表面涂覆提高相变材料的阻燃性能

表面涂覆提高相变材料的阻燃性能

       相变材料(PCM-PhaseChangeMaterial)指得随溫度改变而改变状态，并能提拱潜热的物质。其转变物理性质的过程被称作相变过程，该过程将吸收或释放大量的潜热。相变材料绿色环保，应用前景范围广，有希望变为新时代最好节能载体材料。科技人员设计制取出了一种新型表面包覆形态的阻燃稳定相变材料（SSPCMs），为阻燃材料在这方面的使用提拱了新的理念。首要以SBS/HDPE/石蜡/OMMT为原料，按30/10/60/20的比例制取形状稳定相变材料SSPCM（，再由丙烯酸树脂、膨胀石墨（EG）和红磷（RP）组合而成涂层结构对其改性。在其中，PCM/OMMT-A,PCM/OMMT-B为将EG或EG/RP涂覆于SSPCM表面形成包覆结构，PCM/OMMT/EG,PCM/OMMT/EG/RP为将EG或EG/RP与SSPCM熔融共混。

利用涂层包覆，较少的阻燃剂加入量（9.2份EG或15.2份EG/RP）就能显著提高材料的阻燃性能。SSPCMs的LOI值从18.7vol％分別提高到35.9vol％和36.9vol％，在垂直燃烧检验中PCM/OMMT-A,PCM/OMMT-B阻燃标准实现UL-94V0级别。除此之外，CONE测试表明，包覆改性后，材料的PHRR由纯样的1035.2kW/m2分別降到419.4kW/m2和454.1kW/m2，最高热释放速度减低60％；平均HRR从241.8kW/m2·s分別降到160.9kW/m2·s和141.5kW/m2s；燃烧时长显著增加，由200秒分別增加到700s和600s；二氧化碳排出量减低显著。这表明，表面涂层不但大幅度降低了放热率，并且显着增加了燃烧过程，提高了阻燃性能。

之后，研究人员使用TGA-FTIR对表面涂层的阻燃机理开展了研究。结果显示：EG在燃烧过程中发挥了极为重要的功用。当试样暴露在火焰中时，EG受热膨胀并吸收蒸发的石蜡，使易燃物浓度值及周边的溫度减低；而燃烧后，EG膨胀成蠕虫状，炭层呈多孔结构，EG的含量越高，燃烧形成的炭层就越厚，吸收的气态石蜡和其它气态易燃物就更多，除此之外，EG炭层还可发挥阻隔功用。多个方面的影响最后引起燃烧延迟情况。

综和以上检测结论对阻燃机理进行了系统分析：PCM/OMMT中的可燃物共经历了150-400℃石蜡蒸发，200-400℃间EG的膨胀等过程，400-500℃（HDPE和SBS的分解和燃烧）；在涂层阻燃剂试样（PCM/OMMT-A和PCM/OMMT-B）中，涂层中的EG最先与火焰接触并膨胀成厚的膨胀层，EG膨胀吸热并吸取了蒸发的石蜡，有效的减少了PCM/OMMT的外表温度，并阻拦火焰和热量向里面的渗透，EG并且具有减少溫度和可燃物的功能。而当溫度超出400℃时，出现丙烯酸树脂，HDPE和SBS的燃烧，EG更进一步膨胀，并且RP也被氧化。RP与丙烯酸树脂间的反应也是吸热过程，在吸取热量具有促使焦炭产生，因而PCM/OMMT-B的LOI值稍高于PCM/OMMTA，阻燃效果更强。

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