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。     

PP/PVAc-OMMT纳米复合材料及其阻燃材料的燃烧性能

利用锥形量热仪(CONE)在35kW/m2热辐照条件下,并结合极限氧指数(LOI)和UL-94垂直燃烧测试方法对聚丙烯(PP)/聚醋酸乙烯酯(PVAc)-有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料和加入无卤复配阻燃剂制备的PP/PVAc-OMMT/氢氧化镁(MH)/三氧化二锑(AO)纳米复合阻燃材料的热释放速率、烟释放及材料在燃烧时的质量损失行为进行了研究。结果表明,添加10%(质量分数)PVAc-OMMT可以提高PP材料的阻燃性能,燃烧时的热释放速率、质量损失率以及烟释放量减少,且PVAc-OMMT与无卤复配阻燃剂之间可产生阻燃协效作用,使纳米复合阻燃材料的阻燃性能、热稳定性和抑烟性进一步增强。     

锥形量热仪对阻燃高抗冲聚苯乙烯燃烧性能的研究

利用锥形量热仪(CONE)研究了阻燃高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的燃烧性能，获得了最大热释放速率、总热释放、有效燃烧热、最大烟产生速率、总烟释放量及质量损失速度等参数。含十溴二苯乙烷的试样热释放速率、总热释放和有效燃烧热明显降低，阻燃效果明显。相对于使用十溴二苯醚阻燃的同类产品，十溴二苯乙烷的使用不会产生多溴代二恶英问题，产品符合一定的环保要求。     

镍化合物对HIPS基PLS复合材料阻燃性能的影响

以高抗冲聚苯乙烯(HIPS)为基体材料,采用锥形量热仪(CONE)实验研究了碱式碳酸镍、硫酸镍、氯化镍、氧化镍四种镍化合物对HIPS阻燃性能及硫酸镍和氧化镍对HIPS/蒙脱土(OMMT)复合材料阻燃性能的影响。采用扫描电镜(SEM)等技术研究了复合材料燃烧残余物的结构。CONE结果表明,单独加入硫酸镍和氧化镍后均可显著降低纯HIPS的热释放速率,氧化镍与OMMT复配可进一步提高材料的阻燃性能。对复合材料燃烧残余物的结构分析表明,氧化镍能与OMMT发生较强的相互作用,形成的炭层更加致密。     

氢氧化镁对EVM/NBR共混硫化胶阻燃性能的影响

采用锥形量热仪(CONE)和极限氧指数法(LOI)研究了不同用量的氢氧化镁对乙烯-醋酸乙烯酯橡胶(EVM)/丁腈橡胶(NBR)共混硫化胶阻燃性能的影响。结果表明,添加氢氧化镁(MDH)的共混物的阻燃性能显著提高。随着氢氧化镁用量的增大,硫化胶氧指数增大,阻燃性能提高。锥形量热仪分析表明,随着氢氧化镁用量的增大,热释放速率和质量损失速率明显降低,热释放速率峰值出现时间延长,且出现新的热释放速率峰值。其中填充180份氢氧化镁的硫化胶火灾性能指数最高,综合阻燃效果最理想。     

高速列车车厢用减振降噪材料的热解及燃烧特性研究

使用热重-差热分析仪研究氮气气氛中、不同升温速率下高速列车车厢用减振降噪的红磷阻燃丁基橡胶(RP/IIR)复合材料和氢氧化铝阻燃丁基橡胶(ATH/IIR)复合材料的热解特性，采用Kissinger法获得热解动力学参数；使用锥形量热仪研究不同热辐射强度下两种材料的燃烧特性，采用轰燃倾向指数、放热指数和发烟指数评价潜在火灾危险性。结果表明：两种材料的热解反应均为3个阶段，ATH/IIR复合材料的初始分解温度、终止分解温度、最大失重速率温度、残余量、平均表观活化能均高于RP/IIR复合材料的相应值，而质量损失率、热释放速率、产烟速率均小于RP/IIR复合材料的相应值，3个评价指数也一致较低。综合对比，ATH/IIR复合材料具有更好的热稳定性和更小的潜在火灾危险性。     

蒲绒活性炭负载Fe2O3的制备及其在软质聚氯乙烯中的阻燃应用

以蒲绒为原料、H₃PO₄为活化剂制备了蒲绒活性炭（AC）,利用浸渍焙烧法,制备了AC负载Fe₂O₃（AC-Fe₂O₃）复合物,将AC及AC-Fe₂O₃应用于软质聚氯乙烯（PVC）的阻燃处理,制备了AC阻燃软质PVC（AC/PVC）复合材料和AC负载Fe₂O₃阻燃软质PVC（AC-Fe₂O₃/PVC）复合材料。采用热重分析法研究了AC/PVC和AC-Fe₂O₃/PVC阻燃复合材料的热分解行为,采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热（CONE）等方法测试了AC/PVC和AC-Fe₂O₃/PVC阻燃复合材料的阻燃性能。结果表明：添加阻燃剂所制备的PVC基复合材料均达到UL-94 V-0级,LOI值均有提高。相比纯PVC,AC/PVC和AC-Fe₂O₃/PVC复合材料的热释放速率峰值和烟释放总量均有明显降低。这主要是由于AC和Fe₂O₃在凝聚相发挥协同阻燃作用。一方面AC的加入起到了物理阻隔的作用;另一方面Fe₂O₃的加入促进了PVC的早期交联碳化反应,催化PVC在燃烧前期形成更加稳定的炭层,使残炭率提高,可以有效抑制PVC的燃烧。     

二苯基磷酸阻燃噁唑啉改性的聚丙烯腈的机理

通过氧指数(LOI )、热重分析(TGA)和锥形量热仪(CONE)研究了二苯基磷酸阻燃改性聚丙烯腈(PMPAN)的燃烧行为.LOI值和CONE的热释放速率(HRR)显示,接上二苯基磷酸后PMPAN的阻燃性得到了很大的提高.TGA测试的数据显示在阴燃或小火的作用下,PMPAN的阻燃属于凝聚相阻燃机理;而CONE测试的质量...     

微波晶化法合成柱撑纳米层状双氢氧化物及其对PP阻燃性能的研究

采用低饱和态共沉淀,辅助微波手段快速合成了纳米ZnAl-C6H5SO3 LDHs,其粒径为20～100nm,分散性较好、颗粒团聚少.将其应用于聚丙烯(PP)中,详细研究其对PP阻燃性能及抑烟性能的影响.经氧指数(LOI)、扫描电镜(SEM)和锥形量热仪(CONE)等研究表明,改性后的LDHs在PP材料中分散良好,在将PP氧指数有效提高到28的同时降低了材料的热释放速率,有效延缓和抑制了材料的烟释放速率.     

两种锰化合物对木材阻燃抑烟作用的比较研究

采用锥形量热法(CONE)和热重分析法(TG)比较研究氯化锰和碳酸锰处理木材的燃烧、发烟和成炭特性。结果表明,在木粉中添加10%氯化锰或碳酸锰热压胶合制备的阻燃木材试样的总热释放量(THR)比未处理木材分别降低了39.4%和24.3%,总烟释放量(TSP)分别降低了93.3%和31.2%,CO平均释放量(m-COY)分别降低了27.0%和8.1%,这说明两种锰化合物对木材均具有阻燃、抑制烟雾和毒气的作用,氯化锰的这种作用更显著。锥形量热和热重数据结合残余炭形貌电镜照片分析表明氯化锰在高温条件下催化木材形成更多的炭,而且炭层结构更加紧密和稳定,从而有效降低木材的燃烧释热速率和烟气生成速率,降低木材引发火灾的危险性。     

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。     

5种典型有机保温材料的耐火性能分析及研究

对5种典型有机保温材料的耐火行为及燃烧特性进行研究,并借助锥形量热仪对材料的点燃时间、热释放速率、质量损失速率等性能指标进行相关评价,并分析对比热塑性及热固性材料在燃烧行为中的不同之处,为有机保温材料的性能研究与应用提供基础理论依据,从而得以客观有效地评价不同类型有机保温材料的燃烧特性。     

软PVC材料中的阻燃抑烟剂对材料燃烧性能的影响

本文研究了几种常用的阻燃抑烟剂对在软PVC材料燃烧时的热释放速度和CO释放量进行了研究，结果发现，氢氧化镁和硼酸锌虽然可以降低材料的热释放速率和发烟量，但是会大大增加烟中的毒性气体CO的量；三氧化二锑虽然会增加材料的发烟量，但是却可以大大降低烟中的毒性气体CO的量。     

膨胀石墨阻燃碱木质素聚氨酯泡沫的制备及其性能

通过对精制后的碱木质素进行羟甲基化改性,利用改性后的碱木质素部分代替聚醚多元醇,利用一步发泡法制备碱木质素基聚氨酯泡沫材料,之后将膨胀石墨(EG)作为阻燃剂添加到碱木质素基聚氨酯泡沫材料制备出阻燃型生物质聚氨酯泡沫,通过极限氧指数(LOI)测试分析研究了阻燃型生物质聚氨酯泡沫材料的阻燃性能。通过借助热重分析(TGA)、锥形量热测试(CONE)和扫描电子显微镜(SEM)测试,分析研究了材料的热降解行为和成炭性能、燃烧行为和充分燃烧后残炭的表面形貌。分析结果表面,当羟甲基化后的碱木质素的添加量为聚醚多元醇的60%(质量分数)时,EG的添加量为30%(质量分数)时,制备出的阻燃型生物质聚氨酯泡沫的LOI值为30.1%,同时EG的加入降低了材料最大热降解速率,热释放速率和总热释放量,促进了材料的成炭,提高了材料的热稳定性,提高了材料的阻燃性能。     

不同辐照强度下阻燃聚氨酯泡沫的燃烧行为

利用锥形量热-傅里叶变换红外光谱联用仪对阻燃硬质聚氨酯泡沫材料(FRPU)在不同辐照强度下的火灾危险性进行了系统研究。研究结果表明,阻燃剂的加入能明显降低FRPU的热释放速率和总热释放量,但大大增大了FRPU的生烟速率、总生烟量和燃烧烟气中CO、HCN和HCl等有毒气体的生成量;随着辐照强度的增大,FRPU的热释放速率峰值、总热释放量、总生烟量和燃烧烟气中的CO、HCN和HCl浓度的最大值分别由131 kW/m2、8.0MJ/m2、3.8m2/m2、192.7μL/L、42.7μL/L和77.4μL/L增大到260kW/m2、39.7MJ/m2、13.8m2/m2、734.5μL/L、157.7μL/L和210.5μL/L。     

羟基锡酸钴在软质聚氯乙烯中的高效阻燃消烟作用

通过共沉淀法制备了亚微米尺寸的羟基锡酸钴（CHS）阻燃剂,并将其应用于软质聚氯乙烯（PVC）中,制得CHS/PVC复合材料。采用极限氧指数仪（LOI）、锥形量热仪、TG和拉伸仪研究了CHS/PVC复合材料的阻燃性能、热稳定性和力学性能。结果表明,CHS可以有效提高CHS/PVC复合材料的阻燃性能,并对CHS/PVC复合材料的力学性能保护较好;与空白PVC相比,当CHS添加量（CHS与PVC质量比）为10%时,CHS/PVC复合材料的LOI增加了2.3%,热释放速率峰值和烟释放速率峰值分别下降了39.6%和57.4%。这主要是由于CHS受热后脱除的水具有冷却和稀释热量的作用;另一方面在燃烧过程中生成的CoCl₂可以有效催化PVC早期分解,形成更加致密且连续的残炭,从而有效抑制PVC的燃烧。      

羟基磷灰石包覆羟基锡酸钙复合微纳米阻燃剂的制备及其阻燃性能

羟基锡酸盐是近些年来人们日益关注的新型阻燃剂。本文从阻燃设计入手，通过化学共沉淀法合成了亚微米级羟基锡酸钙(CSH)立方体，并通过高倍模拟体液法原位快速包覆羟基磷灰石(HA)，得到羟基磷灰石包覆的羟基锡酸钙(CSH@HA)复合微纳米阻燃剂，并应用于软质聚氯乙烯(PVC)的阻燃研究。研究结果表明：CSH@HA对PVC展现出优异的阻燃效果。极少量的CSH@HA即能显著提高PVC的极限氧指数(LOI)，降低PVC燃烧时的热释放速率、热释放量、烟释放量和CO排放量。CSH@HA在PVC降解过程中通过与HCl反应，保护内层CSH，将PVC转化为更稳定的炭层结构。低填充量CSH@HA还在保持PVC的力学性能的同时提升材料的韧性。本文得到的CSH@HA复合阻燃剂为高效环保阻燃剂的开发提供了思路。     

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。     

膨胀阻燃剂与蒙脱土复合阻燃体系对环氧树脂阻燃抑烟性能的影响

以聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)与聚磷酸铵(APP)组成膨胀阻燃体系(IFR),同时为提高抑烟性能将一定量蒙脱土(MMT)引入阻燃体系中。将此体系应用到环氧树脂(EP)的阻燃改性中,以间苯二胺(m-PDA)为固化剂制得阻燃改性EP材料。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重(TG/DTG)、锥形量热(CONE)和扫描电镜(SEM)分别探究了材料的阻燃性能、热降解行为、燃烧行为以及微观形貌。结果表明:5%IFR+1%MMT(wt,质量分数,下同)的阻燃剂可使EP达到UL 94V-0级;10%IFR+1%MMT可将极限氧指数提高到29.2%;同时,改性EP的燃烧性能得到很大提高,平均热释放速率(AvHRR)下降了52.0%,热释放速率峰值(PkHRR)下降了33.2%,总烟产生量(TSP)下降了70.0%;炭层形态研究显示,改性后的EP燃烧后能形成致密、封闭的炭层,能有效阻碍热量释放与烟雾扩散。     

用CONE研究阻燃PET的阻燃和烟释放

利用锥型量热令（CONE）在50kW/m^2的热辐照条件下，研究了纯PET和阻燃PET的阻燃和烟释放。通过对获得的质量损失速率（MLR），最大热释放速率（pk-HRR)、总热释放（THR）、有效平均燃烧热（av0EHC)、平均烟比率（av-SR)、平均比消光面积（av-SEA)及CO、CO2释放量的分析表明，阻燃PET的pk-HRR、THR和av-EHC等比纯PET有明显的降低，表现了良好的阻燃和抑烟作用。