第11章聚合物基复合材料的其他性能.ppt

* 着火条件 不着火 着火 临界状态 * RH ②燃烧机理？ 高温 R· H· + H· HO· O2 O· + + 羟基游离基和高分子化合物相遇时，生成碳氢化合物游离基和水，在氧存在的条件下，碳氢化合物游离基分解，又形成HO ·，燃烧一直下去（连锁反应）。 办法？？？ * 燃烧的产生有三个必要条件： 燃烧性物质、氧化剂、热源 燃烧的发生和维持需要三要素同时满足，能消除一个或一个以上要素的措施都可成为阻燃机理。 10.5.2聚合物基复合材料的阻燃机理 * 阻燃机理： 1）减少可燃性物质 在聚合物基复合材料中加进某种物质，使其在燃烧时易于产生碳化层，从而抑制可燃性气体产生，设法使聚合物在燃烧时产生不燃性的气体，可以冲稀可燃性气体，并在某种程度上隔离氧，起到抑制燃烧的作用。另外、在燃烧过程中，Ho﹒游离基起了很重要的作用，在材料中加入某种物质，燃烧时分解出能接收和捕捉Ho ﹒的基团，可终止燃烧过程中的连锁反应。 * 2）隔绝热源 大密度气体和碳化层都可以有效地延缓表面燃烧产生的热量向内层传递，而复合材料中阻燃剂的吸热分解或者与燃烧产物间的吸热反应，能更好池消除加热内层材料的热源，抑制燃烧的进一步蔓延。 * 放热因素 能量 能 积累 散热因素 散热因素 放热因素 能量 不能 积累 * 3）冲稀或隔离氧气 想法使聚合物基复合材料燃烧时生成碳化层，一方面隔离氧气与内层聚合物的接触；另一方面可能有效地延缓热量向内层的传递，起到阻燃的作用。燃烧过程中产生密度大的气体可以覆盖于材料表面，同样起到冲稀或隔绝氧气的作用。 * 10．5．3 复合材料的阻燃机理 复合材料的阻燃性主要来自阻燃剂，用于复合材料的阻燃剂主要有卤系、磷系、卤磷系和无机水合物等。加入到复合材料中的方式有表面涂层、物理添加和化学反应等几种，其中以后两种方式较为有效和常用。 * 1)阻燃剂种类和相应的机理 卤系阻燃剂的阻燃机理：在燃烧过程个分解出卤化氢，它们能优先与燃烧过程中的反应活化中心HO ﹒作用，以活性低的产物X ·和R·取代HO·，抑制燃烧反应。卤化氢的另一个重要阻燃机理是其在燃烧过程中，使聚合物分子卤化，并脱去卤化氢，生成不饱和键，促使聚合物表面形成碳化物，抑制燃烧。 * 磷系阻燃剂的阻燃机理是：磷或磷化物在受热时生成磷酸，并进一步生成聚磷酸，而聚磷酸对聚合物有很强的脱水作用，使之生成碳化物，抑制燃烧。卤磷系阻燃剂中既含卤素，也含磷元素，它们除以各自的方式抑制燃烧外，还将产生协同效应，进一步增加阻燃作用。 * 无机水合物的阻燃机理：如Al（OH）3、 Al（SO4）3 ·18H2O等，在升温时分解并吸热，分解产物氧化铝与聚合物燃烧中产生的碳化物生成不活泼的物质，产生隔热隔氧作用。同时，分解产物水的挥发既吸收热量，又可冲稀可燃气体及氧气的浓度，发挥阻燃作用。 * 2）不同加入方式的阻燃复合材料基体 反应型 涂层型 添加型 /v/b1876626351.html * 10．5．1 阻燃性的表征和评价方法 对于聚合物基复合材料，有4个指标可以表征其阻燃性或燃烧性，即表面燃烧速率、燃烧百分失重、燃烧指数FI和氧指数OI。 表面燃烧速率是指复合材料试件在开始燃烧1 min或3min内的平均燃烧速率。 燃烧百分失重表示复合材料试件在燃烧1min或3min内的质量损失。 燃烧指数是指表面燃烧速率与燃烧百分失重的乘积值。 氧指数是指在指定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低氧气浓度．以氧所占的体积分数表示。 * 材料使用环境的温度一般是变化着的，复合材料也不例外，环境温度的变化将以一定方式在某种程度上改变材料的结构与性能。 在宇航技术中，环境温度的变化范围甚至可以从接近零摄氏度到上万摄氏度，作为结构材料使用的复合材料能否适应其工作环境的变化，主要取决于其耐热性能。 第10章 聚合物基复合材料的其他性能 * * 为了使复合材料满足使用性能，在对其进行其他方面的性能设计时，必须同时对其进行有效的热设计，而热设计的依据是复合材料的热性能。 复合材料的热传导性能和热容量将决定其与外界的热能交换和自身温度变化； 其热膨胀性能决定了其结构尺寸稳定性，直接影响应力分布状态和抗热震性能； 其在温度升高时的转变和热分解决定了其作为承力结构的使用温度上限。 *