聚苯乙烯泡沫保温板包覆阻燃和浸渍阻燃性能及阻燃机理研究

摘要

目前，应用外墙保温技术及节能材料已成为实现建筑节能的主要方式，聚苯乙烯泡沫保温板（EPS）以其质轻、保温性能好、力学性能优异等优点在外墙保温领域占据非常重要的地位。然而，近年来以EPS为代表的有机外墙保温材料却屡屡引发建筑火灾事故，严重威胁人民的生命及财产安全。因此研究聚苯乙烯材料的燃烧性能并进行阻燃改性具有重要意义。
　　本文采用包覆阻燃和浸渍阻燃两种阻燃方式对EPS进行阻燃改性，通过两种不同的阻燃方式对EPS珠粒形成阻燃剂包覆结构；实验以考虑形成稳定的炭层为前提进行阻燃剂的选择。包覆阻燃以A树脂作为包覆树脂，可膨胀石墨（EG）形成的膨胀炭层为主体，与APP、IFR所形成的发泡炭层形成协同阻燃体系，在预发后的聚苯乙烯珠粒表面均匀包覆阻燃剂，并模压制备阻燃EPS；浸渍阻燃则以成炭性好的酚醛树脂作为浸渍基液，再加入IFR、菱镁水泥等阻燃剂配制成阻燃浸渍液，通过酚醛树脂的高成炭性与其它阻燃剂协同形成稳定炭层，并通过真空浸渍方式直接对成型后的EPS板进行阻燃剂的添加，制备阻燃EPS。
　　通过氧指数、残炭率、垂直燃烧测试，研究了阻燃剂的种类和添加量对EPS阻燃性能的影响；通过抗拉强度测试、导热系数测试研究了阻燃剂种类和添加量对EPS力学性能和保温性能的影响；用扫描电子显微镜（SEM）对试样的残炭形貌进行分析；用热重分析法（TG）和差热扫描量热法（DSC）研究了阻燃EPS的热解过程。得到结论如下：
　　（1）包覆阻燃以EG为主阻燃剂，其中以硫酸加磷酸复合插层EG的阻燃性能最为优异。针对EG炭层致密性差的问题，引入了APP、IFR等化学膨胀阻燃剂，并与EG形成协效阻燃体系。通过对比发现：单一阻燃体系的阻燃性能以EG最优，IFR其次，APP最差；协效阻燃体系中以EG/IFR阻燃性能最为优异，当EG与IFR比例为5:3，添加量为8g时：阻燃EPS的导热系数为0.03646 W/(m·K)，抗拉强度为0.2951 MPa，氧指数达到32.1％，燃烧残炭率为40.85%，垂直燃烧等级为FV-0，阻燃炭层致密、稳定，延缓了EPS的热解。
　　（2）浸渍阻燃以酚醛树脂作为浸渍基液及成炭主体，并添加 IFR、菱镁水泥作为协同阻燃剂。发现阻燃效率最高的是菱镁水泥浸渍阻燃：当菱镁水泥浓度为15%时，阻燃EPS的导热系数为0.03686 W/(m·K)，抗拉强度为0.1891 MPa，氧指数达到33.1%，燃烧残炭率为37.08%，垂直燃烧等级为FV-0。酚醛树脂和菱镁水泥协同形成稳定炭层，共同发挥阻燃作用。

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第一章 绪论

1.1 论文提出的背景

1.2 聚苯乙烯的燃烧机理与火灾危险性

1.3 聚苯乙烯的阻燃

1.4 聚苯乙烯泡沫保温板阻燃方式及研究进展

1.5 本课题研究的意义和主要内容

第二章 实验部分

2.1 试验材料与仪器设备

2.2 试验方法

2.3 测试方法

第三章 包覆阻燃聚苯乙烯泡沫保温板的阻燃性能研究

3.1 EPS珠粒预发泡工艺的确定

3.2 A树脂添加量实验

3.3 不同插层EG对聚苯乙烯泡沫保温板阻燃性能的影响

3.4 APP阻燃实验

3.5 EG/APP协效阻燃体系实验

3.6 IFR阻燃体系实验

3.7 EG/IFR协效阻燃体系实验

3.8 本章小结

第四章 浸渍阻燃聚苯乙烯泡沫保温板阻燃性能研究

4.1 浸渍聚苯乙烯泡沫保温板表观密度的选择

4.2 浸渍基液的选择和配制

4.3 不同阻燃体系浸渍实验

4.4 本章小结

结论与展望

主要结论：

存在的问题和展望：

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目及研究成果

致谢