木塑复合材料阻燃研究进展

对木塑复合材料(WPC)的阻燃研究进展进行了综合阐述,总结了近几年WPC用阻燃剂及阻燃处理方法的研究成果,并根据研究中存在的问题,着眼于提高阻燃剂的阻燃性及与WPC的相容性,展望了今后木塑复合材料在阻燃剂改性方面的研究方向。     

木塑复合材料阻燃研究新进展

木塑复合材料兼具木材的生态性和塑料的可加工性,是一类生态环保材料。然而,木塑复合材料易燃,限制了其在室内领域的应用。对木塑复合材料进行阻燃处理,使其达到相应的阻燃级别可以促进该材料在公共场所建筑和室内装饰领域的应用,进一步提升其市场价值。近年来,采用复配技术和表面改性技术改善阻燃剂与木塑复合材料的界面相容性,同步提升阻燃效率、力学性能和工艺性能成为研究的重点。笔者从木塑复合材料的燃烧特性出发,概述了金属系(金属氢氧化物、含金属元素的其他结构化合物)、硼系、磷系和碳系阻燃剂与其他元素阻燃剂进行复配协同提升木塑复合材料阻燃抑烟的研究进展,进一步阐明了复配体系的构筑机制及协同阻燃机理,重点探讨了基于炭层阻隔效应的凝聚相阻燃机理,并且讨论了复配体系对力学性能的影响规律。最后分析了复配体系存在的不足,指出开发适用于木塑复合材料的阻燃体系,使其与木塑复合材料形成良好的界面相容性,并同步提升阻燃效率、力学性能、工艺性能,以及降低生产成本仍是未来研究的重点。     

木塑复合材料阻燃改性中的主要影响因素

研究了木塑复合材料阻燃改性中的3个重要因素,即木塑比例、阻燃剂种类和阻燃剂的添加量对其性能的影响。结果表明:木塑比例对材料的综合性能影响最大,木粉与塑料的比例提高时,材料的耐水性能提高,而材料的阻燃性能降低,静曲强度降低;在不同种类的阻燃剂对材料的阻燃性能改性实验中,复合磷氮类阻燃剂效果最佳;阻燃剂的添加实验表明,随着阻燃剂添加的量增加,材料的阻燃性能提高,内结合强度加大,而耐水性能降低。     

聚磷酸铵对竹/聚丙烯纤维复合毡增强酚醛树脂基复合材料性能的影响

采用聚磷酸铵(APP)作为阻燃剂,对竹/聚丙烯纤维复合毡增强酚醛树脂基复合材料进行阻燃改性,研究阻燃剂的添加对复合材料力学、阻燃和导热性能的影响。当复合材料中添加25%APP时,力学性能测试结果表明,该复合材料的静曲强度和内结合强度分别降低了18.49%和62.86%,而隔热效果基本不变。采用扫描电子显微镜对复合材料内部进行表征,结果表明,APP的添加会破坏酚醛树脂的固化能力,导致力学性能的下降。采用锥形量热仪和极限氧指数仪对复合材料的阻燃性能进行分析,结果表明,添加APP后,复合材料的热释放速率和总热释放量分别降低了50.62%和50.82%,而极限氧指数则达到29.7,阻燃性能得到了明显改善。采用导热系数测定仪对阻燃前后复合材料的隔热效果进行表征,结果表明,APP的添加对复合材料保温效果没有影响。     

MPP和ADP复合阻燃剂配比对竹纤维/聚丙烯复合材料性能的影响

采用三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和二乙基次膦酸铝(ADP)为阻燃剂,通过无纺气流铺装和热压工艺制备阻燃竹纤维增强聚丙烯复合材料,探讨了阻燃剂MPP和ADP的配比对复合材料力学和阻燃性能的影响。结果表明:复合材料的拉伸强度和静曲强度随着阻燃剂的添加而明显下降,这是由于2种阻燃剂与基体材料之间界面相容性较差所致;单独添加阻燃剂时,弹性模量有所增加,而2种阻燃剂同时添加时,弹性模量有所下降。MPP与ADP复配使用比单独添加具有更好的阻燃效果。当MPP与ADP的质量比为2∶1时,复合材料的阻燃性能较优,其极限氧指数(LOI)达到31.2%,比无阻燃剂复合材料提高了65.1%,比单独添加MPP和ADP分别提高了17.7%和12.2%;其产生的炭层能够起到隔绝热量和氧气,同时阻止火焰传递,阻止可燃性气体挥发的作用,从而保护下方基材;其最大热释放速率和总热释放量分别为197 kW/m~2和52.1 MJ/m~2,分别比无阻燃剂复合材料降低了22.1%和21.9%;燃烧后的复合材料会产生大量残炭,其残炭率相比无阻燃剂复合材料提高了170.5%,有效地提升了复合材料的阻燃性能。     

纳米二氧化硅/有机磷协同阻燃木塑复合材料性能的研究

以桉木粉、低密度聚乙烯（LDPE）和马来酸酐接枝低密度聚乙烯（LDPE-g-MAH）为主要原料,采用熔融共混法制备木塑复合材料（WPC）,并以γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化硅（Nano-SiO₂）与有机磷阻燃剂（D-bp）为复配阻燃剂对其进行阻燃改性。通过锥形量热、热重分析（TGA）对WPC的阻燃性能、热性能进行分析。结果表明:当改性NanoSiO₂与D-bp添加量分别为3%和7.5%时,协同阻燃WPC具有优异的综合性能,峰值热释放速率、总热释放量、峰值质量损失速率和峰值比消光面积分别为358.3 kW/m²、103.4 MJ/m²、0.123 g/s和693 m²/s,与未阻燃改性WPC相比分别降低25.7%、21.8%、51.6%和85.5%;失重5%的热分解温度和残炭率为276.2℃和17.9%,分别提高119℃和5.3%;拉伸强度也提高了61.8%。     

微胶囊红磷在木塑复合材料中的阻燃研究

以红磷为囊心,氢氧化镁为囊材,通过沉淀法制备氢氧化镁包覆红磷。采用XPS、SEM、TEM、TGA等对其进行表征。经测定,当微胶囊红磷中氢氧化镁含量为30%时,包覆率达到85.5%。同时考察了微胶囊红磷对木塑复合材料阻燃性能的影响。当微胶囊红磷的添加量为8%时,木塑复合材料的垂直燃烧性能达到UL94Ⅴ-0级,其氧指数(LOI)从23提高至28,这表明氢氧化镁与红磷发挥了很好的阻燃作用,并具有明显的协同效应。     

木材功能化阻燃剂研究进展

一剂多效是木材阻燃剂的主要发展方向。文中分别对常用的木材功能化阻燃剂和阻燃处理工艺的国内外研究进展进行了综述,包括磷氮硼阻燃剂、金属化合物阻燃剂、树脂阻燃剂、纳米阻燃剂和微胶囊阻燃剂及新型浸渍法、表面改性法和溶胶-凝胶法等阻燃处理工艺,讨论了木材阻燃研究的发展趋势。     

木塑复合材料加工因素优势分析

在不同工艺条件下进行木塑复合材料加工试验,得到其不同试验条件下的力学性能;采用灰色关联分析的方法,分析了不同工艺条件对木塑复合材料力学性能的影响。结果表明,运用灰色关联分析方法分析不同木塑复合材料生产工艺对材料力学性能的影响具有可行性,同时提出一种新的木塑复合材料生产工艺分析方法。     

木塑复合材料在家具制造领域的发展机遇

木塑复合材料因其综合性能优越,尤其是因具有防蛀、耐腐、防水、抗潮等性能而被广泛关注,其作为新型环保材料在家具制造领域亦应具有很大发展空间。通过对近年来木塑复合材料与家具制造相关性能的研究进展、木塑家具制造技术发展现状、木塑家具设计理念发展状况三方面进行的梳理,可以看出家具用木塑复合材料有关材性研究在近10年中获得了迅速发展,木塑家具制造技术出现了较大进步,设计师对木塑复合材料的认识日益加深且木塑家具设计理念不断完善。从总体上看,木塑复合材料在家具制造领域的应用虽然刚刚起步,但已呈快速发展态势。木塑复合材料日益契合物联网时代家具制造业的发展需要,在家具制造领域具有巨大的潜在市场和广阔的应用前景。     

SEBS-g-MAH和原位接枝MAH对木粉/废旧塑料混合物复合材料力学性能的影响研究

由聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚苯乙烯（PS）组成的混合废旧塑料与木粉经高速混合机混合后,采用双螺杆/单螺杆串联挤出机组制备了木粉/混合废旧塑料复合材料。探讨了马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS-g-MAH）和原位接枝马来酸酐（MAH）对木粉/混合废旧塑料复合材料力学性能的影响。结果表明,与使用MAH和DCP的原位反应共混相比,SEBS-g-MAH显著提高了复合材料的抗冲击性能,但对拉伸和弯曲性能的改善不如原位反应共混显著。总的来说,混合废旧塑料制备的复合材料的力学性能要低于纯塑料混合物制备的复合材料,尤其是拉伸断裂伸长率。微观形态研究表明,添加SEBS-g-MAH和原位接枝MAH均可提高木粉与塑料混合物之间的界面相容性,但与添加SEBS-g-MAH相比,原位接枝MAH能更好的改善PP、HDPE、PS与木粉之间的界面结合。原位接枝MAH可被看作是一种改善木粉与塑料混合物间界面相容性的有效途径。此外,采用动态力学分析（DMA）进一步表征了复合材料的储能模量和阻尼因子。     

木材阻燃剂SLB处理木材的阻燃性能研究

选用新型木材阻燃剂SLB对马尾松和南洋楹两种木材进行了阻燃处理,并用氧指数法和木垛法对处理后木材的阻燃性能进行了测试。结果表明：用SLB阻燃剂处理木材,载药量达到40 kg/m^3以上时,阻燃性能达到相关标准的要求,阻燃效果随着载药量的增大而增强。在载药量相近时,南洋楹木材比马尾松木材的阻燃效果显著。     

木塑复合材料成型加工过程中的变色机理及控制研究进展

文章介绍了木塑复合材料的成型方法及发展趋势,主要论述了木塑复合材料成型过程中的变色原因及其控制方法。     

阻燃剂浸渍处理木材方法研究

本研究以ZR-M-301型木材阻燃剂为浸渍药液,樟子松和水曲柳为木材试样,选择常压浸渍、压力浸渍、微波处理后常压浸渍、超声波加压浸渍和微波处理后超声波加压浸渍五种木材阻燃处理方法,经过试验,探索在生产阻燃木材的浸渍方法中引入微波和超声波技术的可行性,找到效果好的木材阻燃处理方法.本研究的创新点是将微波处理与超声波辐射技术应用于木材阻燃处理中,利用微波加热处理改善木材构造的渗透性能,利用超声波的空化作用强化阻燃剂浸入性能,并提出了新的技术路线.     

木材阻燃剂FRW的阻燃机理

在综合分析热分析法、锥形量热仪法和FTIR法获得的FRW阻燃机理研究结果并吸收木材阻燃机理研究现有成果的基础上,推导进而提出了木材阻燃剂FRW的阻燃机理。其主要内容是:1)FRW阻燃木材受热时,阻燃剂FRW分解产生不燃性气体和不挥发的酸性熔融物质,具有降低体系温度和氧气浓度及屏蔽热辐射的作用,降低了木材的热解速度;2)FRW的组分硼酸和GUP的酸性分解产物催化木材脱水、降解,以及木材热解产物的缩合、聚合、芳构化等反应,能改变木材的热解途径并使其向着有利于炭化的方向变化,FRW显著的催化成炭作用,使阻燃木材的燃烧放热量大大降低,这是FRW阻燃机理的主要方面;3)硼酸与GUP起阻燃作用的温度和方式不同,并且有相互补充的作用,因而表现出阻燃协同效应。     

气相色谱—质谱法测定阻燃人造板中多溴联苯醚

建立气相色谱-质谱法测定阻燃人造板中的多溴联苯醚。样品经粉碎后,采用甲苯超声提取,提取液经硅胶净化后,用配有EI源的气相色谱-质谱联用仪测定。结果表明,本方法检出限为3 mg/kg,回收率为91.7%,相对标准偏差为7.79%。该方法灵敏度、准确度、精密度高,适用于阻燃人造板中多溴联苯醚的分析检测。     

Pyrolytic characteristics of burning residue of fire-retardant wood

In order to investigate the pyrolytic characteristics of the burning residue of fire-retardant wood, a multifunctional fire-resistance test oven aimed at simulating the course of a fire was used to burn fire-retardant wood and untreated wood. Samples at different distances from the combustion surface were obtained and a thermogravimetric analysis (TG) was applied to test the prrolytic process of the burning residue in an atmosphere of nitrogen. The results showed that: 1) there was little difference between fire-retardant wood and its residue in the initial temperature of thermal degradation. The initial temperature of thermal degradation of the combustion layer in untreated wood was higher than that in the no burning wood sample; 2) the temperature of the flame retardant in fire-retardant wood was 200°C in the differential thermogravimetry (DTG). The peak belonging to the flame retardant tended to dissipate during the time of burning; 3) for the burning residue of fire-retardant wood, the peak belonging to hemicellulose near 230°C in the DTG disappeared and there was a gentle shoulder from 210 to 240°C; 4) the temperature of the main peaks of the fire-retardant wood and its burning residue in DTG was 100°C lower than that of the untreated wood and its burning residue. The rate of weight loss also decreased sharply; 5) the residual weight of fire-retardant wood at 600°C clearly increased compared with that of untreated wood. Residual weight of the burning residue increased markedly as the heating temperature increased when burning; 6) there was a considerable difference with respect to the thermal degradation temperature of the no burning sample and the burning residue between fire-retardant wood and untreated wood. __________ Translated from Journal of Beijing Forestry University, 2006, 28(3): 133–138 [译自: 北京林业大学学报]     

新型木塑复合材料成型工艺的研究

木塑复合材料是以木材或各种木质纤维素纤维材料为基体 ,通过与塑料以不同复合途径形成的一种新型材料。文章介绍了平压法木塑复合材料成型工艺 ,研究了成型过程中板坯的流动性和粘结性 ,探讨了塑料与木质碎料的混合比对木塑复合材料力学性能的影响。结果表明将塑料先加入一定量的木粉或将木质材料与混炼后的塑料混合后压制成型 ,材料可以具有良好的力学性能     

超声波技术在木材阻燃浸渍处理过程中的应用

探讨了超声波应用于木材阻燃浸渍处理过程的可行性,同时讨论了超声波试验参数频率、声强、辐射时间等的选择。在讨论的基础上,以樟子松和水曲柳为木材试样,选择压力浸渍、超声波加压浸渍和微波处理后超声波加压浸渍3种木材阻燃处理方法,经过试验,说明在生产阻燃木材的浸渍方法中引入超声波技术是可行的。     

温度对两种木塑复合材料的影响

在众多环境因素中,温度是对木塑复合材料性能影响最显著的因素之一.在一定温度范围内,木塑复合材料的抗弯性能随温度的升高而降低.