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聚氨酯氧指数测试的影响因素

  聚氨酯(polyurethane,简称PU)是聚氨基甲酸酯的简称,是建筑业、工业设备广泛应用的绝热材料及汽车、造船、包装等工业的重要材料。但由于聚氨酯泡沫本身结构特殊,极易燃烧,其氧指数只有17%左右,燃烧时释放出大量的烟和毒气,容易发生滴落现象,它的易燃问题一直是聚氨酯工业研究的重要课题。世界各国制定出各种测试聚氨酯的阻燃标准、法规,并逐步完善测试方法,生产了各种测试仪器设备。氧指数是判定阻燃性能的标志之一,在氧指数测试中,会受到环境条件、操作人员、制样差异等因素的影响。
  1.状态调节时间的影响
  根据国家标准GB/T2918 -1988的要求,通过对试验材料进行状态调节,以尽量减小环境偶然因素对试验结果的影响。因此选用已制备的TDCPP阻燃聚氨酯泡沫试样进行比对试验,调节恒温箱的温湿度在国标要求的某一特定值 (温度:23℃;相对湿度:50%;气压:86~106kPa)。通过测试数据可以看出,随着试样调节时间的增加,试验所得氧指数的平均值不断降低,当调节时间满足一定时限时,氧指数保持稳定状态。不同调节时间下样品的检验结果不同,因此,应将试样按标准要求严格进行状态调节,然后进行测试,以便在标准的状态调节时间下得到准确的氧指数值。
  2.试样点燃方法的影响
  根据GB/T2406-93,对TDCPP阻燃聚氨酯泡沫试样选用两种点燃方法进行氧指数测试,点火时间均为15s。
  顶端点燃法:使火焰的最低可见部分接触试样顶端,并覆盖整个顶表面,勿使火焰碰到试样的棱边和侧表面。
  扩散点燃法:充分降低和移动点火器,使火焰的可见部分同时施加于试样顶表面及垂直侧表面约6mm长。
  结果发现,同样材料相同条件下进行试验测定,不同点燃方式对氧指数的测定数据几乎没有影响或者影响不大,不足以改变对样品氧指数结果的评定。无论是哪种点燃方式,何时撤走点火源并开始计时是要通过肉眼对试样点燃情况的直观判断,存在着一定的误差,并可能导致对检验数据造成影响,只有增加试验次数才能尽量减小误差。在实际操作中,点燃试样时采用顶端点燃法比较省力。
  3.试样长度的影响
  国家标准中受检产品的试样长度为70~150mm,目的是为了与试验仪器玻璃圆筒的长度保持一致,使玻璃圆筒内的小环境混合气体中氧浓度均匀恒定。
  可以看出,试样长度对检验数据的影响还是很大的,在国家标准要求的范围内,随着试样长度的增加测定的氧指数值不断增加。当试样长度较短时,受检试样的燃烧区域上方距圆筒顶部还有相当大的距离,因此其火焰燃烧所需氧气完全由仪器本身支持,不受圆筒外气流影响。但随着试样长度的增加,受检试样的燃烧区域与圆筒顶部的距离变短,火焰燃烧所需氧气的流动受圆筒外气流的影响程度逐渐加大。为了能够支持火焰燃烧,仪器本身就必须提供更多的氧气以满足火焰燃烧,结果就使得测得的氧浓度数值逐渐增大。由此,应将受检样品的长度规定为一特定值而非一范围值,以减小室内环境空气流动对仪器圆筒内燃烧状况的影响程度。
  4.阻燃剂的影响
  阻燃剂作为聚氨酯泡沫中一种价格昂贵的添加剂,其作用非常重要,阻燃剂添加量并不是越多越好,还要考虑阻燃剂的添加量对泡沫物理机械性能的影响。鉴于成本、安全、满足阻燃技术指标和泡沫物理机械性能等因素的考虑,应该优化使用适当的阻燃剂使其发挥最大作用。
  阻燃剂添加量的影响:数据表明,对于TDCPP阻燃剂,以聚醚多元醇为基计,10Phr的TDCPP可使PUF的氧指数于23%,PUF的氧指数随着阻燃剂添加量的增加而增高,但是TDCPP用量大于15Phr以后,再增加TDCPP的用量,试样的氧指数提高的十分有限。
  不同阻燃剂的影响:不同的阻燃剂在聚氨酯泡沫中的阻燃作用各不相同,随阻燃剂含量的变化,阻燃作用变化规律也不一样,这主要是受阻燃剂的种类差异以及阻燃剂与聚氨酯泡沫相容性的影响。
  TDCPP是一种不具有反应活性,但具有阻燃作用的添加型阻燃剂。随着阻燃剂用量的增加,阻燃性能也随之上升,但在添加量为 20%以上时,阻燃性能的提高并不明显,而且阻燃剂与组合聚醚混合后会释放出一些酸性物质,在泡沫中还具有一定的增塑作用,会导致泡沫强度的下降,所以阻燃剂的添加量在15%左右为宜。

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