表面涂覆提高相變材料的阻燃性能

?????? 相變材料(PCM-PhaseChangeMaterial)指得隨溫度改變而改變狀態(tài)，并能提拱潛熱的物質(zhì)。其轉(zhuǎn)變物理性質(zhì)的過程被稱作相變過程，該過程將吸收或釋放大量的潛熱。相變材料綠色環(huán)保，應用前景范圍廣，有希望變?yōu)樾聲r代最好節(jié)能載體材料?？萍既藛T設計制取出了一種新型表面包覆形態(tài)的阻燃穩(wěn)定相變材料（SSPCMs），為阻燃材料在這方面的使用提拱了新的理念。首要以SBS/HDPE/石蠟/OMMT為原料，按30/10/60/20的比例制取形狀穩(wěn)定相變材料SSPCM（，再由丙烯酸樹脂、膨脹石墨（EG）和紅磷（RP）組合而成涂層結構對其改性。在其中，PCM/OMMT-A,PCM/OMMT-B為將EG或EG/RP涂覆于SSPCM表面形成包覆結構，PCM/OMMT/EG,PCM/OMMT/EG/RP為將EG或EG/RP與SSPCM熔融共混。

利用涂層包覆，較少的阻燃劑加入量（9.2份EG或15.2份EG/RP）就能顯著提高材料的阻燃性能。SSPCMs的LOI值從18.7vol％分別提高到35.9vol％和36.9vol％，在垂直燃燒檢驗中PCM/OMMT-A,PCM/OMMT-B阻燃標準實現(xiàn)UL-94V0級別。除此之外，CONE測試表明，包覆改性后，材料的PHRR由純樣的1035.2kW/m2分別降到419.4kW/m2和454.1kW/m2，最高熱釋放速度減低60％；平均HRR從241.8kW/m2·s分別降到160.9kW/m2·s和141.5kW/m2s；燃燒時長顯著增加，由200秒分別增加到700s和600s；二氧化碳排出量減低顯著。這表明，表面涂層不但大幅度降低了放熱率，并且顯著增加了燃燒過程，提高了阻燃性能。

之后，研究人員使用TGA-FTIR對表面涂層的阻燃機理開展了研究。結果顯示：EG在燃燒過程中發(fā)揮了極為重要的功用。當試樣暴露在火焰中時，EG受熱膨脹并吸收蒸發(fā)的石蠟，使易燃物濃度值及周邊的溫度減低；而燃燒后，EG膨脹成蠕蟲狀，炭層呈多孔結構，EG的含量越高，燃燒形成的炭層就越厚，吸收的氣態(tài)石蠟和其它氣態(tài)易燃物就更多，除此之外，EG炭層還可發(fā)揮阻隔功用。多個方面的影響最后引起燃燒延遲情況。

綜和以上檢測結論對阻燃機理進行了系統(tǒng)分析：PCM/OMMT中的可燃物共經(jīng)歷了150-400℃石蠟蒸發(fā)，200-400℃間EG的膨脹等過程，400-500℃（HDPE和SBS的分解和燃燒）；在涂層阻燃劑試樣（PCM/OMMT-A和PCM/OMMT-B）中，涂層中的EG最先與火焰接觸并膨脹成厚的膨脹層，EG膨脹吸熱并吸取了蒸發(fā)的石蠟，有效的減少了PCM/OMMT的外表溫度，并阻攔火焰和熱量向里面的滲透，EG并且具有減少溫度和可燃物的功能。而當溫度超出400℃時，出現(xiàn)丙烯酸樹脂，HDPE和SBS的燃燒，EG更進一步膨脹，并且RP也被氧化。RP與丙烯酸樹脂間的反應也是吸熱過程，在吸取熱量具有促使焦炭產(chǎn)生，因而PCM/OMMT-B的LOI值稍高于PCM/OMMTA，阻燃效果更強。

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