超细aloh3阻燃剂对纤维板的阻燃性能研究

超细aloh3阻燃剂对纤维板的阻燃性能研究

用3个超级al（oh）燃料处理中密度纤维板，用晖热分析器（coe）重点研究其燃烧性能。1材料和方法1.1胶黏剂、施胶量、施胶量实验所用木纤维原料为已经施过胶的材料,由山东省阳谷森泉板业公司提供,在生产线上取得,所用胶黏剂为脲醛树脂,施胶量在8%～10%;阻燃剂为活化处理的Al(OH)3超细粉末,平均粒径约5μm,由山东狮邦化工科技有限公司提供。1.2燃烧性能测试方法在施胶木纤维中加入超细Al(OH)3粉末,m(Al(OH)3)∶m(木纤维)分别为0、10%、30%和60%。首先,称取一定量的施胶木纤维,喷洒少量的水,然后将称量好的超细Al(OH)3粉末均匀撒在木纤维上,手工搅拌均匀。搅拌均匀后,将带有超细Al(OH)3粉末的施胶木纤维放入模具内预压成板坯,然后放入小型热压机内热压。本研究样品幅面尺寸为300mm×300mm,名义厚度10mm。热压工艺条件:热压温度160℃,热压时间1min/mm。热压后,样品室内放置72h。截取燃烧性能测试试样前,先砂除预固化层。燃烧性能测试试样尺寸为100mm(长度)×100mm(宽度)×7.7mm(厚度),每个条件有3个重复试样,共12块试样。1.3燃烧性能测试本研究采用C3型锥形量热仪(日本东洋制机),按照ISO5660标准试验方法,每个条件的样品重复3次,热源辐射强度为50kW/m2。为了减少外界的影响,将样品除加热面外的所有面用铝箔纸包覆,放入不锈钢样品固定架内,并用隔热棉隔断热量从样品背面向外传递。每个样品的加热时间约800s,每2s读取一次数据,由计算机自动存储和计算。本研究对MDF的以下燃烧性能参数进行评价:①引燃时间,即样品从加热开始到出现稳定火焰的时间(s)。反映材料被点燃的难易程度,是评价阻火性的重要指标。②释热速率,材料单位面积释放热量的速率(kW·m-2)。③释热总量,材料从燃烧开始到结束,单位面积所释放热量的总和(MJ·m-2)。④质量损失速率,材料燃烧后单位面积、单位时间内的质量变化值(g·s-1·m-2)。⑤有效燃烧热,有效燃烧热=释热速率/质量损失速率,即材料单位质量损失所放出的热量(MJ·kg-1)。⑥比消光面积(m2·kg-1)。比消光面积=k·V/M·As,其中:k为消光系数(m-1),V为烟道体积流速(m3·s-1),M为质量损失速率,As为样品面积(m2)。⑦发烟总量(m2)。发烟总量=比消光面积×质量损失速率×样品面积/燃烧时间。发烟总量表示材料从燃烧开始到结束发烟量的总和。2结果与分析2.1超细aloh3用量对阻燃的影响引燃时间表征了木材从受热到被点燃所需要的时间,而点燃意味着木材的有焰燃烧开始。表1给出了超细Al(OH)3用量对MDF引燃时间影响的试验结果。引燃时间越长,说明材料越不容易被点燃,抑制点燃是阻燃的一个重要环节。可以看出,超细Al(OH)3处理的MDF的引燃时间,随着超细Al(OH)3用量的增加而增加。当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)为10%时,引燃时间从未添加超细Al(OH)3样品的26.5s延长到31.8s,引燃时间仅延长了5s;当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)达到30%或60%时,与未添加超细Al(OH)3样品相比,引燃时间延长了近1倍,说明超细Al(OH)3用量足够大时引燃时间才产生较大的变化。本试验条件下,即使m(Al(OH)3)∶m(木纤维)达到60%,MDF的引燃时间得到延长,但还没有达到抑制着火的程度。2.2热敏性2.2.1aloh3阻燃对材料释热速率的影响表1给出了超细Al(OH)3用量对MDF释热性能的影响。随着m(Al(OH)3)∶m(木纤维)的增加,释热速率峰值、平均释热速率、释热总量以及平均有效燃烧热等释热特性指标均呈下降趋势。当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)达到60%时,释热速率峰值下降幅度接近70%,平均释热速率、释热总量等下降幅度在40%以上。Al(OH)3对降低MDF的释热表现出一定效果。图1、图2为超细Al(OH)3阻燃处理与未处理样品的释热速率和释热总量的变化过程,图中的4条曲线分别代表了m(Al(OH)3)∶m(木纤维)=0、10%、30%和60%4种情况。可以看出,阻燃处理后MDF的释热速率以及释热总量均有所降低。对于释热速率的变化,当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)为10%时,2个释热速率峰的强度略有降低;当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)达到30%或60%时,2个释热速率峰的强度明显降低,尤其是第2个释热速率峰的强度明显减弱。随着m(Al(OH)3)∶m(木纤维)的增加,释热速率曲线的第2个峰出现的时间开始逐渐滞后,说明阻燃处理后,热量向材料内部的传热过程变得缓慢,炭化过程延长。这种现象对保护材料的结构,为人的逃生争取更多的时间。超细Al(OH)3用量对MDF释热总量的影响总体上较小。按照日本建筑材料燃烧性能等级的界定标准,当材料燃烧5min的释热总量小于8MJ/m2时,材料的燃烧性能等级为难燃级别。因此,在本试验中,即使m(Al(OH)3)∶m(木纤维)达到了60%,阻燃MDF也没有达到日本建筑材料难燃级别。2.2.2不同aloh3用量下木材的燃烧有效燃烧热反映的是木材受热分解单位物质质量损失所放出的热量。从表1可以看出,未处理MDF的平均有效燃烧热在12MJ/kg左右,与未处理杉木、杨树和马尾松3种人工林木材的相近。随着超细Al(OH)3用量的增加,MDF的平均有效燃烧热有下降的趋势:当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)为10%或30%时,平均有效燃烧热有所下降但不明显;当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)达到60%时,有效燃烧热下降明显,达到6MJ/kg左右,为未处理样品的50%左右。这与硼化物处理人工林杨木(载药量约149kg/m3)和马尾松木材(载药量约136kg/m3)的水平相当。2.3aloh3阻燃机理质量损失速率反映材料受热分解质量损失的变化速率。从表1可以看出,当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)为10%或30%时,平均质量损失速率几乎没有发生变化;当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)达到60%时,平均质量损失速率降低40%左右。研究结果表明,只有超细Al(OH)3的用量达到一定程度,才会对材料起到保护作用。Al(OH)3阻燃机理研究表明,当温度达到300～350℃时,Al(OH)3分解时吸收大量热能脱去结晶水,并从火焰中吸收辐射能,氢氧化铝吸收热量可达1.9kJ/mol,可以起到冷却的作用,从而使阻燃处理的纤维板升温速度变慢,降解减缓。在脱水过程中,形成的水蒸气能够稀释基材热解产生的可燃性气体及氧气的含量,特别是稀释火焰区可燃气体的含量,减慢燃烧速度或阻止继续燃烧。脱水后,生成的Al2O3在材料表面形成表面积极高的覆盖物,特别是超细氢氧化铝在脱水后生成表面积更高的表面覆盖物,不仅可起到很好的物理阻隔的作用,还可以抑制可燃性气体、燃烧热和氧气的传递。2.4超细aloh3用量对降低mdf发烟总量的影响比消光面积反映了材料受热分解消耗单位材料时的产烟量。本研究中,未处理MDF的平均比消光面积为43.3m2/kg,当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)为10%时,比消光面积为31.8m2/kg,与未处理样品相比降低了26.5%;当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)为30%时,平均比消光面积为73.5m2/kg,比未处理样品还高,该异常结果可能是该样品的密度相对较大等因素引起;当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)达到60%时,平均比消光面积为5.0m2/kg,与未处理样品相比,降低了88.5%。这说明超细Al(OH)3用量达到一定程度对降低MDF的发烟作用明显。图3是超细Al(OH)3处理前后MDF的发烟总量变化曲线。可以看出,随着超细Al(OH)3用量的增加,发烟总量明显降低。当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)为10%或30%时,发烟总量就有明显下降;当添加量为60%时,发烟总量下降最为显著。当m(Al(OH)3)∶m(木纤维)时,超细Al(OH)3样品燃烧后在滤纸上的残留的烟颗粒物减少,滤纸基本呈现为灰白色(图4)。上述结果进一步说明,超细Al(OH)3对降低MDF的发烟作用显著,也验证了Al(OH)3良好的抑烟性能。氢氧化铝具有良好的抑烟性能,其主要原因可能是在氢氧化铝失水后能形成具有Lewis酸碱中心的活性氧化铝,促进脱氢反应,生产保护炭层(即成炭量增加),同时也能催化炭的沉积及相应炭的氧化反应,有助于阻燃体系降低其烟雾的生成量。另外,由于在各种铝的水合物中Al(OH)3的吸热量最大,而且有利于形成炭化层。因此,氢氧化铝不仅具有较好的阻燃性能和稳定性,无毒、无腐蚀性,而且,还具有良好的抑烟性能和填充功能。3aloh3对阻燃材料未增溶剂的性能影响本研究应用超细Al(OH)3阻燃剂进行了阻燃中密度纤维板(MDF)的探索性试验,并重点利用锥形量热仪对超细Al(OH)3阻燃剂处理中密度纤维板的燃烧性能进行了评价。结果表明:随着超细Al(OH)3阻燃剂用量的增加,MDF的引燃时间延长,释热速率、释热总量、有效燃烧热、平均质量损失速率、比消光面积和发烟总量等指标均有所降低。其中,以抑烟效果最为明显,抑制燃烧释热的效果较弱。在本试验中,超细Al(OH)3对抑制MDF的燃烧释热表现出一定作用效果,在最高阻燃剂用量条件下,释热总量降