石蠟類相變材料的設(shè)計(jì)及其熱物性與阻燃性能研究.pdf

1、石蠟由于具有高的相變潛熱、化學(xué)性能穩(wěn)定、且相變溫度可控、價(jià)格合理的特點(diǎn),成為相變材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)；但石蠟為低分子量的碳?xì)浠衔?具有易滲漏、導(dǎo)熱系數(shù)低、火災(zāi)危險(xiǎn)性高等缺陷。
　　 本論文在綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對(duì)石蠟類相變材料存在的問題,通過設(shè)計(jì)定形相變材料和微膠囊化相變材料,兼顧相變材料的導(dǎo)熱系數(shù),制備多種性能優(yōu)良的阻燃相變材料。研究膨脹石墨對(duì)含鹵阻燃、無鹵膨脹阻燃體系,以及金屬、單氫氧化物對(duì)膨脹阻燃相變材料的熱物性

2、和阻燃性能的影響,探討其相變、儲(chǔ)能及阻燃協(xié)效作用,揭示其阻燃機(jī)理。主要研究工作如下:
　　 1.研究膨脹石墨(EG)對(duì)阻燃高密度聚乙烯/石蠟/氯化石蠟/三氧化二銻(HDPE/Paraffin/CP/AT)定形相變材料的熱物性和燃燒性能的影響。差示掃描量熱儀(DSC)分析顯示:定形相變材料中HDPE的含量越低,材料的儲(chǔ)能性能越高,其主要因?yàn)榭赡芘c石蠟分子的熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)；熱重-紅外聯(lián)用(TGA-FTIR)分析結(jié)果表明:EG的加入能減少

3、阻燃材料可燃性氣體的釋放,但增加二氧化碳的釋放量:微型燃燒量熱儀(MCC)和錐型量熱儀(CONE)分析結(jié)果顯示:EG與氯化石蠟、三氧化二銻組成的阻燃體系在HDPE/Paraffin中存在協(xié)效阻燃作用,可有效降低相變材料的熱釋放速率。
　　 2.研究無鹵膨脹阻燃定形相變材料,從提高相變材料的導(dǎo)熱性能和阻燃性能出發(fā),設(shè)計(jì)制備EG和膨脹阻燃定形相交材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:石蠟和EG能均勻分散在HDPE形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中；EG能夠提高膨脹

4、型阻燃定形相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)和阻燃效率,有效降低相變材料的熱釋放速率峰值,其主要因?yàn)槭窍嘧儾牧显跓峤馀c燃燒的初始階段,部分EG會(huì)遷移到材料的表面,形成物理阻隔層,同時(shí)在膨脹炭層的形成過程中,EG交錯(cuò)于膨脹炭層中,增強(qiáng)膨脹炭層的強(qiáng)度,提高相變材料的阻燃性能。
　　 3.研究金屬對(duì)膨脹阻燃相變材料熱物性和燃燒性能的影響,分析其協(xié)效阻燃機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)金屬鐵、鎂、鋁和鋅單質(zhì)加入到膨脹型阻燃相變材料中,都能提高相變材料的阻燃性能。

5、TGA-FTIR和CONE研究表明:金屬鐵、鎂、鋁和鋅單質(zhì)能減少相變材料在熱解過程中可燃性氣體和二氧化碳的釋放,促進(jìn)氨氣的生成,有效降低相變材料的熱釋放速率,提高材料的阻燃性能；金屬單質(zhì)能提高材料的導(dǎo)熱系數(shù),但對(duì)相變材料的相變儲(chǔ)能性能影響較小。
　　 4.利用溶膠-凝膠法制備含鋅的層狀單氫氧化物(LZHN),通過十二烷基硫酸鈉改性LZHN,得到有機(jī)化的含鋅層狀單氫氧化物(ds-LZHN),其層間距由9.91(A)增大到31.12

6、(A)；并制得微(納)米石蠟復(fù)合材料；研究了ds-LZHN對(duì)石蠟、膨脹型阻燃石蠟體系的熱性能影響,TGA、TGA-FTIR和CONE研究表明:ds-LZHN能提高石蠟和膨脹阻燃石蠟的熱穩(wěn)定性能,降低石蠟和膨脹阻燃石蠟在熱解過程中可燃性氣體的釋放,提高膨脹型阻燃劑在石蠟中的阻燃效率。
　　 5.采用界面聚合的方式制備了以三聚氰胺甲醛樹脂為核殼,石蠟為核的微膠囊石蠟相變材料(Micro-PCM),并應(yīng)用于光固化涂層和聚氨酯泡沫材料中

7、。首先,通過光固化技術(shù)制備含Micro-PCM的環(huán)氧丙烯酸樹脂涂層材料,Micro-PCM在基體中分散良好；同時(shí)研究甲基磷酸二甲酯(DMMP)和八乙烯基硅倍半氧烷(OVPOSS)對(duì)EA/Micro-PCM復(fù)合材料中的燃燒性能的影響,研究表明:DMMP和OVPOSS在EA/Micro-PCM復(fù)合材料中存在阻燃協(xié)同作用。其次,研究Micro-PCM對(duì)聚氨酯泡沫(PUF)的能量儲(chǔ)存和對(duì)溫度的控制作用,并添加可膨脹石墨(EDG)和聚磷酸銨(AP