朱泽宇1,2，周 雨3，李 森1,2，梁 爽2，张 旭1,2，
1.沈阳航空航天大学 辽宁省飞机火爆防控及可靠性适航技术重点试验室，辽宁110136；2. 沈阳航空航天大学 安全工程学院，辽宁 1101363；3. 浙江树人大学，浙江 312028
【摘 要】聚氨酯泡沫分为硬质（RPUF）与软质（FPUF）两种，因其特殊的结构以及优良的物理性能广泛运用于日常生活以及交通运输 之中。但聚氨酯泡沫一般由多元醇以及异氰酸酯构成，导致聚氨酯泡沫极易燃烧，甚至导致火灾的发生。早些年学者们致力于利用传统卤素阻燃剂来对聚氨酯泡沫进行一定阻燃性能提升，然后这类阻燃剂在燃烧时会产生大量有害气体，不光对大气造成严重污染，甚至会对人体造成直接伤害导致死亡。本文使用可膨胀石墨（EG）和AL(OH)3两种无机阻燃剂对聚氨酯泡沫进行阻燃改性，使用建筑材料烟密度测试仪、建筑材料可燃性测试仪、垂直水平测试仪表征各种样品的阻燃性能，以期对聚氨酯泡沫行业发展提供一定阻燃指导。
关键词：聚氨酯泡沫；可膨胀石墨；氢氧化铝；协同阻燃
中图分类号：TU545 文献标识码：A 文章编号：
0 前 言
聚氨酯泡沫以其特有的保温，吸声等优良物理特性广泛应用于日常生活以其交通运输之中。由于聚氨酯泡沫的广泛应用以及其制作工艺较为简单的特点，聚氨酯泡沫已经成为当下材料研究的一大热门方向[1]。本文使用两种最基本的无机阻燃剂，探究两者对聚氨酯泡沫阻燃性能的改良。以期对后续工作者，提供一定无机阻燃剂对聚氨酯泡沫阻燃性能的提升程度。
1 实验部分
1.1 实验原料
聚醚多元醇价格低廉，反应活性高，易于量产，本文选用聚醚多元醇工业级HK-360，多亚甲基多苯基多异氰酸酯，可膨胀石墨等。
1.2 实验设备与仪器
建筑材料可燃性测试仪（PX-07-003），菲尼克斯质检仪器有限公司制造。
1.3 聚氨酯泡沫的制备
根据一定配比对所有原料进行精确称重。以一步发泡和自由上升法进行发泡将柔性聚氨酯泡沫塑料其阻燃剂配比别命名FPUF-0、EG-10、EG-20 、EG-30、E/AL-1。
2 建筑材料可燃性实验
2.1 实验准备
本实验按标准GBT8626-2007规定在没有外加辐射条件下，使用小型火焰直接冲击垂直放置的试样以测定建筑制品可燃性的方法。
2.2 可燃性结果与分析
实验采用边缘点火，FPUF-0试样立即被点燃，点火处迅速烧穿试样形成孔洞，火焰沿孔洞边缘迅速蔓延至试样四周，燃烧器熄灭后，试样依旧燃烧。
6个试样在实验过程中，火焰尖端均在15s内到达距点火点150mm处，试件燃烧过程中没有熔融物滴落。试样燃烧后，试样除试件夹夹住部分，其余均全部燃烧[2]。
EG-10试样立即被点燃，但刚开始燃烧器火焰与试样接触位置逐渐被烧黑，燃烧器熄灭后，试样依旧燃烧。试样被点燃后缓慢蔓延，燃烧器熄灭后，火焰逐渐熄灭，滤纸并未被点燃，另三个试样中表面与燃烧器火焰接触部分发生烧穿现象。
EG-20试样立即被点燃，但刚开始燃烧器火焰与试样接触位置逐渐被烧黑，燃烧器熄灭后，试样依旧燃烧。
EG-30试样在燃烧器点火后，试样不能立即被点燃，刚开始燃烧器火焰与试样接触位置逐渐被烧黑。10s左右时试样被点燃，火焰向上传播， 6次实验过程中，其火焰焰尖高度均未在20s内达到150mm。
E/AL-1试样立即被点燃，但刚开始燃烧器火焰与试样接触位置逐渐被烧黑，第3次实验未烧到150mm，其余五个试样均燃烧完全，燃烧器熄灭后，试样依旧燃烧，其中到达150mm最短用时为试样6的14.3s
E/AL-2试样立即被点燃，但刚开始燃烧器火焰与试样接触位置逐渐被烧黑，只有第1、5次实验燃烧完全，其余实验均未烧到据点火点150mm处。燃烧器熄灭后，试样1、5依旧燃烧，其中到达150mm最短用时为试样1的24.2s。试件燃烧过程中没有熔融物滴落。试样燃烧后，试样除试件夹夹住部分，其余均全部燃烧。第2、3、4、6次实验在15s内火焰焰尖高度分别为74mm、86mm、42mm、61mm，均未达到150mm。
E/AL-3试样立即被点燃，但刚开始燃烧器火焰与试样接触位置逐渐被烧黑，只有第2、4次实验燃烧完全，第1、3、5、6次试验未烧到据点火点150mm处。燃烧器熄灭后，试样1、5依旧燃烧。
EG-10相较于空白样品阻燃性能明显提升泡沫焰尖高度更低，而EG-20随着EG添加量的增加，阻燃效果得到进一步提升，更不易燃。EG-30的阻燃效果最佳有效改善了聚氨酯泡沫的易燃烧特性。而E/AL系列泡沫，较单一添加EG效果也有大幅提升。
根据建筑材料可燃性实验数据可知，总的来说，未添加阻燃剂的聚氨酯泡沫即空白组最容易被点燃，EG系列聚氨酯泡沫阻燃性能好于空白组，随着可膨胀石墨质量份的增加，阻燃性能增强，聚氨酯泡沫不宜点燃。对于协同阻燃组来说，随着氢氧化铝与可膨胀石墨比值的变小，聚氨酯泡沫的可燃性逐渐变小，成功提高了聚氨酯泡沫的阻燃性能。
3 结论
本文使用两种无机阻燃剂来提升阻燃性能，本文得出以下结论
1）当可膨胀石墨单独作用时，可膨胀石墨夹层中释放的酸根离子促进了聚氨酯的脱水炭化，同时与其热解链反应产生的自由基结合，中断了反应的进行，并且聚氨酯泡沫基材和可膨胀石墨在热解燃烧过程中可能形成了互穿网络结构，起到了骨架支撑作用，作为膨胀型阻燃剂对聚氨酯泡沫有一定的阻燃作用[3]。
2）当加入可膨胀石墨后再加入氢氧化铝协同阻燃时，效果最好，两者会产生协同阻燃效果。可以诱导EG表面生成一种绒毛状炭”而这种“绒毛状炭”在密度上大于普通炭层，且其内的碳链接更为紧密，，可膨胀石墨的膨胀倍率明显得到提高。阻燃效果明显好于未加入AL(OH)3前的聚氨酯泡沫，当添加剂氢氧化铝与可膨胀石墨比值为5：25时阻燃效果最好。
参考文献
[1]姜浩浩, 刘新亮, 邹勇,等. 硬质聚氨酯泡沫/聚磷酸铵复合材料的制备及阻燃性能研究[J]. 塑料工业, 2019, 47(1):89-93.
[2]朱泽宇,张旭,王志等.碳纤维/环氧复合材料燃烧及产烟特性研究[J].中国胶粘剂,2020,29(07):48-53.
[3]X. Zhang, S. Li, Z. Wang, D. Wang, Study on Thermal Stability of Typical Carbon Fiber Epoxy Composites after Airworthiness Fire Protection Test, Fire and Materials. 2020, 44 (2) 202-210.