【摘要】：聚氨酯具有非常多的優(yōu)良特點,比如耐磨性能好、耐低溫性能強等,因此被廣泛應于汽車行業(yè)、建筑行業(yè)和醫(yī)療用品行業(yè)等領域。但聚氨酯在燃燒時十分危險,其會釋放出許多熱量,以及一氧化碳(CO)、氰化氫(HCN)、氯化氫(HC1)等有毒有害氣體。前人對于火災煙氣毒性研究主要集中于CO和C02,對于HCN等毒性氣體和各毒性氣體之間的相互作用研究較少。同時,前人進行了阻燃劑對聚氨酯材料的影響研究,但主要集中在了單組份阻燃劑對于火災煙氣毒性釋放的影響。此外,前人在研究中發(fā)現了氧氣對于材料燃燒的重要性,但對于火災煙氣毒性氣體隨氧氣濃度變化的規(guī)律和機理研究較少,且實驗中選取的氧氣濃度也不連續(xù)。本文開展了一系列火災煙氣毒性實驗,重點研究了氧氣濃度變化、材料特性改變對于熱塑性聚氨酯材料的火災煙氣毒性產物釋放影響,最后利用層次分析法(AHP)對熱塑性聚氨酯及其復合材料進行了火災危險性的綜合評價。首先,通過改變氧氣濃度對熱塑性聚氨酯(TPU)的熱解行為進行研究。氧氣使得TPU達到其分解速率峰值的溫度提前,表明由于氧氣增加使得TPU的熱穩(wěn)定性下降。當氧氣濃度超過3 0%時,TPU的燃燒占據主導地位。隨著氧氣濃度上升,Ea值增大,在15%氧氣濃度之后,Ea值隨著氧氣濃度繼續(xù)上升而下降。HCN在TPU燃燒過程中持續(xù)釋放,受氧氣濃度影響不大。CO釋放的最大值隨著氧氣濃度的上升而增加,可能是因為O2一方面用于TPU的燃燒,另一方面用于CO的氧化。隨著氧氣濃度的上升,氧氣不斷地用于TPU燃燒,成為主要消耗途徑,因此CO的釋放也增加。其次,通過聚磷酸銨(APP)、氫氧化鋁(ATH)和納米蒙脫土(MMT)按照不同比例組合成三組阻燃添加劑,包括APP-ATH,APP-MMT和APP-ATH-MMT,將不同添加劑分別加入到TPU中以降低其毒性。通過對熱塑性聚氨酯及其復合材料進行熱解氣體分析,APP、ATH和MMT三者加強了TPU向異氰酸酯的轉化過程,因此CO和CO2產量降低,用于CO轉化為CO2的O2也減少,對應O2消耗量也減少。進行FED計算,發(fā)現對于每組毒性氣體而言,APP-ATH組樣品的毒性降低主要是由于CO和HCN的釋放,MMT的加入能夠幫助降低CO的釋放。超過50%的FED值是由HCN的毒性引起的,說明在TPU的火災煙氣中HCN的毒性起著重要作用。最后,基于層次分析法(AHP)綜合評價三類熱塑性聚氨酯及其復合材料的火災危險性。本文中,將HCN濃度作為特殊毒性危害指標,CO和CO2濃度作為一般毒性危害指標,將熱釋放速率峰值(PHRR)、平均熱釋放速率(HRR)、總熱釋放量(THR)作為熱危害指標,將產煙速率峰值(SPR)作為煙危害指標,綜合定量評價了熱塑性聚氨酯及其復合材料的火災危險性大小。其中,聚磷酸按(APP)能夠強有力的減少熱量釋放,聚磷酸銨(ATH)、氫氧化鋁(ATH)和蒙脫土(MMT)三者加強了熱塑性聚氨酯向異氰酸酯的轉化過程,使得CO和CO2產率降低。實驗結果說明了綜合熱、煙、毒三個層次來降低聚合物材料火災危險性是可行的。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ323.8
【圖文】：

３．３實驗結果及討論逡逑３．３．１熱穩(wěn)定性和殘留物分析逡逑對２０°Ｃ／ｍｉｎＴＰＵ顆粒在氮氣氣氛下的ＴＧＡ數據進行分析，如圖３．２所示，逡逑在此圖基礎上對最初始分解溫度Ｔｊｗｔ％邋（質量損失為５％時的溫度）、Ｔ！（第一次逡逑達到熱分解速率峰值時的溫度）和Ｔ２邋（第二次達到熱分解速率峰值時的溫度）的逡逑定義進行闡述。逡逑２０逡逑

逡逑圖３．１實驗用熱重紅外聯用儀逡逑實驗的樣品為市場購入的ＴＰＵ塑料，統(tǒng)一切割成１０ｍｇ左右的小顆粒，不逡逑再做進一步處理。樣品詳細信息如表３．１所示。逡逑邐表３．１樣品詳細信息表邐逡逑樣品名稱邐生產商邐密度（ｇ／ｃｍ３）邋熔點逡逑ＴＰＵ邋（熱塑性聚氨酯）邐東莞朗格塑料有限公司邐Ｌ１７邐７３。。逡逑３．２．２實驗過程逡逑實驗前，先將ＴＰＵ顆粒放至烘干機中，在８０°Ｃ下烘干１２邋ｈ，取出待用。將逡逑大約ｌＯｍｇＴＰＵ顆粒放入坩堝中，加熱范圍為３０－７００°Ｃ，加熱速率分別為１０，２０，逡逑３０°Ｃ／ｍｉｎ。氧濃度范圍為邋０％，邋５％，１０％，１５％，２１％邋（空氣），３０％，邋５０％和邋７０％，逡逑進氣流量為４５邋ｍｌ／ｒｎｉｎ。為了避免氣相產物凝結，不銹鋼傳送管和氣體箱加熱維逡逑持在１８０°Ｃ。逡逑３．３實驗結果及討論逡逑３．３．１熱穩(wěn)定性和殘留物分析逡逑對２０°Ｃ／ｍｉｎＴＰＵ顆粒在氮氣氣氛下的ＴＧＡ數據進行分析，如圖３．２所示，逡逑在此圖基礎上對最初始分解溫度Ｔｊｗｔ％邋（質量損失為５％時的溫度）、Ｔ�。ǖ谝淮五义线_到熱分解速率峰值時的溫度）和Ｔ２邋（第二次達到熱分解速率峰值時的溫度）的逡逑定義進行闡述。逡逑２０逡逑

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本文編號：2732138