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阻燃型聚苯乙烯/SiO₂气凝胶核壳复合珠粒制备及其发泡成型工艺研究

作　者: 宗师
导　师: 耿刚强
学　校: 长安大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 悬浮聚合核壳珠粒发泡成型阻燃复合板性能
分类号: TU551
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

EPS板是一种十分常用的建筑保温材料，具有容重小、力学强度和韧性好，抗化学腐蚀、防水、易成型分割等优良特性。但是存在导热系数相对较高，不耐老化、易燃、防火性差等缺点。为了提高EPS板的绝热性能和阻燃性能，本论文采用超级绝热材料SiO₂气凝胶与聚苯乙烯进行核壳型有机无机复合，运用悬浮聚合的方法制备出以SiO₂气凝胶为“核”，聚苯乙烯为“壳”的阻燃型核壳复合珠粒，通过热压浸渍的方法，将发泡剂渗入到复合珠粒中，最后对阻燃复合珠粒进行发泡成型制成阻燃型聚苯乙烯/SiO₂气凝胶复合板。并对阻燃型聚苯乙烯/SiO₂气凝胶核壳复合珠粒的合成工艺、热压浸渍工艺、及其发泡成型工艺进行了研究，得到一种制备阻燃核壳复合珠粒的方法，制备出一种阻燃性能优异、导热系数较低的阻燃型聚苯乙烯/SiO₂气凝胶复合保温材料。试验研究了聚苯乙烯/SiO₂气凝胶核壳复合珠粒悬浮聚合工艺，首先分析了油水比、分散剂体系、搅拌速度和SiO₂气凝胶等因素对核壳复合珠粒粒径的影响，结果表明：油水比为1:4；在分散剂体系中：有机分散剂（聚乙烯醇5%溶液）3份，无机分散剂（磷酸三钙）1.5份；搅拌速度500r/min；SiO₂气凝胶添加量为2份时，制备的聚苯乙烯/SiO₂气凝胶核壳复合珠粒平均粒径小，而且粒径分布集中。试验还采用两步法制备含有发泡剂的阻燃型聚苯乙烯/SiO₂气凝胶核壳复合珠粒，阻燃剂添加工艺为聚合阶段添加，然后通过浸渍、预发泡、熟化、模压成型制备了阻燃型苯乙烯/SiO₂气凝胶泡沫板。通过设计不同阻燃剂种类和含量的对比实验，研究其对聚苯乙烯/SiO₂气凝胶复合泡沫板阻燃性能、机械强度和保温性能的影响规律。结果表明：单纯采用HBCD为阻燃剂时，当HBCD用量超过6%时，复合泡沫板可以达到较好的阻燃性能，自熄时间为4.1s，氧指数达到18.8；阻燃剂协同剂Sb₂O₃的加入可以减少HBCD的用量，当HBCD/Sb₂O₃在1:2¹:1时，材料的自熄时间在4.5s以内，氧指数达到19.1；特别的当HBCD:Sb₂O₃=2:1时，材料阻燃效果最佳，自熄时间为2.6s，氧指数达到20.3；当HBCD和Sb₂O₃总含量不变的条件下，随着无机阻燃剂Al（OH）₃含量的增加，复合泡沫板制品的阻燃性能显著提高，当其含量达到2.0%时，材料阻燃性能达到最高。复合板的导热系数随着阻燃剂添加量的增加而增加；抗压强度随阻燃剂HBCD添加量的增加而减小，当阻燃剂由Sb₂O₃替代一部分HBCD时，随着替代量的增加抗压强度随之增加。试验还利用了热固性酚醛树脂/Al（OH）₃阻燃剂对前面合成的聚苯乙烯/SiO₂气凝胶核壳复合珠粒进行涂覆处理，并重点研究了热固性酚醛树脂/Al（OH）₃阻燃液中热固性酚醛树脂和Al（OH）₃两者的含量对复合EPS材料的阻燃性能、机械强度和保温性能的影响规律。通过采用混合、搅拌、干燥和模压发泡成型的方式实现了将酚醛树脂/Al（OH）₃阻燃液涂覆在核壳珠粒上的涂覆工艺流程并得到了最佳涂覆工艺参数，得到了阻燃性能、机械强度和保温性能均优异的阻燃复合EPS材料。对得到的阻燃复合EPS材料进行的氧指数测试、压缩强度测试、导热系数，测试结果表明，在酚醛树脂含量（相对于复合EPS）相同的条件下，Al（OH）₃含量低于15g（相对于复合EPS）时，Al（OH）₃含量越高，复合EPS材料的阻燃性能越好，并且在Al（OH）₃的含量为15g时达到最大值，机械强度越低，保温性能越差;当Al（OH）₃含量高于15g时，Al（OH）₃含量越高，复合EPS材料的阻燃性能越低，机械强度越低，保温性能越差;在Al（OH）₃含量相同的条件下，酚醛树脂的含量越高，复合EPS材料的阻燃性能越好，机械强度越高，保温性能越差。

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