【摘 要】
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随着人们安全和环保意识的日益提高,提高天然橡胶（NR）的阻燃性能受到人们广泛关注。传统卤素阻燃剂存在毒性和污染环境问题,无卤阻燃剂的出现,为环保阻燃材料的开发开辟了一条新的道路。因此,研究开发一种高效阻燃且绿色环保的NR复合材料具有重大的现实价值。本论文从复配的角度出发,旨在获得一种阻燃剂,既能保证NR的阻燃性能,同时兼顾NR的力学性能,致力于在实际生产中成功应用。主要研究内容如下:磷氮系阻燃剂在
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随着人们安全和环保意识的日益提高,提高天然橡胶（NR）的阻燃性能受到人们广泛关注。传统卤素阻燃剂存在毒性和污染环境问题,无卤阻燃剂的出现,为环保阻燃材料的开发开辟了一条新的道路。因此,研究开发一种高效阻燃且绿色环保的NR复合材料具有重大的现实价值。本论文从复配的角度出发,旨在获得一种阻燃剂,既能保证NR的阻燃性能,同时兼顾NR的力学性能,致力于在实际生产中成功应用。主要研究内容如下:磷氮系阻燃剂在天然橡胶中的应用研究。将聚磷酸三聚氰胺（MPP）分别与季戊四醇（PER）、氨基磺酸胍（GAS）复配添加到NR中,制备阻燃NR复合材料,研究了两种复配体系MPP/PER、MPP/GAS对NR复合材料阻燃、热稳定、力学性能的影响。结果表明,MPP/PER的最佳复配比为3/1,MPP/GAS的最佳复配比为1/3,在最佳复配比下,随着MPP/PER、MPP/GAS用量的增加,MPP/PER/NR复合材料和MPP/GAS/NR复合材料的阻燃性能和热稳定性均显著提高,热释放速率（HRR）、总热释放量（THR）及总烟气产生量（TSP）显著下降,大大降低了火灾危险性。当MPP/PER的添加量为60phr时,MPP/PER/NR复合材料的LOI可达26.8%,残炭量可达15.82%,PHRR可降低48.1%,THR可降低17.2%。当MPP/GAS的添加量为60phr时,MPP/GAS/NR复合材料的LOI可达26.2%,残炭量可达12.42%,PHRR可降低31%,THR可降低14.4%。MPP/PER、MPP/GAS两种复配体系的阻燃机理基本相同,都是在燃烧时促进膨胀炭层的生成,进而隔绝外部的氧和热,从而对NR基体起到很好的保护作用。两种复配体系对NR复合材料的力学性能都有一定的负面影响,在实际生产应用中,应该充分考虑NR复合材料的综合性能,合理选择阻燃剂的用量。无机添加型阻燃剂在天然橡胶中的应用研究。将氢氧化镁（MH）分别与炭黑（N330）、白炭黑（Si O2）、硼酸锌（ZB）复配添加到天然橡胶中,制备阻燃天然橡胶复合材料,研究了MH、MH/N330、MH/Si O2、MH/ZB复配体系对天然橡胶复合材料阻燃性能、力学性能、热稳定性能的影响。结果表明,MH/N330、MH/Si O2、MH/ZB复配体系均可有效提升NR复合材料的阻燃性能、热稳定性和耐热氧老化性能,并降低燃烧过程中热量和烟雾的释放,提高NR的火灾安全性。其中,三种复配体系各有特点,N330/MH复配体系的加工性能和力学补强效果最佳,Si O2/MH复配体系的耐热氧老化效果最佳,MH/ZB复配体系的阻燃和热稳定性能最佳。在实际生产应用中,可以针对产品使用条件和性能要求合理选择MH复配阻燃剂的类型和用量。混合型阻燃剂在天然橡胶中的应用研究。将磷杂菲/三嗪双基协同阻燃剂（TGD）、甲基膦酸二甲酯（DMMP）、可膨胀石墨（EG）、氢氧化铝（ATH）复配添加到NR中制备阻燃NR复合材料,研究了TGD/DMMP/ATH/EG对NR复合材料阻燃性能、热稳定性及力学性能的影响。结果表明,TGD/DMMP/EG/ATH可有效提升NR复合材料的热稳定性和阻燃性能,并降低燃烧时的HRR、THR、TSP和SPR,有效降低火灾危险性。当TGD/DMMP/EG/ATH的添加量为60phr时,NR复合材料的LOI可达28.4%,残炭量可达25.61%,PHRR可降低95%,THR可降低21%。TGD/DMMP/EG/ATH在燃烧过程中可以形成蠕虫状的致密炭层,实现对火焰阻隔作用,达到较好的阻燃效果。TGD/DMMP/EG/ATH对NR复合材料力学性能的负面影响不是很大,当TGD/DMMP/EG/ATH的添加量为30phr时,NR复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为19.9MPa和569%,邵尔A型硬度为42,在实际生产应用中可结合使用条件和性能要求合理选择阻燃剂的用量。
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