软质聚氨酯泡沫(FPUF)塑料具有优良的机械性能,广泛用做座垫材料,但它是一种易燃、熔滴、产烟毒的多孔高聚物。为减少因其引发的火灾所带来的生命财产损失,开发高阻燃、低烟毒性且同时具备优良机械性能的FPUF越来越受到重视。可膨胀石墨(EG)是一种新型环保无卤物理型膨胀阻燃剂,非常适用于阻燃聚氨酯泡沫。本课题的创新点包括：1)将EG用于阻燃FPUF,且将EG分别与甲基磷酸二甲酯(DMMP)、三聚氰胺(MEL)、硼酸锌(ZB)复配阻燃FPUF;2)用动态热分析仪测试了FPUF复合材料的阻尼性能,用热重-红外联用和高温裂解-气相色谱/质谱联用测试表征了材料的裂解产物；3)将三聚氰胺-甲醛树脂/硼酸锌和聚氨酯树脂成功包覆EG,并将二者用于阻燃FPUF。课题主要研究内容和结论如下：(一)通过筛选不同种类的原料和调节各原料的用量,优化用于合成FPUF的配方,采用一步法合成FPUF,同时解决了发泡过程中产生收缩、塌泡、凝胶严重、泡孔不匀等问题。(二)在FPUF配方中分别添加粒径为180μm和40μm的EG,研究其对FPUF的泡孔形貌、力学性能、热降解性能及产烟毒性能和阻燃性能的影响。研究表明,相同用量的EG40比EG180更易破坏FPUF的泡孔形貌和导致其力学性能下降,且9.3%EG180/FPUF的极限氧指数(LOI)值高于9.3%EG40/FPUF, EG膨胀成浓密的蠕虫状炭层能有效抑制熔滴。EG降低了FPUF第二步热降解的速率,但EG未促进FPUF成炭,没有显著影响其的热降解过程。(三)EG在FPUF内含量过大时,材料整体的力学性能会下降,因此EG需要协同别的性状和粒径不同的阻燃剂共同阻燃FPUF。在FPUF配方中添加DMMP或/和EG阻燃FPUF,研究其对FPUF的泡孔形貌、力学性能、热降解性能及产烟毒性能和阻燃性能的影响。研究结果表明,在经历硬段的玻璃化转变时,EG或/和DMMP提高了FPUF的储能模量、损耗模量和阻尼性能。FPUF在750℃时比在400℃时降解出更多种类和数量的小分子产物,EG未明显改变裂解产物种类,DMMP虽提高了FPUF复合材料的热稳定性,但使其降解产物浓度增大且种类更复杂。在FPUF降解时,EG使其CO产量降低,而DMMP使其CO产量增大。9.3%DMMP/FPUF的LOI值为24.5%,EG和DMMP有协同阻燃作用。粘性较好的DMMP的分解产物使得膨胀石墨炭层变得密集。(四)在FPUF配方中添加MEL或/和EG阻燃FPUF,研究其对FPUF的泡孔形貌、力学性能、热降解性能及产烟毒性能和阻燃性能的影响。结果表明,MEL单独使用及与EG共同使用时均提高了FPUF的阻尼性能。MEL使得FPUF的第一步和第二步热降解速率降低,说明它提高了FPUF的热稳定性。MEL先与异氰酸酯混合反应,再与聚醚多元醇组分反应,结果不仅得到了泡孔形貌较好的FPUF且抑制其热降解时CO的生成。9.3%MEL/FPUF的LOI值为22.5%,MEL和EG有协同阻燃作用。(五)在FPUF配方中添加ZB或/和EG阻燃FPUF,研究其对FPUF的泡孔形貌、力学性能、热降解性能及产烟毒性能和阻燃性能的影响。结果表明,12.8%ZB/FPUF的孔径依然较均匀,泡孔形貌较好,(9.3%EG+12.8%ZB)/FPUF的孔壁稍有褶皱但依然完整。孔壁内包埋了较多的ZB粒子,与FPUF界面间相容性较差,难以有效传递应力,导致力学性能变差。ZB使得FPUF的第二步热解的热稳定性提高。ZB可以抑制FPUF热降解时醚类、醛类小分子化合物的生成,且对CO的释放有明显抑制作用。因此,ZB的加入大大降低了FPUF热分解产生的烟气的毒性。EG和ZB有良好的协同阻燃效果。22.1%(EG+ZB)/FPUF的LOI值可达到28%。ZB/FPUF的炭层结构致密无孔洞,这样就抑制了热量、可燃气体以及氧气的传递,利于阻燃。(六)为了提高EG的膨胀倍率,对EG进行表面包覆。采用原位聚合法将三聚氰胺甲醛树脂(MF)包覆EG,又在MF-EG表面沉积ZB,得到MF/ZB-EG,将其用于阻燃FPUF。MF-EG和MF/ZB-EG出现了归属于三聚氰胺的环呼吸振动峰。MF/ZB-EG中含有一定量的氮元素、硼元素和锌元素。MF/ZB-EG的热失重速率高于EG,且残炭量更少,前者膨胀倍率为92mL/g明显大于后者的50mL/g。SEM观察发现EG表面密集的包覆了一层颗粒状的MF/ZB。这些结果表明,MF/ZB成功包覆于EG上。但是,9.3%(MF/ZB-EG)/FPUF泡孔都很粗大,孔径不均匀,9.3%(MF/ZB-EG)/FPUF的力学性能明显恶化,且(MF/ZB-EG)/FPUF阻燃等级没有提高。(七)采用原位聚合法将聚氨酯树脂(PU)包覆EG,得到PU-EG,将其用于阻燃FPUF。研究表明,经PU包覆的EG表面布满了絮状颗粒状物,PU包覆EG较为完整；PU-EG中氮元素含量为0.291wt%；PU-EG的热失重速率高于EG,残炭量比EG少。这些结果表明,PU已经成功包覆EG表面。9.3%(PU-EG)/FPUF比9.3%EG/FPUF的孔径更加均匀。PU-EG的一侧面几乎与孔壁融为一体,粒子嵌入泡孔壁,与泡孔壁之间没有间隙,与孔壁相容性良好。PU包覆层在无机和有机界面间起到良好的应力传递作用,所以FPUF复合材料的力学性能改善。PU-EG镶嵌在泡孔壁上比EG粒子具有更强的作用力,更能限制分子链的运动,于是9.3%(PU-EG)/FPUF比9.3%EG/FPUF具有更高的储能模量和更好的阻尼性能。由于PU-EG的膨胀倍率由原来的50mL/g提高到75mL/g,更大的膨胀体积带来更好的绝热绝氧效果,进而9.3%(PU-EG)/FPUF的LOI值比9.3%EG/FPUF提高了1.5%。