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热塑性聚氨酯弹性体(TPU),是一种性能优异且被广泛应用的聚合物材料,然而TPU的应用因其易燃性和在燃烧时释放大量火灾烟气而受到限制,且烟气是影响人们在火灾中安全逃亡的主要因素。本文主要研究了几种碳素材料(炭黑、可膨胀石墨、膨胀石墨、碳纳米管和石墨粉)在聚磷酸铵阻燃热塑性聚氨酯弹性体中的协同阻燃抑烟作用,并初步探讨了其作用机理。主要内容和结论如下：(1)研究了碳黑(CB)和聚磷酸铵(APP)在阻燃热塑性聚氨酯复合材料中的协同阻燃抑烟效应。烟密度测试(SDT)结果表明,样品TPU-CB-2(CB的添加量为1.00wt.%)具有最好的抑烟性能,它在有焰测试条件下的光通量值为92.1%,比TPU-1(不含CB)提高了33%。锥形量热仪(CCT)结果表明,当CB的添加量为3.00wt.%时,样品TPU-CB-4的总烟释放值为172.1m2/m2,比TPU-0的降低70%,当CB添加量为1.00wt.%时,样品的热释放速率峰值从154.4 kW/m2 (TPU-1)降到88.5 kW/m2。极限氧指数(LOI)结果表明,材料的LOI值随着CB添加量的增加而升高,样品TPU-CB-4的LOI值达到了30.1。扫描电子显微镜(SEM)结果表明,CB在改善炭层致密性方面有较好的效果；热重(TG)结果表明,CB的添加提高了阻燃TPU材料在高温区的热稳定性；热重/红外联用结果表明,CB能有效降低作为碳烟前驱体的芳香类挥发物的生成量。致密炭层的生成阻碍了分解物质向燃烧区的扩散；残炭质量的增加、碳烟前驱体的减少都印证了CB能有效降低热解过程中烟颗粒等物质的生成。(2)分别研究了可膨胀石墨(Expendable graphite, EG)、膨胀石墨(Expended graphite, TEG)与APP在阻燃TPU中的协效阻燃抑烟效应。烟密度结果表明,在无焰测试条件下,当EG的添加量为0.50 wt.%时,样品TPU-EG-2的光通量值为51.5%,较TPU-1提高了近30%,而样品TPU-TEG-2 (0.50 wt.% TEG)的光通量值(64.2%)比TPU-EG-2的高出13%。锥形量热仪结果表明,TPU-EG-3 (2.00 wt.% EG)的HRR值为91.6 kW/m2, TPU-TEG-3 (2.00 wt.% TEG)的HRR值为77.4 kW/m2。因此,TEG在降低热释放速率方面比EG更有优势,且TPU-TEG-3的HRR值更低。LOI结果显示,TEG比EG更有效的提高阻燃TPU的氧指数,如TPU-TEG-4的LOI值从TPU-EG-4的29.3提高到了30.1。扫描电镜结果证实EG或TEG能有效地改善炭层光滑程度和致密性,而含TEG的样品的效果更好。在APP阻燃TPU体系中,TEG比EG具有优异的协同阻燃抑烟性能。(3)研究了碳纳米管(CNT)协同APP对TPU复合材料的阻燃抑烟性能的影响。烟密度结果表明,含3.00 wt% CNT的样品在有焰测试条件下的光通量值为82.4%,较TPU-1提高了25%；在无焰测试条件下的值为61.5%,比TPU-1的值高出了20%。锥形量热仪结果表明,含3.00 wt.% CNT样品具有最低的HRR值(105.3 kW/m2),较TPU-0降低了30%。LOI结果表明,材料的LOI值随着CNT添加量的增加而升高,含3.00 wt.% CNT样品的值达到了31.3；SEM结果表明CNT能够改善炭层结构,使炭渣表面光滑且致密,从而阻碍了分解物质向燃烧区的扩散；TG结果表明,适量的CNT可有效地增加阻燃TPU的残炭质量。(4)研究了石墨粉(GP)协同APP对TPU复合材料的阻燃抑烟性能的影响。烟密度测试结果表明,含3.00wt.%GP的样品在有焰测试条件下的光通量值最高(80.7%),比TPU-1的值高出20%。锥形量热仪结果表明,当GP的添加量为0.50 wt%时,样品TPU-GP-2的总烟释放量从TPU-1的339.37m2/m2降到了248.98m2/m2。LOI实验结果表明,材料的LOI值随着CNT添加量的增加而升高,含3.00wt.% GP样品的LOI值达到了30.3。由热重分析结果可知,GP能提高阻燃TPU材料的高温热稳定性；热重/红外联用结果表明,GP也能有效降低芳香类挥发物的生成。