阻燃聚氨酯的制备及其对间隔织物压缩弹性的影响

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间隔织物/柔性聚氨酯复合材料是以经编间隔织物为基体材料,采用物理或者化学方式与聚氨酯材料复合而成的新型材料,其具有优异的比强度、比模量、减震、隔热和质量轻等特点,在复合过程中填充了大量的软质聚氨酯泡沫,而聚氨酯泡沫材料因比表面积大且多孔结构的缺陷,使其出现极易燃烧、阻燃效果差的问题,同时在燃烧中释放出大量有毒黑烟,严重威胁人们的生命和财产安全。因此,对聚氨酯泡沫阻燃及抑烟的研究工作具有重大意义。为了提高聚氨酯的阻燃性能,降低复合材料在火灾方面的潜在危害,需研发一种无毒环保的高效新型阻燃剂,以提升聚氨酯泡沫材料的阻燃要求。研究发现,因含磷阻燃剂和无机阻燃剂(如氢氧化铝和氢氧化镁)无毒和环境友好性能,而被广泛应用作为聚合物的阻燃剂。但其中因无机阻燃剂的高添加量(30-60%)不仅会造成生产成本的增加,还会造成材料的物理性能的降低。而纳米无机铝化合物中的磷酸盐、铵盐和钼酸盐以及包含硅基(如二氧化硅)等无卤阻燃剂的发展引起人们的关注。为解决阻燃剂高添加量及生产成本等问题,本文研究设计了两个体系,一、将钼酸铵包覆磷酸铝(ALP)形成ALP微胶囊阻燃剂,组成氮-铝-磷-钼协同阻燃体系;二、将钼酸铵包覆二氧化硅(SiO2)形成SiO2微胶囊阻燃剂,组成硅-磷-氮-钼阻燃体系。同时,对ALP微胶囊阻燃剂和SiO2微胶囊阻燃剂进行了表征,研究了两种阻燃剂对PU泡沫材料的阻燃抑烟性能的影响,进而研究了两种阻燃PU泡沫材料对间隔织物/聚氨酯复合材料压缩性能的影响。采用X射线衍射、扫描电镜、能量光谱、热重分析、傅里叶变换红外光谱分析和裂解气相色谱质谱联用仪等对阻燃聚氨酯复合材料及其残炭进行表征,研究结果如下:将ALP微胶囊阻燃剂加入PU泡沫制得阻燃PU/ALP微胶囊复合材料表现出良好的阻燃性、防熔滴性能及协同阻燃效果。在垂直水平燃烧试验中,聚氨酯复合材料燃烧后的剩余长度明显增加;当阻燃剂添加量为15%时,PU/ALP微胶囊复合材料LOI值为28.5%,UL 94 V-0级;当阻燃剂添加量为20%时,烟密度下降到16%。将SiO2微胶囊阻燃剂加入PU泡沫制得阻燃PU/SiO2微胶囊复合材料表现出优越的阻燃效果。PU/25%SiO2微胶囊复合材料LOI值达到34.8%,UL-94等级为V-0级,而且烟密度下降明显,由原来的29.0%下降到1.8%;裂解气相色谱质谱仪以及红外分析得出,SiO2微胶囊能够促进聚氨酯泡沫材料形成连续紧密的残炭层,表现出优异的凝聚相阻燃效果。最后,将聚氨酯泡沫分别填充到间隔织物三维空间网状结构中,固化制得间隔织物/聚氨酯复合材料,使用Instron 3369万能试验机对材料进行准静态平板压缩实验,研究表明ALP微胶囊聚氨酯泡沫与SiO2微胶囊聚氨酯泡沫的压缩性能较间隔织物有较大提升;随着填充率的提高,间隔织物/聚氨酯复合材料载荷能力明显提高,变形量减少,缓弹性性能得到改善;当聚氨酯质量分数为30%时,间隔织物/柔性聚氨酯复合材料能够维持间隔织物的压缩变形趋势,具有优异的缓冲性能。
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