阻燃型木塑复合材料热解燃烧特性及产物研究

以改性天然碳水化合物结合碱式硫酸镁晶须(MHSH)混杂纤维为协效剂,结合膨胀阻燃剂(IFR)制备了阻燃型聚丁二酸丁二醇酯(PBS)木纤维复合材料。利用极限氧指数和垂直燃烧测试研究了复合材料的阻燃性能,并采用TG/DTA-MS对复合材料的热解过程、吸放热量和热解燃烧气体产物进行了分析。结果表明,5%的木薯渣作为碳源代替PBS提高了材料的阻燃性能。IFR/木薯渣/MHSH阻燃剂能够有效提高PBS的燃烧初始温度,并缩小燃烧温度范围。阻燃材料燃烧时,首先是IFR受热分解产生不可燃气体氨气在材料表层形成第一层阻燃保护层;其次,材料迅速燃烧产生的炭层形成第二层阻燃保护层;最后,在高温段MHSH分解形成第三层协效阻燃保护层。因此,最终形成了由外层不可燃气体氨气和内层天然碳水化合物MHSH膨胀炭层构成的气-固阻燃屏障,从而有效地提高了复合材料的阻燃性能。

PBS/木纤维阻燃型复合材料的燃烧动力学

以改性木薯渣纤维和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为原料结合膨胀阻燃剂(IFR)和碱式硫酸镁晶须(MHSH)制备了阻燃型PBS/木薯渣纤维复合材料。利用TG-DSC并结合C-R和Ozawa法分别对复合材料的热解过程、吸热量和燃烧动力学进行了分析。结果表明,5%的木薯渣作为炭源代替PBS,提高了材料的阻燃性能。随着热解升温速率的增加,阻燃材料的和均增大,热稳定性提高。当热解升温速率为20t/min时,70P/23I/5C/2M(PBS为70%,IFR为23%,木薯渣为5%,MHSH为2%)的热解吸热量为558.01kJ/kg。模型计算结果表明,与C-R法相比,通过Ozawa法得到的阻燃材料的活化能准确性更高。阻燃材料燃烧时,在其外部形成了一层膨化的具有隔热作用的致密炭层,阻止了内部聚合物基体进一步燃烧。从而有效地提高了复合材料的阻燃性能。