建筑保溫用膨脹石墨改性聚氨酯復(fù)合材料性能表征

王述超

摘? ? ? 要： 運用膨脹石墨（EG）來實現(xiàn)對聚氨酯材料的改性，分析了EG對聚氨酯熱重、阻燃與力學(xué)特性所產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)EG加入量增大后，試樣的熱穩(wěn)定性也明顯獲得提升。當(dāng)EG添加量持續(xù)上升后，試樣的極限氧指數(shù)（LOI）也明顯升高，當(dāng)EG含量超過13.8%時試樣屬于難燃材料。EG除了能夠改善聚氨酯阻燃性以外還會明顯降低壓縮性。聚氨酯變形尺寸在1.6 mm以內(nèi)時剪切強度表現(xiàn)為先緩慢增大，之后快速升高并到達(dá)一個峰值。采用玻璃纖維（GF）與EG進(jìn)行改性使質(zhì)量保持率略微升高。

關(guān)? 鍵? 詞：膨脹石墨;聚氨酯;保溫材料;性能表征

中圖分類號：TQ 327? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? ? 文章編號： 1671-0460（2019）09-2028-04

Abstract： Polyurethane materials were modified by using expanded graphite （EG）， and the effect of EG on thermogravimetry， flame retardancy and mechanical properties of polyurethane was analyzed. The results showed that the thermal stability of the sample was significantly improved with the increase of EG.When the amount of added EG continued to rise， the LOI value of the sample also increased significantly， and when the amount of EG exceeded 13.8%， the sample belonged to the refractory material. EG can not only improve the flame retardancy of polyurethane， but also significantly reduce the compressibility. When the deformation size of polyurethane was within 1.6 mm， the shear strength first slowly increased， then rapidly increased and reached a peak value. The synergistic modification of GF and EG made mass retention rate slightly increase.

Key words： Expanded graphite; Polyurethane; Insulation material; Performance characterization

聚氨酯是一種具備優(yōu)異隔熱性能以及耐沖擊與耐老化的高分子材料，目前已被作為重要的工程保溫材料在建筑等領(lǐng)域獲得大量應(yīng)用[1-5]。但是，考慮到聚氨酯的極限氧指數(shù)較低，在空氣中受到高溫作用容易燃燒，并且還會在燃燒期間分解產(chǎn)生有毒氣體，對人們生命健康造成嚴(yán)重危害。其中，以聚氨酯作為保溫材料的一些工廠設(shè)施經(jīng)常發(fā)生火災(zāi)表明其缺乏良好的阻燃性，不利于進(jìn)一步推廣應(yīng)用[6-10]。

為了進(jìn)一步改善聚氨酯在實際應(yīng)用過程中的安全性，大部分學(xué)者主要從提升聚氨酯阻燃性角度考慮來開展各項研究工作[11]。其中，添加阻燃劑已經(jīng)成為提高聚氨酯阻燃性能的一種最常規(guī)方法。這類阻燃劑基本都是包含磷、溴、氯等元素的有機物，隨著當(dāng)前對環(huán)保材料綜合性能指標(biāo)的不斷提升，上述各類傳統(tǒng)阻燃劑已無法有效滿足高溫阻燃要求，這為開發(fā)更優(yōu)性能的無機阻燃劑創(chuàng)造了有利條件?，F(xiàn)階段，膨潤土以及鎂、鋁等元素的氫氧化物已被大量應(yīng)用到了聚氨酯改性領(lǐng)域[12]。馬骉等[13]研究了在半硬泡沫聚氨酯中加入膨脹石墨（EG）后引起的材料力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性與燃燒性能改變情況。因為采用EG來改善聚氨酯阻燃性的時候，也會引起材料力學(xué)強度的明顯下降，所以很多學(xué)者都對添加了EG的聚氨酯進(jìn)行了力學(xué)性能分析。其中，玻璃纖維（GF）是一種提高樹脂基體強度的重要增強體，已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。劉波[14]采用填充改性方法在聚氨酯中加入GF來發(fā)揮增強作用，通過測試發(fā)現(xiàn)GF可以顯著提高聚合物的力學(xué)強度并獲得更高的彈性模量。

本文根據(jù)之前文獻(xiàn)研究成果[15-19]，綜合運用EG與GF來實現(xiàn)對聚氨酯材料的改性，同時分析了這兩種成分對聚氨酯熱重、阻燃與力學(xué)特性所產(chǎn)生的影響，最終獲得具有優(yōu)異綜合性能的聚氨酯復(fù)合材料。

1? 實驗部分

1.1? 原材料

EG， 牌號896， 青島巖海碳材料有限公司;GF，直徑10 μm， 廊坊康誠密封材料有限公司; Polycat12催化劑， 新典化學(xué)材料（上海）有限公司; HFC365發(fā)泡劑，北京森昌泰和科技有限責(zé)任公司;TMN多元醇，廣州文龍化工有限公司。

1.2? 儀器及設(shè)備

TG分析儀，ZCT-A，西安泰戈分析儀器有限責(zé)任公司;LOI測試儀，HC-2，北京金恒祥儀器有限公司;萬能力學(xué)試驗機，TAW2000， 濟(jì)南舜茂萬能摩擦磨損試驗機;壓縮剪切性能測試儀，CHT4000，濟(jì)南五星測試儀器有限公司。

1.3? 樣品制備

利用一步發(fā)泡法來制備得到無機填料改性的聚氨酯復(fù)合材料，表1提供了各配方的加入量。具體制備過程為：第一步，先在常溫狀態(tài)下將聚醚多元醇、GF、EG、發(fā)泡劑和催化劑攪拌混合均勻，得到的混合物。第二步，將上述混合物和多異氰酸酯按照體積比1：1進(jìn)行混合并攪拌處理1 min，之后固化，獲得由GF和EG共同發(fā)揮改性作用的聚氨酯保溫材料。選擇單純聚氨酯材料作為參照物，將其表示為P0，將EG改性的聚氨酯表示為EG1～EG3，將EG和GF共同改性的聚氨酯表示為EGF1～EGF3。制備后的樣品見圖1所示。

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