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ZHS阻燃PVC材料的燃烧性能及火灾危险性评价

邹娟  
【摘要】:聚氯乙烯(PVC)材料广泛应用在电线电缆、建材、电器元件等方面,在加工过程中因添加大量增塑剂而使得PVC易燃,并且在燃烧过程中释放出大量有毒有害气体,因而研究适用于PVC材料且综合阻燃抑烟性能较好的阻燃剂十分必要,而羟基锡酸锌(ZHS)对PVC材料具有综合的阻燃抑烟效果。本文参考文献的制备方法制备了ZHS,研究了ZHS及其与无机阻燃剂进行二元、三元复配对PVC材料燃烧性能的影响,最后基于锥形量热仪(CONE)的测试结果评价材料的火灾危险性。本论文研究结论如下:(1)通过共沉淀法在常温下得到均一且纯度较好的ZHS,从燃烧性能来看,ZHS能够显著提高PVC材料的阻燃性能;从热稳定性的研究结果来看,ZHS降低了PVC的初始热解温度,增大了热解稳定阶段的温度范围,并且使最大失重速率值显著增大;燃烧特性测试结果表明,ZHS能有效降低PVC材料的热和烟气危险;对比发现,球体形貌的ZHS对PVC的阻燃综合效果优于介孔的ZHS,而这可能与介孔结构ZHS本身的热稳定性较差及制备过程中存在过度刻蚀相关;观察材料CONE试验后炭渣照片同样可证明ZHS是PVC优良的阻燃剂,其中球体结构的ZHS使PVC热解形成的炭渣更加密实。(2)将ZHS与无机阻燃剂复配,研究其阻燃性发现,ZHS与Sb203复配在提高极限氧指数值(LOI)上的作用显著;热重分析测试发现二元复配体系均使PVC的初始热解温度范围变窄,稳定阶段温度范围显著增加,均显著降低了PVC材料的初始热解温度(PVC/ZHS/MRP除外),但是ZHS与Sb203复配在促进成炭、抑烟方面的作用较差,ZHS与MRP复配增加了PVC初始热解温度,最大限度的增加了稳定阶段的温度范围和热解残炭量;三元复配PVC/ZHS/Sb2O3/MoO3能显著提高PVC材料的阻燃性能,对其热稳定研究发现相比于PVC/ZHS/Sb2O3和PVC/ZHS/ZB,加入Mo03后,反而增加了PVC的初始热解温度,进一步降低了热解第一阶段的温度范围和失重,增加了残炭量,表明Mo03能显著改变PVC材料热解途径。(3)通过CONE的测试结果研究复合阻燃PVC材料的燃烧性能,发现纯PVC火灾热危险和烟气危险都最高,PVC/ZHS具有综合的阻燃抑烟效果,其烟气毒性危险性也较低,PVC/ZHS/MRP在火蔓延、火灾中热危险及发烟量上的危险性均最低,但是其烟气毒性危险性最大;PVC/ZHS/Sb2O3/MoO3火轰然危险性最低,具有相对较低热危险性和发烟危险性,但是其烟气毒性危险性较高;PVC/ZHS/MOO3的热危险和烟气危险相对较小,但是烟参数值相对较大,不利于火场中人员逃生和疏散,并且其对火蔓延和轰然的抑制作用相对较差一些。PVC/ZHS/ZB/MOO3和PVC/ZHS/ZB对降低热和发烟量的危险性上的作用都较小,但是PVC/ZHS/ZB/MoO3能显著降低烟气毒性。通过层次分析法对比分析PVC复合材料的综合火灾危险性(设定适用场所为居住人员的建筑物),发现PVC/ZHS的综合火灾危险性最低,PVC/ZHS/MoO3和PVC/ZHS/Sb203/Mo03仅次之,PVC/ZHS/ZB和PVC/ZHS/ZB/MoO3的综合火灾危险性相对较高,PVC/ZHS/MRP居中。


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