆法制备聚苯乙烯保温材料研究进展

1．3 阻燃机理研究

1．3．1 卤系阻燃剂的阻燃机理

1．3．2 无机填料阻燃剂阻燃机理

1．3．3 膨胀型阻燃剂阻燃机理

1．4 关于本课题

1．4．1 选题背景及意义

1．4．2 本课题解决的问题

1．4．3 研究的主要内容

2．1 前言

2．2 实验原料与设备

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验设备

2．3 EPF材料的制备

2．3．1 EPF材料的制备工艺过程

2．3．2 EPF材料的工艺流程图

2．3．3 EPF材料实验配方

2．4 测试与表征

2．4．1 材料力学性能测试

2．4．2 氧指数测试(LOI)

2．4．3 水平垂直燃烧测试法(UL-94)

2．4．4 扫描电镜测试(SEM)

2．5 结果与讨论

2．5．1 EPF材料的燃烧性能研究

2．5．2 EPF材料的力学性能研究

2．5．3 EPF材料的微观性能分析

2．6 本章小结

3．1 前言

3．2 实验原料与设备

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验设备

3．3 EPF／EG材料的制备

3．3．1 EPF／EG材料的制备工艺过程

3．3．2 EPF／EG材料的工艺流程图

3．3．3 EPF／EG材料实验配方

3．4 测试与表征

3．4．1 材料力学性能测试

3．4．2 氧指数测试(LOI)

3．4．4 热重分析测试(TG)

3．4．5 扫描电镜测试(SEM)

3．4．6 红外光谱测试(FTIR)

3．4．7 锥形量热仪测试(CONE)

3．5 结果与讨论

3．5．1 EPF／EG复合材料的力学性能研究

3．5．2 EPF／EG复合材料的阻燃性能研究

3．5．3 EPF／EG复合材料残炭的红外光谱分析

3．5．4 EPF／EG复合材料残炭的热重性能分析

3．6 本章小结

4．1 前言

4．2 实验原料与设备

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验设备

4．3 EPF／EG／APP材料的制备

4．3．1 EPF／EG／APP材料的制备工艺过程

4．3．2 EPF／EG／APP材料的工艺流程图

4．3．3 EPF／EG／APP材料实验配方

4．4 测试与表征

4．4．1 材料力学性能测试

4．4．2 氧指数测试(LOI)

4．4．3 水平垂直燃烧测试法(UL-94)

4．4．4 热重分析测试(TG)

4．4．5 扫描电镜测试(SEM)

4．4．6 红外光谱测试(FTIR)

4．4．7 锥形量热仪测试(CONE)

4．5 结果与讨论

4．5．1 EPF／EG／APP复合材料的力学性能研究

4．5．2 EPF／EG／APP复合材料的阻燃性能研究

4．5．3 EPF／EG／APP复合材料残炭微观分析

4．5．4 EPF／EG／APP复合材料残炭的红外光谱分析

4．5．5 EPF／EG／APP复合材料残炭的热重性能分析

4．5．6 复合材料的锥形量热分析

4．6 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢