聚偏氟乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯交替多层材料的热稳定性

利用微层共挤出技术制得不同层数(2,16,64层)的聚偏氟乙烯(PVDF)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)交替多层材料,通过偏光显微镜、垂直燃烧测试、热失重分析、红外光谱分析、微型量热测试研究了层数的变化对体系热分解和热释放行为的影响。结果表明,PVDF层与PMMA层沿层状样品的厚度方向交替排列,层结构明显,层界面清晰,随着层数的增加,层界面数增加,材料的垂直燃烧行为几乎不变,但表现出更高的热稳定性;高层数样品中热稳定性优异的PVDF层对易热解的PMMA层保护作用增强,且在热释放过程中,更多的层界面为PVDF炭层的形成提供了更丰富的空间,使材料的热释放速率减小,总热释放降低。     

基本参数对锥形量热法测定高分子材料热释放速率的影响

材料的热释放速率是决定火灾灾害的关键因素。基于耗氧原理的锥形量热仪不仅能够准确、方便地测得材料燃烧过程中的热释放速率，而且还能够获得材料其它诸多燃烧性能，这有助于综合评价材料的燃烧特性．然而，燃烧反应是一个非常复杂的物理化学过程，一些基本参数会影响测热结果。文中介绍了高分子材料锥形量热法测热的耗氧原理以及热释放速率的计算公式，并讨论了公式中的主要参数(包括耗氧燃烧热值E、膨胀因子α和反应系数β)对高分子材料热释放速率的影响以及相应的校正方法。分析表明，尽管不同的材料有不同的E、α和β值，但是大多数情况下锥形量热仪采用标准的E、α和β值，误差不大。若有必要，也可采用本文提出的方法校正。     

隧道火灾中正庚烷池火燃烧特性的实验研究

隧道火灾中热释放速率是评估临界风速、最高温度及温度分布的一个重要参数,而火源高度和隧道宽度是两个影响热释放速率的重要因素。为揭示上述两个因素对隧道火灾发展的影响,在缩放比例为1:10的隧道模型中进行了一系列小尺寸火灾模拟实验并对正庚烷池火的燃烧过程进行了研究。结果表明:隧道火灾的热释放速率明显大于开放环境,其燃烧过程可分为初始燃烧阶段、过渡阶段和稳定燃烧阶段;增加火源高度地面火灾（火源高度与隧道高度之比H*=0.1）质量燃烧速率小于其他各工况,H*=0.7时质量燃烧速率能增大到地面火灾的3.53倍~5倍;无量纲火焰蔓延总长度正比于无量纲热释放速率的五分之二次方,由于隧道侧壁的限制作用,其比例系数小于Hasemi's模型。     

典型硼化合物对毛竹热降解与燃烧性能的影响

利用热重和锥形量热仪研究硼酸、硼砂两种典型硼化合物对毛竹热降解和燃烧性能的影响。结果表明:硼酸、硼砂能降低竹材的最大热解速率,缩短高温热解区间,促进残炭生成。与未处理材相比,硼酸、硼砂明显减少竹材燃烧过程中的热量释放,热释放速率降至未处理材的50%左右,总热释放量的降幅分别达50.6%、44.1%。硼酸、硼砂也能抑制竹材燃烧时的烟释放,总烟释放量分别下降95.3%、91.6%。硼酸、硼砂处理竹材能发挥高效的阻燃抑烟功效。     

分子筛和SiO_2对含三嗪大分子膨胀阻燃聚丙烯体系的阻燃协效性

研究了两种化合物4A分子筛(Zeolite4A)和二氧化硅(SiO2)对聚丙烯膨胀阻燃新体系聚丙烯/聚磷酸铵/三嗪系成炭剂(PP/APP/CFA)阻燃性的影响,通过垂直燃烧、氧指数、热重分析、锥形量热仪和扫描电镜等技术研究表明,这两种含硅物质均能有效提高聚丙烯体系的阻燃性。膨胀阻燃剂能有效降低聚丙烯材料的热释放速率和烟释放速率,特别是,这两种含硅物质能明显降低聚丙烯体系第二个燃烧过程的热释放速率和烟释放速率。     

杨木胶合板阻燃性能研究

通过热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、有效燃烧热(EHC)、CO产率、CO2产率以及烟释放总量等指标,研究了杨木胶合板的阻燃性能。实验结果表明:磷酸氢镁和二氧化锆阻燃剂单独使用时,都能够在杨木胶合板燃烧过程中降低热释放速率、总热释放量、有效燃烧热、CO2产率以及烟释放总量,增大CO产生速率,但阻燃效果不理想;而磷酸氢镁与纳米二氧化锆复合阻燃剂,可以在杨木胶合板燃烧过程中产生协同效应,并且使用此复合阻燃剂的杨木胶合板在点燃190 s后即停止燃烧,其阻燃效果最佳。     

基于锥形量热法的典型碳纤维/环氧复合材料燃烧特性

采用锥形量热仪实验研究环氧树脂基体、T300碳纤维/环氧复合材料及T300碳纤维/环氧-泡沫层合板(上下层为T300碳纤维/环氧复合材料,中间层为4mm厚的Divinycell H60泡沫芯材)在不同火灾环境下的燃烧性能。对比分析其点燃时间、热释放速率、总烟气释放量和CO生成速率等燃烧特性参数的变化规律。利用SEM测试T300碳纤维/环氧复合材料燃烧前、后表面形貌图像和环氧树脂基体和T300碳纤维/环氧复合材料燃烧形成炭层的形貌图像,分析碳纤维在碳纤维/环氧复合材料热解、燃烧过程中的影响作用。结果表明,随热辐射强度的增加,三种实验样品的平均点燃时间均缩短,热释放速率峰值和300s内热释放速率均值均增大,峰值出现时间提前,燃烧后残余率均降低。碳纤维对环氧树脂热解和燃烧起到抑制作用,其点燃、放热及达到热释放速率峰值的时间延后,T300碳纤维/环氧-泡沫层合板中泡沫芯材的燃点较低,使其平均点燃时间、热释放速率峰值出现时间及CO开始释放时间提前。T300碳纤维/环氧复合材料和T300碳纤维/环氧-泡沫层合板燃烧后均出现明显的分层现象,力学性能丧失,整体结构被破坏。碳纤维的存在能够有效抑制碳纤维/环氧复合材料的热解及燃烧,并能有效抑制在燃烧过程中产生融滴、喷溅和大量黑烟。     

低热通量下碳纤维/环氧树脂层合板的燃烧特性

使用锥形量热仪研究了35 kW/m²热通量下碳纤维/环氧树脂层合板的点燃时间、质量损失速率、热释放速率等燃烧特性参数与其厚度的关系,建立了热穿透深度的数学模型以得到不同厚度层合板的热穿透深度、判别层合板的热厚热薄特性并分析燃烧过程。结果表明：在低热通量下,随着碳纤维/环氧树脂层合板厚度的增加其点燃时间延长、平均质量损失速率和质量损失速率峰值下降、总释放热量增大、热释放速率峰值先增大后减小;碳纤维/环氧树脂层合板在点燃时表现为热薄型或是热厚型,与其物理厚度有直接关系。热厚型材料有一个由热厚型向热薄型转变的热响应过程。     

应用锥形量热法评价聚合物复合材料热释放速率

研究了应用锥形量热法测量聚合物复合材料燃烧的热释放速率时,填料的分解热效应对测量结果的影响。定量研究表明,对于氢氧化铝和氢氧化镁等阻燃填料,当填料的质量分数超过60%时,填料分解时强烈吸热的特性对于应用锥形量热法测量聚合物基复合材料的热释放速率有明显影响,并且还因聚合物而异。在定量研究的基础上,提出了一种利用分解焓对锥形量热仪测定的有效燃烧热值进行校正,然后再换算成热释放速率的简单方法,并给出了校正后的结果同实测值的比较。      

污泥中有机官能团的释放特性

以西安某污水厂污泥为对象,使用热重-红外联用技术(FTIR)分别对污泥在热解和燃烧过程气体产物的释放特性进行了研究,分析污泥在不同终温下燃烧和热解过程中有机官能团的释放特性差异。结果表明:1污泥燃烧和热解过程中释放的有机官能团的种类基本相同,均为羧酸类物质、含-OH化合物、饱和或不饱和烃类、NH_3和CO;气体释放量不同,热解过程中释放量较多;2污泥在450℃终温下有机官能团的释放种类和释放量最多。3NH_3作为主要的脱硝还原剂,热解时在450℃终温下大量释放,而燃烧时主要在250℃终温下释放;对其热分析曲线进行分析可以发现:热解过程中的NH_3的释放速率比燃烧时更快,释放量更大。     

大空间内着火位置对火灾增长的影响

以大空间展厅为例,利用火源辐射模型和烟气辐射模型并结合CFAST6．0区域模拟软件的计算结果,对比分析了大空间内不同着火位置下火灾增长的情况。研究结果表明仅考虑火源热辐射的情况下,展厅内着火位置越处于左右中间对称处,其火灾增长越快,热释放速率峰值也越大,达到热释放速率峰值的时间和火灾的持续时间越短,处于展厅中心位置时所有值达峰值。对火源热辐射和烟气辐射综合考虑时,到达热释放速率峰值时间与火灾持续时间的规律同仅考虑火源辐射模型时一致,但热释放速率峰值均有不同程度的提高。     

MWNTs-OH/PET纳米复合材料的燃烧性能与阻燃机理研究

用原位聚合方法制备了纯PET和MWNTs-OH/PET纳米复合材料,用锥形量热仪测试了4种样品的燃烧性能,用场发射扫描电镜表征了纳米复合材料的微观机构。对比分析了4种样品的燃烧性能、烟及毒气释放量。结果表明复合材料的热释放速率(HRR)峰值及平均值,总放热量(THR)和有效燃烧热(EHC)平均值都有所降低,纳米复合材料的CO生成速率峰值较平缓且低于纯PET的CO生成速率,没有增加PET材料的毒性。从扫描电镜图和锥形量热仪测试结果可以初步断定,MWNTs-OH/PET纳米复合材料属于气相阻燃和凝固相阻燃机理。     

温压炸药爆炸释热特性研究

为了研究RDX基温压炸药的爆炸热量释放历程,对自由场和半密闭条件下的TNT、852及G-1温压炸药爆炸过程进行了空爆试验,采用热通量传感器记录了3种炸药在两种试验环境下爆炸过程中的热通量时间历程。结果表明,热通量传感器可以获得炸药爆轰、无氧燃烧及有氧燃烧3个阶段的热历程时间曲线;在半密闭空间中爆炸时,G-1温压炸药有3个明显的热量释放历程:爆轰、无氧燃烧和有氧燃烧;TNT和852炸药只有爆轰和有氧燃烧过程。结合852及G-1温压炸药配方组成,对比分析热量释放时间历程曲线认为,铝粉均参与了G-1温压炸药的3个反应阶段。对比自由场和半密闭条件试验结果发现,试验环境对温压炸药反应历程影响较大,半密闭条件有利于提高温压炸药的热量输出。     

Modeling of explosion thermal radiation

The hydrodynamic and radiation processes accompanying explosions of chemical explosives and fuel-air mixtures have been considered. Computer modeling of the radiation from a fire ball of explosion and a flame of diffusion combustion of a hydrocarbon fuel has been performed. The dependences of the heat flux density from the region occupied by explosion and combustion products on its temperature and geometric characteristics have been determined. Thermal load distributions on targets of different orientations in the vicinity of the energy release zone have been obtained. A comparison of the thermal parameters on radiation detectors with the criteria of thermal affection of people and ignition of combustible materials has been made.     

无卤磷系阻燃环氧树脂的制备及阻燃性能

以无卤磷系阻燃剂双酚A-双(5,5-二溴甲基-1,3-二氧杂己内磷酸酯)(FR)制备了阻燃环氧树脂(EP)复合材料,并测定了阻燃EP的阻燃性能。由锥形量热仪(CONE)测定的释热速率(HRR)、释热总量(THR)、质量损失速率(MLR)、生烟量(TSP)及有毒气体释放量等阻燃参数表明,当复合材料中FR含量为20%时,阻燃EP与纯EP相比,HRR,THR,MLR及SEA分别降低了70.9%,49.6%,90.8%及59.4%,呈现出良好的阻燃效果和抑烟性能;扫描电子显微镜(SEM)观测发现,经FR阻燃的EP在燃烧时形成了由封闭孔洞构成的均匀闭孔炭层。     

笼形八乙烯基硅倍半氧烷／ABS复合材料的热性能和阻燃性

通过螺杆挤出成型法制备了笼形八乙烯基硅倍半氧烷(OVP)/ABS复合材料,采用TGA、氧指数仪和锥形量热仪研究OVP的加入对复合材料热性能和阻燃性能的影响。研究结果表明,在添加引发剂(DCP)的条件下,当乙烯基OVP含量为6.25%时,复合材料的初始分解温度由纯ABS的174℃上升到209℃;氧指数由纯ABS的17.8%上升到的21.4%;热释放速率峰值降为529 kW/m2,比纯ABS降低了近30%。采用SEM对燃烧过后的残炭进行了分析,并探讨了其阻燃机理。     

Influence of waste eggshell powder on combustion characteristics of cork-based materials

The influence of waste eggshell powder on the combustion characteristics was studied in cork-based materials. The test composite materials which consist of cork particle, eggshell powder and adhesive were formed under high pressure at 150 °C. The combustion characteristics of test samples were evaluated using cone calorimeter according to ASTM E1354. Results were analyzed statistically based on fire safety criterion to determine the effect of the eggshell powder. Results indicated that the eggshell powder has an influence on ignition, heat release rate and CO concentration in all samples. Higher percent weight of eggshell powder leads to longer ignition time on fire and less CO production rate. The cork-eggshell composites burned with low peak of heat release rate, while a larger first peak and earlier second peak were found in no eggshell powder one. This study revealed that the waste eggshell powder significantly retards the fire in cork-based materials.     

Combustion and thermal properties of OctaTMA-POSS/PS composites

Inorganic–organic composites of octa(tetramethylammonium) polyhedral oligomeric silsesquioxanes (OctaTMA-POSS) and polystyrene (PS) were prepared by melt-mixing method. The composites were characterized by Fourier-transform infrared spectrometry (FT-IR), Transmission electronic microscopy (TEM), scanning electronic microscopy (SEM), and thermal gravimetric analysis (TGA). Their flammability was evaluated by cone calorimeter test. The experimental results indicate that OctaTMA-POSS, when present in low ratios (1%–5%, weight ratio) in the composites, can decrease the peak heat release rate (HRR) by 15%, while high ratios of OctaTMA-POSS (20% and 30%) can decrease the peak HRR and the average HRR approximately linearly. Concentration and release rate of carbon monoxide (CO) in the composites combustion are also decreased evidently. Thermal gravimetric analysis under nitrogen and air atmosphere both show that the char yield increases obviously. These advances are attributed to the special properties of OctaTMA-POSS and its dispersion in PS.     

Magnesium hydroxide sulfate hydrate whisker flame retardant polyethylene/montmorillonite nanocomposites

Flame retardant maleated polyethylene/magnesium hydroxide sulfate hydrate whisker (MAPE/MHSH) composites containing organo-modified montmorillonite (OMT) were prepared by direct melt intercalation. Their morphology, combustion behaviour and thermal stability were carried out by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), cone calorimetry and thermogravimetric analyses (TGA). The exfoliation of silicate layers within MAPE has been verified by XRD and TEM images. Cone calorimetry results indicated that a synergistic flame retardant effect on reducing heat release rate (HRR) occurred when MHSH and OMT were both present in nanocomposite. The reduction in HRR improved as the mass fraction of OMT was increased from 2 to 10 wt%, but there was little improvement above 5 wt% OMT loading level. TGA profiles of the nanocomposites revealed that the thermodegradation stability of the nanocomposites decreased as the OMT fraction increased from 2 to 10 wt%.