外墻保溫材料聚氨酯泡沫的熱解及燃燒特性研究.pdf

1、本文通過(guò)熱重分析儀、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、同步輻射熱解裝置以及傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)試自制聚氨酯泡沫(PUFs)在不同氛圍下的熱解特性，分析研究了PUFs的熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)、熱解產(chǎn)物及氨基甲酸酯分子裂解方式，同時(shí)利用錐形量熱儀燃燒實(shí)驗(yàn)，得到了具有不同異氰酸酯指數(shù)的聚氨酯泡沫塑料的燃燒性能，并且對(duì)聚氨酯泡沫的火災(zāi)危險(xiǎn)性展開(kāi)了進(jìn)一步的研究分析。
　　 熱重實(shí)驗(yàn)表明PUFs在氮?dú)夥諊拢瑹峤饪傮w可以分為兩個(gè)階段:室溫-400℃（第一階段

2、），400-500℃（第二階段）。因異氰酸酯指數(shù)的不同，第一階段略有不同，聚氨酯聚合物在低溫區(qū)易熱解的成分較高。同一種材料的熱解殘?jiān)Ｓ嗦孰S溫升速率的增加而增加。溫升速率較低時(shí)，殘?jiān)Ｓ嗦孰S著異氰酸酯指數(shù)的增加而增加。弗里德曼計(jì)算結(jié)果表明轉(zhuǎn)化率＜0.3時(shí)，活化能隨異氰酸酯指數(shù)增大而增大，當(dāng)0.3≤轉(zhuǎn)化率≤0.55時(shí)，表觀活化能的范圍都在126～177kJ/mol之間。
　　 在空氣氛圍下，PUFs熱解過(guò)程分為以下兩個(gè)階段:220

3、～400℃（第一階段），400～650℃（第二階段）。同種材料初始熱解溫度及最大熱解速率溫度隨溫升速率的增加而增加，且氧化熱解完全。空氣氛圍下，第一階段的熱解機(jī)制與氮?dú)庀碌臒峤鈾C(jī)制相似，稱之為熱解控制，第二階段是泡沫的熱氧化過(guò)程，為空氣下獨(dú)有。采用基辛格方法、Ozawa和KAS方法計(jì)算得到的活化能結(jié)果較為相近，弗里德曼方法的計(jì)算值則遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他三種方法。
　　 傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定的數(shù)據(jù)表明:空氣氛圍下，聚氨酯在100℃以下

4、不發(fā)生反應(yīng)。200～300℃之間硬段的典型基團(tuán)分解，分解產(chǎn)物為異氰酸酯（毒性氣體）、醇、伯胺等。300～400℃之間樣品分解完成，主要生成氣體是一氧化碳、二氧化碳等。
　　 PUFs在同步輻射光的電離熱解下，隨著溫度的升高，分子碎片逐漸增多，其主碎片是質(zhì)荷比(m/z)為250的異氰酸酯，熱解主要以酯基C-O鍵，C-N鍵斷裂為主。PUFs的熱解產(chǎn)物種類隨異氰酸酯指數(shù)增加而減少。聚氨酯泡沫熱解時(shí)，泡孔結(jié)構(gòu)逐漸開(kāi)裂變形，在350℃前變

5、化緩慢，依稀可以看到泡孔原結(jié)構(gòu)，在350℃-500℃之間，材料反應(yīng)迅速，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化大，直至最后生成碳纖維，熱解終止。
　　 錐形量熱儀實(shí)驗(yàn)表明復(fù)合材料PUF01、PUF02和PUF03的點(diǎn)燃時(shí)間短，且點(diǎn)燃后燃燒很快向明火轉(zhuǎn)變。隨異氰酸酯指數(shù)的增大，燃燒的時(shí)間也隨之減小;多余的異氰酸酯一方面降低了材料的穩(wěn)定性，增加了材料的易點(diǎn)燃性，使得點(diǎn)燃時(shí)間隨異氰酸酯指數(shù)的增大而減小，但另一方面，隨異氰酸酯指數(shù)的增大，總釋放熱降低，火災(zāi)危險(xiǎn)性