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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