APP／BF–KH550协同阻燃热塑性聚氨酯

热塑性聚氨酯(PUR-T)作为一种工程塑料，以其优异的物理性能、耐化学性、耐磨性、对化学品的良好附着力和自润滑性能而受到广泛的关注。目前，它可以替代软聚氯乙烯，以满足日益增长的领域的环保要求。因此，它在工业和日常生活中扮演着越来越重要的角色。但在一定程度上，其可燃性、滴熔性以及燃烧过程中产生大量有毒气体，极大地增加了火灾危险性，限制了其广泛的应用，所以提高其阻燃性能非常重要。聚磷酸铵(APP)具有化学稳定性好、烟气低、毒性小、使用过程中不产生挥发性和腐蚀性气体等化学特性，由于磷(P)和氮(N)的含量高，可以起到阻燃的作用，然而APP只能作为酸源，缺乏碳源，同时APP的加入会导致复合材料的力学性能急剧下降，这极大限制了APP的应用。

北京化工大学王迪等通过表面接枝的方式使用硅烷偶联剂对竹粉(BF)进行表面改性，同时将改性BF与APP复配阻燃PUR-T。由于APP与BF-KH550构成了膨胀阻燃体系(IFRs)，阻燃性能更优越。在阻燃体系中引入硅烷偶联剂改性BF有三个原因：一为阻燃体系引入碳源，使其具有更多的残炭；二是硅元素的引入是为了达到碳层致密的效果；三是硅烷偶联剂改性BF可以改善阻燃剂加入导致材料力学性能下降的问题。

阻燃PUR-T复合材料的制备

将PUR-T，APP以及BF-HK550于80℃烘箱中下燥24 h，并将一定质量的APP，BF-KH550与PUR-T混合均匀，使用微型双螺杆挤出机将阻燃剂与基体进行熔融共混，进料口温度、挤出温度和出料口温度分别设定为170，175，180℃，挤出物切粒后进行压片，热压温度设定为185℃，并将所制得的样板裁制成标准样条进行阻燃性能的测试，拉伸测试样条通过注塑机进行注塑。将纯PUR-T，PUR-T 90%／APP10%，PUR-T 90%／APP 8%／BF 2%，PUR-T 90%／APP 8%／BF-KH550 2%样品分别标记为0#，1#，2#，3#。

LOI和垂直燃烧(UL94)测试及分析

由表可知，纯PUR-T的LOI为21.6%，没有通过UL94等级，单独加入10%的APP后，1#复合材料的LOI提高到27.4%，UL94可达到V–0等级。当添加8% APP和2% BF时，LOI为28.5%，UL94保持V–0等级不变，但几乎可达到离火自熄。而APP与BF-KH550复配时，LOI进一步提高到大于30%，且能达到离火自熄的V–0等级，阻燃性能进一步提高。

锥形量热测试结果及分析

由表可知，含IFR的PUR-T复合材料的着火时间(TTI)小于纯PUR-T的28 s，1#，2#和3#样品分别为19，16，18 s。这是由于APP和BF可能促进PUR-T的降解，导致PUR-T提前着火。为进一步了解其火灾危险性，根据锥形量热计数据计算火灾性能指数(FPI)，计算结果为FPI =TTI／pHRR。通常，较高的FPI值意味着更有效的阻燃性。可以看出，3#样品的FPI值最高，说明其安全水平最高。由上表可知，纯PUR-T的总耗氧量(TOC)为52.84 g。1#，2#和3#复合材料的TOC显著降低为39.45，35.07，35.49 g，2#样品的TOC最低。

力学性能分析

由表可知，纯PUR-T的拉伸强度(Ts)和断裂伸长率(Eb)分别为24.5 MPa和1 129.6%，1#样品的Ts和Eb分别为15.3 MPa和946.7%。由于APP与PUR-T的相容性较差，APP的存在不可避免的会导致复合材料力学性能的下降。而在加入8% APP和2% BF–KH550时，Ts和Eb均有所增加。此外，3#试样的拉伸强度为23.9 MPa，其力学性能优于2#试样，是由于BF-KH550在PUR-T中的分散性得到改善，进一步提高了其力学性能。此外，3#试样的拉伸强度为23.9 MPa，与2#试样相比，其拉伸强度提升了9.6%，是因为由于BF-KH550在PUR-T中的分散性得到改善，进一步提高了其力学性能。

结论

(1) 8% APP和2% BF-KH550的加入，PUR-T复合材料的氧指数达到了30.3%，垂直燃烧等级达到了V–0。

(2)与未改性BF相比，KH550改性BF使得PUR-T复合材料的热释放速率峰值降低了86.6%。

(3) BF的表面改性使PUR-T复合材料的力学性能有所提升，较未改性的BF，其拉伸强度提升了9.6%。