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硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是一种性能优异应用广泛的隔热保温材料,具有极低的导热系数、质轻、缓冲减震等优点,但存在易燃烧的缺点,影响其推广应用,因此必须添加阻燃剂来克服RPUF易燃的缺点,赋予其阻燃特性。本文在设计合成两种阻燃剂1-丁基-3-甲基-咪唑磷酸盐离子液体(IL)和膨胀型阻燃剂3-(N-二苯基磷基)氨基丙基三乙氧基硅烷(DPES)的基础上,对可膨胀石墨(EG)、含磷离子液体(IL)、IL改性的EG(IL-EG)和IL-EG/DPES作为硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)的阻燃剂进行了系统研究,研究了这些阻燃剂对RPUF的泡孔结构、热分解行为、阻燃性能、微观形貌及力学性能等的影响,并对上述阻燃剂对RPUF体系的阻燃机理进行了探讨。研究了未改性的EG对RPUF力学性能、热稳定性及燃烧性能的影响。结果发现,随着体系中EG含量增多,泡沫塑料的泡孔尺寸变大,且分布不均,并泡及破泡现象明显增多,但当EG含量不超过10phr时,RPUF的压缩强度仍呈增大的趋势。热重分析(TGA)发现,RPUF的初始热分解温度随着EG含量的增多而不断减小,说明材料的热稳定性下降。同时,阻燃试验研究表明,EG的添加可以减小RPUF的热释放速率(HRR)、烟释放速率(SRR)、总热释放量(THR)、总烟释放量(TSR),提高样品的点燃时间(TTI)和极限氧指数(LOI)。综合来看,未改性的EG受热膨胀所形成的炭层可以起到一定的阻隔作用,改善RPUF的燃烧性能。合成了含磷阻燃剂—1-丁基-3-甲基-咪唑磷酸盐离子液体(IL),用红外光谱(FTIR)和核磁共振(1H-NMR)对IL的结构进行了表征。研究了不同含量IL对RPUF力学性能、热稳定性及燃烧性能的影响。结果表明,IL在受热条件下分解生成的磷酸、偏磷酸等粘稠液体可以在RPUF表面形成阻隔层,从而提升材料的隔热阻燃特性。同时,IL分解产生的大量不燃性气体和自由基终止剂PO·或HPO·能在气相中发挥阻燃作用,有效改善泡沫塑料的抑烟效果。当IL添加量为15phr时,RPUF的HRR、THR、TSR值最低,TTI和LOI则接近最佳值。另外,IL含量越多,RPUF的泡孔尺寸越大,压缩强度越低,初始分解温度值下降。从最终的结果来判断,单纯IL阻燃RPUF的效果不及EG。采用IL对EG进行预处理制备了改性的IL-EG阻燃剂。研究了不同含量的IL-EG对RPUF的力学性能、热稳定性及燃烧性能的影响。结果表明,与单纯IL或EG阻燃的RPUF相比,同等配比下,IL-EG改性的RPUF表现出更优异的阻燃特性,说明IL与EG存在良好的协同阻燃效应。IL有助于改善EG与RPUF基体的界面相容性,同时IL分解产生的粘稠液体可以加速残炭层的形成,提高其致密性和强度,增强阻隔效应。此外,IL本身分解产生的不燃性气体和自由基终止剂也可以起到气相阻燃的作用。这些因素导致IL和EG二者协同提升RPUF的阻燃特性。且IL-EG含量越多,材料的压缩强度值越大,LOI和TTI值越高,HRR、THR、TSR值越低,但材料的热稳定性下降。合成了磷-氮膨胀型阻燃剂3-(N-二苯基磷基)氨基丙基三乙氧基硅烷(DPES),用FTIR和1H-NMR对DPES的组成和结构进行了表征。将DPES与IL-EG复配,研究了不同复配比的阻燃剂对RPUF的力学性能、热稳定性及燃烧特性的影响。结果表明,IL-EG中EG表面的羟基可以与DPES中的硅氧乙基发生缩合反应,改善EG的膨胀炭化效应,促进隔热炭层的形成。DPES中的-NH还能与原料PAPI中的异氰酸酯基发生反应形成脲,改善复合材料的阻燃特性。同时,含磷阻燃剂分解生成的不燃性气体和自由基终止剂也会增强气相阻燃的效果,从而显著提升阻燃剂的阻燃效能。另外,该体系中RPUF热分解形成的有毒烟气含量明显减少,如HCN、CO等。当IL-EG与DPES复配1:1,总含量为20phr时,材料的LOI值达到32.9%,相对于RPUF提高了13.2个百分点,THRR、THR则分别降低了60%和45%。且此配比下的材料的压缩强度、热稳定性均得到大幅提升,体现了不同类型阻燃剂间优异的协同效应。