Page 183 - 《精细化工》2020年第3期
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第 3 期                      王   娜，等:  卡拉胶-纳米氢氧化铝协同阻燃天然橡胶                                  ·601·


            Al(OH) 3 脱水以及 KC 受热分解所致，此时失重率为                     是 KC-Al(OH) 3 /NR 复合材料的热释放速率（HRR）、
            40%~60%；第二阶段主要是由于 NR 受热分解燃烧，                       总热释放量（THR）和烟释放速率（SPR）变化曲
                                                               线。表 4 为 KC-Al(OH) 3 /NR 复合材料锥形量热的测试
            大分子链分解断裂所致，内部交联程度减小，Al(OH) 3
            和 KC 受热继续分解，此时失重率为 20%~40%；第                       结果。
            三阶段主要是由于高温下形成炭层继续分解为小分
            子化合物，主要分解为低分子碳氢化合物等所致。与
            NR0 相比，NR1 的高温热稳定性有所提高，T 50% 达
            到了 401.22  ℃、W 600 达到了 16.89%。这是由于 KC
            可以在更低温度下分解并在燃烧早期形成稳定炭层
            结构，覆盖在 NR 表面达到阻燃效果。从图 1c 可以
            看出，随着 KC 的加入，复合材料最大热失重速率
            降低，高温热稳定性和 W 600 均有明显提升。这表明，
            KC 和 Al(OH) 3 具有优异的协同作用。相比于其他组
            分复合材料，NR5 的 T 50% 为 475.99  ℃，W 600 达到
            22.88%，综合性能最优。
            2.2    KC-Al(OH) 3 /NR 阻燃性能分析
                 表 3 为 KC-Al(OH) 3 /NR 复合材料的 LOI 和
            UL-94 等级的测试结果。

             表 3    KC-Al(OH) 3 /NR 复合材料的 LOI 和 UL-94 测试结果
            Table  3    Test  results  of  LOI  and  vertical  burn  (UL-94)
                     rating of KC-Al(OH) 3 /NR composites
                  样品            LOI/%          UL-94
                  NR0            17.8         No rating
                  NR1            23.0           V-1
                  NR2            19.2         NO rating
                  NR3            23.9           V-1
                  NR4            24.5           V-0
                  NR5            25.0           V-0
                  NR6            24.7           V-0

                 由表 3 可知，天然橡胶 NR0 的 LOI 为 17.8%，
            属于易燃材料，无阻燃级别。当向天然橡胶中添加
            Al(OH) 3 时其阻燃性增强，复合材料（NR1）的 LOI
            提高到 23.0%，阻燃级别达到 V-1 级。这是因为
            Al(OH) 3 受热分解吸收大量的热，降低了材料表面的

            实际温度从而降低聚合物燃烧反应的速率，Al(OH) 3                        图 2  KC-Al(OH) 3 /NR 复合材料热释放速率曲线(a)、总热
            受热分解形成的 Al 2 O 3 形成炭层并包覆于材料表面，                          释放量曲线(b)及烟释放速率曲线(c)
            减少可燃物产生以达到阻燃效果；其次，KC 受热产                           Fig. 2    Heat release rate (a), total heat release curves (b) ,
            生一些非可燃性气体稀释了氧气浓度从而达到阻燃                                    smoke production rate (c) of KC-Al(OH) 3 /NR composites
            的效果。随着 KC 和 Al(OH) 3 的加入，协同阻燃体系                      表 4    KC-Al(OH) 3 /NR  复合材料锥形量热测试数据
            的 LOI 和 UL-94 均有提升。这是因为 Al(OH) 3 受热分               Table 4    Cone calorimetry data for KC-Al(OH) 3 /NR composites
            解成 Al 2O 3 和水蒸气。Al 2O 3 能够稳定炭层结构，水蒸                           pHRR/     THR/     TSP at     AMLR/
                                                                  样品          2        2         2
            气可以稀释可燃气体，KC 燃烧产生的硫酸钡掺杂在                                      (kW/m )  (MJ/m )   400 s/ m    (g/s)
                                                                  NR0    1371±42   123±5.3   28.7±0.3   26.0±0.1
            炭层中，起到协同阻燃作用。
                                                                  NR1     836±46   105±3.9   27.7±0.4   19.0±0.2
            2.3    KC-Al(OH) 3 /NR 火行为分析                          NR2    1049±32   122±3.2   30.1±0.3   14.0±0.2
                 锥形量热（CCT）是可以客观评价真实火灾中                            NR3     803±49   119±4.2   26.1±0.6   12.8±0.1
                                                                  NR4     716±31   109±4.5   29.7±0.3   11.9±0.3
            材料燃烧性能的一种区别于垂直燃烧、极限氧指数
                                                                  NR5     477±33   108±3.7   22.1±0.4   9.9±0.1
            的测试手段。其原理是氧消耗，测试结果与实际燃烧                               NR6     579±36   146±2.2   28.1±0.2   12.0±0.1
            之间有着很好的相关性，因此，在材料性能评估和防
            火测试等方面有重要的参考价值。图 2a、b 和 c 分别                           由表 4 可知，NR0 的热释放速率峰值（pHRR）、
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