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)、