收藏本站
《青岛科技大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

典型膨胀阻燃聚合物材料燃烧过程分析与模拟研究

张峰  
【摘要】: 传统的阻燃体系中含卤阻燃剂阻燃效果比较好,但由于在火灾中会放出腐蚀性、有毒的气体,对环境危害较大。而膨胀阻燃体系通过膨胀成炭隔热、隔氧起到阻燃作用,且有抑烟效果,对环境友好,已成为最有前途的阻燃技术之一。膨胀阻燃聚合物材料在火灾中的热行为变化以及热解化学反应过程、燃烧过程都非常复杂,至今仍然没有充分理解,因此有必要对其燃烧过程进行研究,以建立相应的理论模型。 本文选取膨胀阻燃聚丙烯材料(IFR-PP)和纯聚碳酸酯(PC)作为典型材料,研究了两种材料的膨胀阻燃特性。TG/FTIR联用的分析结果表明,当温度高于290℃(在空气中)或440℃(在氮气中),由于添加剂的作用使IFR-PP聚合物材料热稳定性好于PP。通过调节膨胀阻燃剂的含量,可以使IFR-PP材料的阻燃级别达到V-0级,热释放速率大大降低。IFR-PP聚合物材料的炭渣分析结果表明,膨胀剂配方、含量的变化对炭层结构的致密性、整体性都有很大影响。IFR-PP在低辐射功率下比在高辐射功率下更容易形成致密、均匀的炭层。SEM分析表明,膨胀阻燃PP材料开始形成的炭层有利于起到有效隔热隔氧作用。辐射功率、样品厚度和样品的安装方式对纯PC的燃烧行为都有影响。纯PC的膨胀速度在燃烧过程中基本不变或有增加的趋势。 本文还研究了IFR-PP和PC材料在锥形量热仪条件下的热传递过程。结果表明,辐射功率增加明显加快IFR-PP材料表面温度升高;膨胀阻燃剂的含量也对IFR-PP材料的表面温度有影响。IFR-PP材料和纯PP材料内部温度场分析结果表明,样品内部距离上表面越近的位置温度越高,距离上表面越远的位置温度越低。改变配方APP,PER的含量会影响IFR-PP材料内部的传热。IFR-PP材料外部温度场分析结果表明,当膨胀炭层膨胀到样品上方测温点位置,由于膨胀炭层的覆盖作用导致测温点温度曲线下降之后再上升。此外,对样品上方的测温点,离样品越远(即越靠近锥形加热器),所能达到的最高温度越大。纯PC的表面温度分析结果表明,不同辐射功率下PC样品上表面温度随时间都呈现先升高后保持平稳的趋势。纯PC的内部温度场分析结果表明,温度曲线中会出现转折现象。 本文对IFR-PP的热物性也进行了分析和研究。建立了火灾环境下材料加热过程(聚合物分解之前)中估算材料热导率的方法。采用DRX—I热导率测试仪测量并分析了IFR-PP材料热导率在20℃~380℃的温度范围内的热导率随温度变化规律。膨胀阻燃聚合物材料比热容的测试结果表明,由于熔融和分解吸热导致膨胀PP材料比热容曲线中出现了两个峰值。膨胀PP材料燃烧后炭层比热容由于氧化分解放热使比热容在温度超过127℃后出现了下降的趋势。膨胀PP材料的热扩散系数随温度增加而不断减小;膨胀PP材料燃烧后炭渣的热扩散系数随温度增加下降趋缓。用理论公式计算和实验测量两种方法得到了材料的表面发射率。用直接测量法测定了IFR-PP的表观密度;炭渣的表观密度和真实密度,并由此计算出炭渣的孔隙率。 本文通过实验研究和理论分析建立了可以描述膨胀阻燃聚合物材料膨胀燃烧过程的模拟模型。该模型在传统能量模型的基础上强调了膨胀过程所涉及到的热力学问题,并提出了相应的热力学吸热模型。选取典型膨胀聚丙烯材料,并将该材料的实验结果与模拟结果进行了比较。验证结果表明,利用本模型模拟出来的温度曲线、样品厚度、质量损失速率曲线与实验结果吻合很好。研究结果表明,本模型可以合理地描述聚合物材料的膨胀行为,可以比较准确预测材料在燃烧过程中的温度分布、样品厚度随时间变化、样品质量损失速率随时间的变化等。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李巧玲,叶云;膨胀阻燃系统残炭的结构研究[J];电子显微学报;2001年04期
2 李国新;何廷树;黄汝杰;;膨胀阻燃体系的研究进展[J];涂料工业;2009年09期
3 王德花;李荣勋;刘光烨;;塑料膨胀阻燃技术的研究进展[J];塑料助剂;2008年03期
4 赵敏;;超支化膨胀阻燃橡胶材料及其制备方法[J];橡胶工业;2013年05期
5 许冬梅;郝建薇;刘国胜;谢松明;;膨胀阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料热降解及燃烧产烟研究[J];高分子学报;2013年07期
6 陈晓平;张胜;杨伟强;崔正;陈小随;;膨胀阻燃体系概述[J];中国塑料;2010年10期
7 吴娜;杨荣杰;郝建薇;刘国胜;;金属氧化物对聚丙烯膨胀阻燃体系阻燃性能的影响[J];高分子学报;2009年12期
8 姜明;陈荣国;刘欣萍;肖荔人;钱庆荣;陈庆华;;均三嗪环类物质膨胀阻燃研究进展[J];塑料助剂;2011年05期
9 韩志东;吴泽;单连伟;马成国;张显友;;膨胀阻燃聚乙烯的研究[J];中国塑料;2012年02期
10 刘红;季洋;姜国发;高广刚;赵洪;;紫外光交联聚乙烯电缆绝缘材料的膨胀阻燃研究[J];塑料工业;2012年09期
11 李斌,张秀成,孙才英;淀粉对聚乙烯膨胀阻燃体系热降解和阻燃的影响[J];高分子材料科学与工程;2000年02期
12 王明清,张军;聚合物膨胀阻燃体系研究进展[J];现代塑料加工应用;2003年03期
13 邵涟;;热膨胀阻燃橡胶[J];世界橡胶工业;2009年05期
14 赵静;姚秀超;吕通建;李春旭;王艳秋;;红磷膨胀阻燃体系阻燃聚甲醛的研究[J];中国塑料;2014年02期
15 许兢;郑敏敏;郑成;刘欣萍;陈庆华;;氢氧化镧对聚丙烯膨胀阻燃体系性能影响[J];中国塑料;2012年12期
16 孔繁清;李金;胡源;闫慧忠;宋磊;孙晓华;;磷酸镧在聚丙烯中协效阻燃膨胀阻燃体系的研究[J];稀土;2013年02期
17 石孟星;;论光固化膨胀阻燃涂层的制备[J];企业技术开发;2013年15期
18 熊慧;许国志;;无卤膨胀阻燃PP/PA6合金性能研究[J];现代塑料加工应用;2007年01期
19 刘跃军;毛龙;;MgAlZnFe-CO_3 LDHs对PBS膨胀阻燃体系性能的影响[J];高等学校化学学报;2013年12期
20 ;专利文摘[J];橡胶科技市场;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李巧玲;叶云;;膨胀阻燃系统残炭的结构研究[A];第二届全国扫描电子显微学会议论文集[C];2001年
2 李斌;;三嗪大分子合成及高效膨胀阻燃体系[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题M:阻燃高分子[C];2013年
3 刘媛;刘建志;郝建薇;;纳米填料和分子筛对膨胀阻燃丙烯酸酯涂层的耐火协效作用[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题M:阻燃高分子[C];2013年
4 臧远生;许苗军;李斌;;膨胀阻燃O-SEBS/PP复合材料体系性能研究[A];2013年全国阻燃学术年会会议论文集[C];2013年
5 彭辉;周友;郝建薇;李茁实;邹红飞;;协效膨胀阻燃EVM橡胶的硫化和溶胀以及燃烧性能研究[A];2014年全国阻燃学术年会会议论文集[C];2014年
6 车晶;李定华;杨荣杰;;无卤阻燃聚乳酸近期研究进展[A];2012年中国阻燃学术年会论文集[C];2012年
7 赵斌;陈丽竹;龙家伟;陈力;王玉忠;;低烟无卤膨胀阻燃玻纤增强聚酰胺6的研究[A];2010年中国阻燃学术会议论文集[C];2010年
8 韦平;江平开;黄建智;苏战排;汪根林;;SEPDM在聚丙烯膨胀阻燃体系的作用研究[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
9 邓承梁;刘云;赵婧;王玉忠;;4A分子筛对膨胀阻燃PP体系阻燃效果的影响[A];2010年中国阻燃学术会议论文集[C];2010年
10 杨其;雷远霞;周淑芬;于清泉;;成炭剂对聚丙烯膨胀阻燃体系阻燃性能的研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 聂士斌;聚丙烯阻燃协效、成炭机理和新型膨胀阻燃体系的研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 王孝峰;光固化膨胀阻燃涂层的制备及交联聚乙烯的热老化与机理的研究[D];中国科学技术大学;2013年
3 张峰;典型膨胀阻燃聚合物材料燃烧过程分析与模拟研究[D];青岛科技大学;2008年
4 周顺;膨胀阻燃和硅烷接枝交联聚丙烯及其三元乙丙橡胶材料的制备和性能研究[D];中国科学技术大学;2009年
5 宣善勇;膨胀阻燃聚乳酸复合材料的制备、性能和阻燃机理研究[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李红;化学膨胀阻燃热塑性聚烯烃弹性体研究[D];大连工业大学;2009年
2 曾祥斌;聚乙烯膨胀阻燃体系的研究[D];北京化工大学;2000年
3 杨有财;磷—氮型无卤膨胀阻燃ABS树脂性能的研究[D];青岛科技大学;2010年
4 李胜;膨胀阻燃LLDPE/EAEM复合材料的制备及性能研究[D];东北林业大学;2010年
5 李艳涛;高效膨胀阻燃聚丙烯材料的制备与性能研究[D];东北林业大学;2008年
6 林沫;金属氧化物对膨胀阻燃热塑性聚氨酯体系的影响[D];东北林业大学;2011年
7 贾贺;膨胀阻燃LLDPE/EVA材料的制备及性能研究[D];东北林业大学;2009年
8 白鹏;膨胀阻燃聚丙烯薄膜的研究[D];东北林业大学;2010年
9 乔治华;膨胀阻燃丁苯橡胶及三元乙丙橡胶/聚丙烯材料的制备和性能研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 刘雪莉;新型膨胀阻燃低密度聚乙烯的制备及性能研究[D];安徽理工大学;2013年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978