汽车内饰用麻纤维复合材料的制备及阻燃性能研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:x8890367
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近些年来,汽车行业正向着更加轻量、更加环保的目标蓬勃发展。传统的汽车内饰所使用的塑料件逐渐被透气性能良好、质量轻盈、价格低廉、隔热吸声效果俱佳、且可回收的麻纤维复合材料取代。基于上述社会背景,开发应用麻纤维复合材料早已成为当今国内外的热点研究方向。而麻纤维聚丙烯等复合材料在高温状态下极易燃烧,且复合材料在高速燃烧分解过程中往往会分解释放出浓烟气体和多种毒性物质。这无疑给亿万人们生命财产保护和广大汽车驾乘人员行车安全也造成严重地威胁。本文应用热压成型机,采用表面撒粉方式添加了阻燃聚磷酸铵,制备了黄麻纤维聚丙烯和阻燃黄麻纤维聚丙烯汽车内饰板,通过热重测试法研究样品材料的热解稳定性及热解机理、采用锥形量热法和氧指数法分析材料的燃烧及阻燃性能,通过烟密度法测试这两种复合材料的发烟特性等,系统研究阻燃黄麻纤维聚丙烯复合材料的防火特性。由热重实验分析可知,在氮气工况下,黄麻纤维聚丙烯复合材料有2个热分解阶段,阻燃黄麻纤维聚丙烯复合材料有3个热分解阶段;聚磷酸铵的加入,促进了复合材料的成炭,残炭率提高到12%。采用有模式Malek法、Coats-Redfern法和无模式FWO法、Starink法进行热解动力学分析,确定了黄麻纤维聚丙烯复合材料的热解机理函数为二维扩散(D4),积分形式为[-ln(1-α)]4,阻燃黄麻纤维聚丙烯复合材料热解属于随机成核后随后生长机理(A4),积分形式为1-2/3α-(1-α)2/3。结合这两种样品材料的高温极限氧指数实验和锥形量热性能测试实验可知,添加了阻燃剂聚磷酸铵后的黄麻纤维聚丙烯阻燃复合材料的高温氧指数已经显著地增加,达到超越了美国日本JISD1201-77阻燃标准要求的难燃性第三阻燃等级,阻燃黄麻纤维聚丙烯复合材料的点燃时间和热释放速率峰值到达时间均有所推迟,火灾危险性和热损害相对较小。结合烟密度和锥形量热测试进行的烟气分析可知,阻燃黄麻纤维聚丙烯复合材料的最大烟密度、达到临界烟密度的时间、烟雾平均积聚速度、质量损失率均较小。聚磷酸铵受热生成磷酸、次磷酸和不可燃气体(NH3、H20),且磷酸与黄麻纤维发生反应,促进了黄麻纤维聚丙烯复合材料表面成炭,形成了隔除空气和热量的保护层,显著提高了残炭率,在气相和固相两个方面起到了防火阻燃的作用。
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