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木塑复合材料(WPC)作为绿色环保、高性能、高附加值的新型材料,成为近年来的研究重点,然而,木塑复合材料属易燃材料,一定程度上限制了其应用范围。
本文以线性低密度聚乙烯(LLDPE)和回收的松木粉为原料,确定了WPC的两种阻燃体系,制备了无卤阻燃木塑复合材料。采用极限氧指数(LOI)、热重分析(TGA)和锥形量热对阻燃前后试样的燃烧性能进行测试,同时,以傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对不同阻燃体系的阻燃机理进行了深入的分析,为提高木塑复合材料附加值和拓展其应用范围提供了理论基础。主要的研究结论如下:
1、膨胀型阻燃体系阻燃WPC的研究发现,添加膨胀型阻燃体系后木塑复合材料的LOI由18.1%增加到33.9%;成炭量由10.1%增加到24.2%,热稳定性明显增强;且燃烧过程中的平均热释放率(av-HRR)、热释放量(THR)、平均烟雾释放率(av-SPR)和烟雾释放量(TSP)分别由阻燃前的129.9kW·m-2、103.2MJ·m-2、0.01067m2·s-1和8.5m2下降到29.5kW·m-2、36.0MJ·m-2、0.00139m2.s-1和1.7m2,阻燃效果明显;分析说明,燃烧时APP催化DPER和木纤维成炭,并在MEL的共同作用下形成膨胀型的保护层,从而达到阻燃的目的。
2、纳米阻燃体系阻燃WPC的研究显示,添加纳米阻燃体系后WPC的LOI由18.1%增加到33.4%;成炭量由10.1%增加到27.1%,热稳定性明显提高;且燃烧时的av-HRR、THR和av-SPR由阻燃前的129.9kW·m-2、103.2MJ·m-2和0.01067m2·s-1下降到阻燃后的50.2kW·m-2、71.7MJ·m-2和0.00897m2·s-1,但TSP略有增加;分析说明,燃烧时APP和NH4Cl共同作用促使木纤维提前脱水成炭,成炭的产物可与SiO2作用生成SiC或其他含硅化合物等鳞片状的晶体覆盖在样品的表面,从而达到阻燃的目的。
3、膨胀型阻燃体系与纳米阻燃体系的对比分析显示,两种阻燃体系阻燃效果几乎相同,但膨胀型阻燃体系较纳米阻燃体系的av-HRR、THR、av-SPR和TSP较低,能更好地改善WPC的燃烧环境,但其热稳定性差于纳米阻燃体系。