木质阻燃材料的热解特性研究

论文摘要

高聚物的燃烧一般是由于受到外来的热而分解出可燃性气体,并与空气中的氧气相混合而着火。热分解是高聚物燃烧的关键阶段,它是非常复杂的物理化学过程。热解是物质在低于燃点的温度下受热时发生的比较平缓的热行为,若想防止火灾的发生和赋予高聚物较好的阻燃效果,就必须深入研究相关材料的热解机理及热解规律。本文旨在研究阻燃材料的热解规律,进而建立热解动力学方程,掌握阻燃材料燃烧初期阶段的规律。选取木材为基材,磷酸、磷酸二氢铵、硼酸、氯化铵、氯化锌为阻燃剂,用选取的阻燃剂对基材进行阻燃处理,利用同步热分析仪在不同升温速率下对处理后的样品进行热重实验,采用TG-DSC联用技术进行数据分析。由TG、DTG、DSC曲线的分析表明：木材的热解过程可分为三个阶段：干燥阶段、炭化阶段和煅烧阶段；阴燃处理后试样也可分为这三个阶段,阻燃剂使基材反应开始温度提前（磷酸提前最多）,终止温度延迟（硼酸更是将基材推迟到700℃）,对DTG、DSC峰顶值也有影响；升温速率对试样热解过程也有较明显影响,升温速率增大,试样的开始分解温度、终止温度及DTG、DSC峰顶值向右偏移,即反应推向高温区进行。建立阻燃材料热解动力学模型,利用Coast-Redfern法求解动力学参数活化能E和指前因子A,求得木材各个阶段的热解动力学方程；Doyle-小泽丈夫法对参数进行验证。求得的动力学参数表明：阻燃处理使得基材在干燥阶段的活化能都减小,说明木材脱水更容易进行；在炭化阶段和煅烧阶段表现不一,是因为不同阻燃剂的阻燃机理不同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 阻燃技术发展现状
• 1.3 热解行为研究
• 1.4 研究目的
• 1.5 研究主要内容
• 1.6 技术路线
• 1.7 本章小结
• 2 木质材料的性质和阻燃剂对木质材料的阻燃机理
• 2.1 木质材料的分类
• 2.2 木材的化学成分和热解特性
• 2.2.1 化学组成
• 2.2.2 热解和燃烧反应
• 2.3 阻燃机理
• 2.4 阻燃机理的评价方法
• 2.5 木质材料的阻燃处理实验
• 2.5.1 木质材料的阻燃处理方法
• 2.5.2 实验材料和设备
• 2.5.3 阻燃处理实验
• 2.6 本章小结
• 3 阻燃材料热分析实验研究
• 3.1 热分析的概述
• 3.1.1 热分析的发展史
• 3.1.2 热分析的应用
• 3.1.3 热分析方法
• 3.2 木质阻燃材料的热分析实验
• 3.2.1 实验仪器组成
• 3.2.2 实验样品的制备
• 3.2.3 实验条件
• 3.2.4 实验结果
• 3.3 实验结果分析
• 3.3.1 在升温速率20℃/min下材料的曲线特征
• 3.3.2 升温速率对TG、DTG、DSC曲线的影响
• 3.3.3 阻燃处理后试样的能量变化分析和阻燃机理
• 3.4 本章小结
• 4 阻燃材料热解过程机理函数及动力学参数的求解
• 4.1 概述
• 4.1.1 热分析研究动力学的分类
• 4.1.2 热分析动力学理论
• 4.2 动力学模型的建立
• 4.3 木质材料热分析动力学参数的求解及验证
• 4.3.1 动力学参数的求解
• 4.3.2 动力学参数的验证
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果