Page 190 - 《精细化工》2021年第1期

·180· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

果类似。但 NR/KC/MnO 2 /APP 最终 THR 略高于 合材料的 SPR 峰值大大降低，但只有 NR/KC/
NR/APP，结合图 3a，NR/KC/MnO 2 /APP 的 HRR 曲 Fe 2 O 3 /APP 复 合 材料的 TSP 低于 NR/APP ，为
2
线后半段处于较高水平，导致其 THR 较高，说明这 19.6 m ，相比于 NR 下降了 35.0%，表明 Fe 2 O 3 可以
4 种 MO 中，MnO 2 催化成炭能力一般。另外，HRR 作为抑烟剂减少复合材料的烟排放。Fe 2 O 3 抑烟机制
峰值与峰值出现的时间（T HRR ）比值被称为火势增 可分为两个方面，一方面 Fe 2 O 3 可以促进 APP 提前
长指数（FGIRA），FGIRA 可认为是评价整体火灾 热分解出 NH 3 和 H 2 O，形成多磷酸化合物。同时在
隐患的指标 [23] 。FGIRA 越大，火势越大。KC/MO/ 燃烧的后期，通过形成 Fe—O—P 键，可促进磷酸
APP/NR 均具有较低的 FGIRA 指数，说明添加 化合物（如多磷酸）的交联和固化，从而改善炭层
3+
KC/MO/APP 后的 NR 阻燃性能较好。 的质量 [25] 。另一方面，Fe 2 O 3 提供的 Fe 是一种理想
在研究复合材料阻燃时，如何减少复合材料燃 的自由基清除剂，可捕获燃烧产生的氢氧自由基，
烧时产生的烟雾也十分重要，有研究表明，火灾中 减少烟雾主要来源之一环状化合物的产生，从而达
人员的伤亡原因往往是大量的有毒烟雾 [24] 。图 3c、 到抑烟效果 [26] 。
d 分别为总烟释放量（TSP）曲线、烟释放速率 2.3 复合材料形貌分析
（SPR）曲线，这是评价烟雾产生的两个重要参数。 为进一步分析阻燃机理，利用 SEM 对 CCT 测
2
天然橡胶 TSP 为 30.2 m ，添加 KC/MO/APP 后，复 试后残炭外侧进行形貌分析，结果见图 4。

a—NR；b—NR/APP；c—NR/KC/Fe 2O 3/APP；d—NR/KC/CuO/ APP；e—NR/KC/Al 2O 3/APP；f—NR/KC/MnO 2/APP
图 4 复合材料残炭的 SEM 图
Fig. 4 SEM images of carbon residue of composites after burning

从图 4a 可以看出，天然橡胶残炭表面崎岖不 从而提高复合材料阻燃能力。
平，结构松散，这种结构损害了炭层对热量和可燃 2.4 动态热机械分析
气体的隔绝能力。这是由于天然橡胶在高温下会分 图 5 为复合材料储能模量、损耗因子随温度变
解出大量挥发性气体，破坏了炭层的连续性，无法 化的 DMA 测试曲线。在链段运动从冻结到自由的
阻隔热量，因此阻燃性能较差 [27] 。由图 4b 可知， 过渡过程中，虽然链段具有一定的运动能力，但仍
NR/APP 炭层较平整，且结构较为致密，这种结构 需要克服摩擦力并在一定温度下达到最大值，此温
对复合材料的阻燃能力非常重要，但炭层表面仍存 度用于表征材料的玻璃化转变温度（T g ）。由图 5a
在较大的空隙，并且由 TG 结果证明这种炭层并不 可以看出，天然橡胶储能模量最低，加入阻燃剂后，
稳定，因此，单一使用 APP 的阻燃效果并不明显。 复合材料储能模量增加，主要原因是阻燃剂的加入
与图 4b 相比，加入 KC/MO 后，复合材料残炭表现 增加了分子链的刚性，并且分子链的相对运动更加
出更为紧凑的结构，表面仅有一些小的裂缝和空隙， 困难。由图 5b 可知，天然橡胶的损耗因子最高，加
说明 KC/MO/APP 三者的协同作用可以形成致密的 入阻燃剂后损耗因子下降，这可能是由于阻燃剂和
炭层，这种炭层对隔离热量和可燃气体非常有效， 基体之间的相互作用所致。并且加入阻燃剂后的几