飞机座椅用高阻燃软垫材料的制备及其火灾行为研究

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软垫材料作为飞机座椅的重要组成部分,需要达到高阻燃低烟气毒性的严格要求。然而,目前对软垫材料的阻燃改性方法大多较为复杂,成本较高,并且可能还会影响其耐久性。因此,本论文以硅橡胶(SR)、可膨胀石墨(EG)和软质聚氨酯泡沫(FPUF)为原料,采用简单、低成本的浸渍涂覆法制备了一种高阻燃、高舒适性和良好使用耐久性的新型软垫材料;采用极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热等测试方法研究了不同粒径的可膨胀石墨对阻燃软垫材料火灾行为的影响,并采用压缩循环和压缩应力松弛等测试方法研究了浸渍液中不同硅橡胶与可膨胀石墨质量比对阻燃软垫材料耐久性的影响,研究结果如下:1.以SR、FPUF为原料,采用浸渍涂覆法,制备了FPUF/SR复合材料。通过极限氧指数(LOI)测试发现其最佳制备配方为30%质量分数的硅橡胶溶液和5min的浸泡时间。在此基础上采用相同的浸渍涂覆法,利用硅橡胶的界面粘合作用引入不同粒径的EG,制备了飞机座椅用高阻燃软垫材料,通过扫描电子显微镜(SEM)对纯FPUF、FPUF/SR复合材料和不同的高阻燃FPUF软垫材料的表面微观结构进行表征,结果表明EG的粒径越小,EG与FPUF的相容性更好,对泡沫结构的影响越小。2.对飞机座椅用高阻燃软垫材料的火灾行为进行研究,结果发现FPUF/SR/EG80的阻燃效果最好,极限氧指数上升至38.5%,材料垂直燃烧测试等级达到了V-0,达到较高的水准,该材料已经属于难燃材料了。EG80和SR的引入显著降低了FPUF的热释放性能、产烟性能和烟气毒性,FPUF/SR/EG80的热释放速率峰值为57.6k W/m2、产烟速率峰值为0.026m2/s、CO产率峰值为0.0009g/s,CO2产率峰值为0.018g/s,表明SR和EG80的引入有效地降低了阻燃FPUF软垫材料的火灾危险性。通过对残炭形貌分析可推断其阻燃机理为SR和EG受热生成的二氧化硅层和膨胀碳层形成双层保护层,发挥协同阻燃效果,能够有效的抑制烟粒、可燃气体和热量的逸出达到阻燃目的。3.对飞机座椅用高阻燃软垫材料的耐久性进行了研究,通过单次循环压缩测试发现软垫材料的弹性模量和80%应变的应力随着浸渍混合液中EG添加量的增加而增加。通过200次循环压缩测试发现FPUF/SR4/EG3弹性模量和80%应变的应力下降幅度较纯样更少,表明可膨胀石墨的刚性结构对硅橡胶和泡沫起到了支撑作用,极大地增强了硅橡胶的压缩性能,并提高材料的抗疲劳性。通过压缩应力松弛测试可知,在维持1小时后,软垫材料的应力松弛率逐随着浸渍混合液中EG添加量的增加而降低;而FPUF/SR4/EG3的应力松弛率只有17.8%,表示其可以在长时间处于压缩状态后依然能保持良好的支撑感,而支撑感直接影响了人体的坐感舒适度,解决了人长期久坐舒适度的问题。从上述结果来看,本论文成功制备了一种飞机座椅用高阻燃软垫材料,其不仅具有高阻燃低烟气毒性,还具有良好的耐久性,极大地提升了其使用价值,丰富了制备高阻燃、高舒适性软垫材料的理论知识,拓展了相应的技术水平,为我国飞机制造座椅部件国产化提供了理论基础和技术参考。
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