【摘要】：EPDM橡塑復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、加工性能和綜合物性(包括耐熱、耐光、耐臭氧、耐化學(xué)腐蝕等特性),而被廣泛應(yīng)用在公共建設(shè)、交通設(shè)施、電學(xué)和包裝材料之中。但EPDM橡塑復(fù)合材料氧指數(shù)在20%左右,屬于易燃材料,且燃燒時(shí)易滴落,具有巨大的火災(zāi)隱患;同時(shí),EPDM及其橡塑復(fù)合材料在燃燒過(guò)程中會(huì)釋放大量的煙和毒性氣體。因此,研究低煙低毒阻燃EPDM橡塑復(fù)合材料具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。本論文中,設(shè)計(jì)并合成了含鋅類的抑煙硫化劑、不同結(jié)構(gòu)的含磷硅烷偶聯(lián)劑、片層結(jié)構(gòu)的SnS2阻燃協(xié)效劑、具有阻燃催化特性的核殼結(jié)構(gòu)阻燃劑,用于無(wú)鹵阻燃EPDM橡塑復(fù)合材料,研究了其在橡塑復(fù)合材料中的阻燃減毒作用效果和作用機(jī)制。主要研究工作如下:1.合成了羥基錫酸鋅(ZHS)和六方硼酸鋅(ZB),將其添加入不同硫化體系的EPDM/EVA橡塑復(fù)合材料中,用以替代氧化鋅作為硫化活性劑。本章中,通過(guò)研究各類硫化體系對(duì)橡膠硫化特性、力學(xué)性能和阻燃性能的影響,確定合適的硫化體系,并研究了含鋅抑煙單元在不同硫化方式中的作用效果。UL-94和LOI測(cè)試表明,ZB和氫氧化鎂協(xié)效阻燃體系,能夠使EPDM/EVA通過(guò)UL-94 V-0級(jí)別,且氧指數(shù)高達(dá)33.5%。錐形量熱測(cè)試表明含硫硫化體系有較低的PHRR,同時(shí)ZB的加入能夠有效降低PHRR,增加材料的安全性。通過(guò)TG-IR對(duì)材料的熱解過(guò)程進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在裂解過(guò)程中,碳?xì)浠衔锏瓤扇汲煞钟行Ы档?這意味著較低的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。SSTF煙氣毒性測(cè)試表明ZHS和ZB的引入均能使CO的釋放顯著降低。結(jié)論表明,含鋅抑煙單元能夠很好的替代氧化鋅充當(dāng)活化劑,從而在提升其阻燃性能的同時(shí),保證硫化的正常進(jìn)行。2.通過(guò)離子驅(qū)動(dòng)組裝方式制備了具有催化阻燃特性的介孔羥基錫酸鐵包覆的氫氧化鎂阻燃劑(MDH@mFeOHS),應(yīng)用于EPDM/EVA橡塑復(fù)合材料中,并研究核殼結(jié)構(gòu)阻燃劑對(duì)橡塑材料的燃燒性能的影響。燃燒測(cè)試表明,MDH@mFeOHS能大幅提高材料的阻燃性能,發(fā)現(xiàn)其40%wt添加量時(shí),EPDM/EVA橡塑復(fù)合材料能夠達(dá)到UL-94 V-0級(jí)別,且LOI高達(dá)32.0%;其PHRR相較于氫氧化鎂阻燃體系可以降低40%以上;SSTF測(cè)試表明MDH@mFeOHS添加的EPDM/EVA材料,其煙氣危害成分得到有效的降低;這是由于將硫化橡膠的交聯(lián)點(diǎn)引入核殼結(jié)構(gòu)阻燃劑表面,改善阻燃劑的分散從而提高阻燃性能。。3.設(shè)計(jì)并合成兩種不同結(jié)構(gòu)的含磷硅烷偶聯(lián)劑DOPO-VTS和PEPA-IPTS,用以改善AHP在橡塑材料中的分散性;合成MnHS,與AHP/PEPA-IPTS協(xié)效阻燃EPDM/EVA橡塑材料。測(cè)試結(jié)果表明:兩種含磷硅烷均能有效提升AHP與橡塑材料的界面相容性和力學(xué)性能。PEPA-IPTS還能提升AHP的阻燃效率,當(dāng)90份AHP和10份PEPA-IPTS添加到150份(EPDM/EVA=2/1)橡塑材料中時(shí),復(fù)合材料可以達(dá)到UL-94 V-0級(jí)別,LOI值達(dá)到31.5%。此外,添加5份MnHS取代阻燃劑后,EE/AHP/PEPA-IPTS的PHRR降低約20.0%。4.通過(guò)水熱法合成了片層SnS2材料,并與APP和PER復(fù)配阻燃EPDM/PP橡塑復(fù)合材料。DSC測(cè)試結(jié)果表明,SnS2的引入能夠有效降低EPDM/PP橡塑復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度;在100份EPDM/PP橡塑復(fù)合材料中,添加4份SnS2、39份APP和13份PER時(shí),垂直燃燒通過(guò)了V-0級(jí)別且LOI值也高達(dá)29.5%;微型量熱儀(MCC)和錐形量熱測(cè)試(CCT)則表明,添加SnS2后材料的熱釋放明顯降低;且燃燒釋放的碳?xì)浠衔锏瓤扇夹詺怏w成分顯著降低;SnS2的加入,顯著提高了EPDM/PP橡塑復(fù)合材料的火災(zāi)安全性。5.使用離子驅(qū)動(dòng)的方法合成了鋅和錫摻雜的聚磷酸銨(ZSAPP),通過(guò)SEM表征了其結(jié)構(gòu),證明了摻雜結(jié)構(gòu)的形成。ZSIFR(ZSAPP:PER=3:1)能夠有效提升EPDM/PP的阻燃性能,并通過(guò)V-O級(jí)別,相比于EPDM/PP/IFR(APP:PER=3:1),其LOI值增加了約2.5%。錐形量熱儀測(cè)試表明EPDM/PP/ZSIFR的PHRR相較于EPDM/PP/IFR降低了約25%,且有較低的煙釋放。SSTF測(cè)試結(jié)果表明,ZSIFR有效降低了EPDMM/PP燃燒產(chǎn)生的CO等毒性氣體。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ333.4;TB33
【圖文】：

分解時(shí)會(huì)產(chǎn)生磷酸及其衍生物，能夠促進(jìn)脫水成碳，同時(shí)，其分解過(guò)程中產(chǎn)生的逡逑水和氨氣能夠使可燃?xì)怏w得到稀釋，從而達(dá)到阻燃的目的。逡逑ＡＰＰ邋—般是在膨脹性阻燃體系（ＩＦＲ）當(dāng)中充當(dāng)酸源和氣源，其在環(huán)氧樹(shù)脂、逡逑聚酯型ＴＰＵ彈性體和尼龍等聚合物中單獨(dú)使用可以有很好的阻燃效率，因?yàn)檫@逡逑些聚合物自身含有成碳結(jié)構(gòu)，可以充當(dāng)碳源，與ＡＰＰ組成膨脹性阻燃體系，生逡逑成致密的碳層結(jié)構(gòu)。而很多不含成碳結(jié)構(gòu)的聚合物，則需要添加季戊四醇（ＰＥＲ）、逡逑ＴＰＵ和尼龍等具有成碳作用的成炭劑或聚合物，才能夠有很好的阻燃效果。ＡＰＰ逡逑雖然有較高的阻燃效率，但其仍然具有很大的改進(jìn)空間。主要改進(jìn)方向包括進(jìn)一逡逑步提升其阻燃效率，增加其與聚合物材料的相容性和阻燃過(guò)程中釋放的氨氣等有逡逑毒氣體的消除。目前提升ＡＰＰ阻燃效率的方法主要包括對(duì)ＡＰＰ微膠囊化、合成逡逑新型成炭劑、表面改性和添加協(xié)效劑。Ｗａｎｇ［４７］等通過(guò)纖維素對(duì)ＡＰＰ進(jìn)行微膠逡逑囊化，形成了含有碳源結(jié)構(gòu)的ＡＰＰ膠囊結(jié)構(gòu)，ＡＰＰ的耐水性得到了很大的提高，逡逑和水的接觸角由１１．５。提升到１０９．６。，同時(shí)新形成的微膠囊化ＭＣＡＰＰ對(duì)ＥＶＡ的逡逑阻燃效率相對(duì)于未包覆的ＡＰＰ體系提升明顯。逡逑

和水的接觸角由１１．５。提升到１０９．６。，同時(shí)新形成的微膠囊化ＭＣＡＰＰ對(duì)ＥＶＡ的逡逑阻燃效率相對(duì)于未包覆的ＡＰＰ體系提升明顯。逡逑圖１．３纖維素材料微膠囊化ＡＰＰ的制備過(guò)程逡逑７逡逑

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本文編號(hào)：2742833