摘 要

硬质聚氨酯泡沫（RPUF）具有导热系数小、密度小、比强度大等优异性能，是理想的保温隔热材料。但RPUF的易燃性限制了其在保温墙体材料方面的应用。可陶瓷化聚氨酯泡沫是一种新型的高温阻燃材料。它是在聚氨酯基体中加入一定的助熔剂和成瓷填料制得的一种复合材料，其在常温下能够保持良好的聚氨酯泡沫材料的基本特性；在高温下能转变为具有一定力学性能的陶瓷结构，从而阻止火焰向材料内部蔓延，达到高温阻燃的目的。

本文首先通过考察发泡剂对纯RPUF的密度和压缩强度等性能的影响，从而确定了发泡剂的用量。在此基础上又以APP和EG作为复配阻燃剂，确定了APP与EG的配比为1:2时，RPUF的阻燃效果最好。最后，以低熔点玻璃粉和高岭土作为可陶瓷化填料制备得到的耐高温可陶瓷化RPUF在低温条件下具有良好的阻燃性能，在高温条件下有良好的连续相生成，收缩率较小，达到了高温阻燃的目的。

对配比确定后的耐高温可陶瓷化RPUF进行了性能分析，SEM显示，制备得到的耐高温RPUF无机填料均匀分散在泡孔壁上，泡孔结构完整；高温焙烧后的耐高温RPUF形成陶瓷连续相，具有稳定的刚性网状骨架结构。XRD显示，无机填料在1100℃烧蚀后，陶瓷骨架中形成了一种新的叫莫来石的物质，起到加强骨架力学性能的作用。

关键词：硬质聚氨酯泡沫（RPUF）；阻燃性能；无机填料；陶瓷化机理

Abstract

Rigid Polyurethane Foam (RPUF) has the advantages of small thermal conductivity, low density, excellent strength and other excellent performance, is a ideal thermal insulation materials. But the flammability of RPUF limits its application in the wall insulation materials. Ceramiziable foam is a new type of high temperature flame retardant material, which is prepared by adding a certain of flux and porcelain fillers into polyurethane foam.At room temperature, it can maintain the basic characteristics of polyurethane foam. At high temperatures, it can be transformed into a ceramic structure with a certain mechanical properties, thus preventing the flame from spreading to the interior of the material, to achieve the purpose of high temperature flame retardant.

In this thesis, the effect of blowing agent on the performance of RPUF was studied, and the amount of foaming agent was determined. The flame retardancy of RPUF was the best when APP and EG were used as complex flame retardants and the ratio of APP to EG was 1: 2. A ceramicizable RPUF made from a low melting glass powder and kaolin as a potable filler. In low temperature conditions, it has good flame retardant properties.in high temperature conditions, it produces a good continuous ceraic phase.

The SEM results show that the inorganic fillers of the ceramicized polyurethane foam are evenly dispersed on the cell wall. Cell structure is complete.The ceramicizable foam treated at high temperature forms a continuous ceramic phase with a stable rigid porous skeleton structure. XRD shows that a new substance called mullite appears , which acts to enhance the mechanical properties of the composite.

Key Words: Rigid Polyurethane Foam; Flame Retardant Properties; Inorganic Fillers; Ceramicization Mechanism

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2聚氨酯泡沫材料概述 1

1.3硬质聚氨酯泡沫的合成方法 2

1.3.1 预聚体法 2

1.3.2 半预聚体法 2

1.3.3 一步法 2

1.4 生产硬质聚氨酯泡沫的各种助剂 3

1.4.1 发泡剂 3

1.4.2 泡沫稳定剂 3

1.5 RPUF的阻燃体系 3

1.6 耐高温可陶瓷化RPUF 4

1.6.2 陶瓷化机理 4

1.6.2 陶瓷化体系 4

1.7 国内外可陶瓷化聚氨酯泡沫研究进展 5

1.8 本课题的研究目的、意义与主要内容 5

第2章 RPUF的制备与阻燃性能研究 7

2.1 实验部分 7

2.1.1 实验原料 7

2.1.2 实验仪器及设备 7

2.1.3 RPUF的制备 7

2.2 分析与测试 8

2.2.1 极限氧指数（LOI）测试 8

2.2.2 压缩强度测试 8

2.2.3 表面形貌观察 8

2.2.4 X射线衍射分析(XRD) 9

2.3 发泡剂对RPUF性能的影响 9

2.3.1 发泡剂对RPUF密度及导热性能的影响 10

2.3.2 发泡剂对RPUF压缩性能的影响 10

2.4 APP与EG对RPUF阻燃性能的影响 11

第3章 耐高温可陶瓷化聚氨酯泡沫 12

3.1 耐高温可陶瓷化聚氨酯泡沫的制备 12

3.2 高岭土对RPUF压缩强度、密度和导热系数的影响 12

3.3 耐高温可陶瓷化聚氨酯泡沫的高温处理 12

3.4 耐高温可陶瓷化RPUF的陶瓷化机理分析 14

3.4.1 RPUF的微观形貌分析 14

3.4.1 耐高温可陶瓷化RPUF的陶瓷化机理分析 15

第4 章 结论 17

参考文献 18

致 谢 20

第1章 绪论

1.1引言

聚氨酯泡沫具有密度小、导热率低、比强度高、绝缘性好等优点^[1]，尺寸稳定性和压缩强度性能也较好，同时聚氨酯泡沫材料施工方便灵活，因此其应用范围已经渗透到国民经济各部门，特别是在交通运输、家具、建筑、航空航天等领域^[2]。因其保温隔热性能好、吸音及抗震性优良，被认为是建筑领域中传统无机保温材料的理想替代材料之一^[3，4]。现在，聚氨酯泡沫材料已经成为国民经济和国防建设中不可或缺的材料之一。

但是聚氨酯泡沫材料呈孔状结构，极易燃烧，并且在燃烧过程中会释放大量有毒有害气体，比如一氧化碳和氢氰酸等，严重危害人们的生命安全并污染生态环境，因此严重限制了聚氨酯泡沫的应用^[5，6]。