丁苯橡胶复合材料的阻燃和导热性能研究

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丁苯橡胶(SBR)是一种常用的合成橡胶,具有优异的力学性能,广泛应用于轮胎、输送带和电缆等制品。但是其热导率低,在使用的过程中容易产生热量的累积,导致橡胶的老化速度加快,严重时有燃烧的风险,从而降低了SBR的使用安全性和限制了其应用范围,因此研究具有阻燃和导热功能的橡胶复合材料具有重要意义。本工作设计和合成了三种新型氮化硼纳米材料,并分别与二乙基次膦酸铝(ADP)、可膨胀石墨(EG)和聚磷酸铵(APP)复配,研究其对SBR阻燃和导热性能的影响。(1)通过9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和乙烯基三甲氧基硅烷(KH-171)对六方氮化硼(h-BN)改性得到一种纳米杂化物M-DOPO-BN,并与ADP复配加入到SBR中研究对其性能的影响。实验结果表明:在SBR复合材料中添加20份ADP,虽然具有较好的阻燃性能,但是烟雾生成量增大。添加了3份M-DOPO-BN和17份ADP的SBR复合材料,其阻燃性能进一步提高,而且与纯样相比,一氧化碳和二氧化碳产生速率的峰值(p COP、p CO2P)分别降低了37.0%和65.8%,具有良好的抑烟效果。另外,热导率也有一定程度的提高。SBR复合材料的变温红外和残炭分析表明,其阻燃和抑烟的原因是M-DOPO-BN能够催化成炭,而且燃烧时分解产生的二氧化硅和氮化硼能够提高炭层的致密性。(2)通过在h-BN表面原位合成焦磷酸哌嗪得到一种杂化材料PAPP-BN,并将其与EG共同添加到SBR中,研究SBR复合材料的阻燃、抑烟和导热性能。研究结果表明:添加了20份EG和5份PAPP-BN的SBR复合材料,极限氧指数(LOI)从19.5%提高到了28.5%,热释放速率峰值(p HRR)和总热释放量(THR)分别降低了69.9%和39.4%,并且烟雾释放速率峰值(p SPR)和总烟雾产量(TSP)也分别降低了68.0%和48.1%,具有良好的阻燃和抑烟性能。此外SBR复合材料的热导率提高了78.8%。这主要是由于PAPP-BN的加入有效地提高了EG炭层的密度,使EG形成的蓬松炭层变得致密,从而使得热量和烟雾的释放平缓,并且一直处于较低的水平。较好的阻燃性能和导热能力扩大了SBR复合材料的应用范围。(3)通过聚吡咯掺杂植酸对h-BN进行表面改性制得P-BN,并与APP复配共同添加到SBR中,研究其对SBR复合材料性能的影响。研究结果表明:添加了P-BN作为阻燃协效剂,不但材料的p HRR和THR相对于纯样分别降低了60.7%和41.4%,而且烟雾产量也明显降低,表明APP和P-BN具有优异的阻燃和抑烟效果。这主要归因于APP与P-BN具有良好的协同作用,不但增加了炭层的密度,而且增加了炭层的热稳定性,有效地阻隔了热量和烟雾的释放。材料的力学性能和热导率测试结果表明:P-BN与基体之间的相容性得到提高,力学性能相对于添加未改性h-BN的复合材料有所改善,并且SBR复合材料的热导率也提高了29.6%。图[56]表[22]参[102]
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