沥青改性PMMA燃烧特性的影响因素

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1、沥青改性PMMA燃烧特性的影响因素原标题：热辐射通量对沥青改性PMMA燃烧特性的影响摘要　采用本体聚合法制备沥青改性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)块体，研究了热辐射通量对其热释放速率平均值、质量损失速率平均值、点燃时间、CO及CO2产率的影响。结果表明，添加沥青的PMMA点燃后300s内平均热释放速率由569kW／m2降低到了525kW／m2，沥青使其燃烧更加平稳；沥青改性PMMA的平均热释放速率、质量损失速率和CO产率与热辐射通量成线性递增关系；点燃时间随着辐射通量的增加而呈指数衰减趋势；CO2产率在热辐射通量低于40kW／m2时基本不变，高于40kW／m2时呈

2、线性递增。添加沥青之后PMMA能够平稳燃烧使其可以作为锥形量热仪标准物质候选物，得到的燃烧特性与热辐射通量的函数关系式为其不确定度评估提供了依据。锥形量热仪可测量材料的热释放速率、质量损失速率、烟生成速率、有效燃烧热以及燃烧气体的毒性等参数，是评价材料燃烧性和火灾危险性的重要技术手段。锥形量热仪结构复杂，包括燃烧室、氧分析仪、载重系统、烟分析、气体分析仪以及通风系统等，测量之前需要对仪器进行一系列标定，测量结果的准确性受仪器状态、人员、环境因素等众多因素影响，因此需要定期用黑色聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)标准样品进行工作状态校正。目前黑色PMMA标准样品都是从仪

3、器厂家购买，特别是国外仪器厂家提供的标准样品不但价格昂贵，而且经常缺货难以购到。PMMA的燃烧特性受到聚合方式、分子量、熔融指数、厚度及添加剂等因素的影响会有一定的变化，不同厂家甚至同一厂家不同批次的样品其燃烧特性也会有所不同，因此非常有必要研制PMMA锥形量热仪校准用标准物质。根据文献报道，用于锥形量热仪状态检验的黑色PMMA中添加少量的炭黑，使其可以更好的吸收热辐射，并在测试过程中平稳燃烧。为了保证黑色PMMA的燃烧稳定性，其厚度要求大于20mm，生产黑色PMMA需要将炭黑和PMMA挤出共混后模压成型，制作成本高，样品均匀性差。笔者采用浇注法制备了沥青改性P

4、MMA作为锥形量热仪标准物质候选物。沥青在PMMA中具有很好的溶解性，将沥青溶于MMA单体后再浇注成型，可大量制备具有良好均匀性的沥青改性PMMA样品从而降低生产成本。沥青组分中含有大量的芳香环和不饱和键，能够提高PMMA的热稳定性并且在燃烧过程中的成炭作用可使PMMA平稳燃烧。除了材料本身的性质，影响材料燃烧特性的外部因素包括外部热辐射、湿度、空气流通情况、燃烧时的方向等。在锥形量热仪的燃烧环境下，外部热辐射对材料的燃烧性能的影响最大，是锥形量热仪测量不确定度重要来源。笔者采用本体聚合的方法制备了含1.5%(质量分数)沥青的黑色PMMA试样作为锥形量热仪标准物

5、质候选物，考察了沥青对PMMA热释放速率的影响，并研究了热辐射通量对沥青改性PMMA燃烧特性的影响，得到了定量的函数关系，为标准物质候选物的不确定度评估提供依据。1实验部分1.1主要仪器与试剂可调式封闭电炉：FL–2型，北京永光明医疗器械厂；电子天平：PM4800型，瑞士梅特勒–托利多公司；锥形量热仪：FTT0007型，英国FTT公司；甲基丙烯酸甲酯：工业级，章丘飞翔有机玻璃厂；石油沥青：针入度50，泰国TPI公司；偶氮二异丁腈：化学纯，上海三浦化工有限公司。1.2样品制备PMMA：采用本体聚合方法浇注成型，将甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体蒸馏后加入0.3%偶氮二

6、异丁腈作为引发剂，水浴加热至90℃进行预聚，然后将预聚液注入模具中进行保温聚合，得到厚度为20mm的无色透明PMMA。沥青改性PMMA：将沥青溶于MMA单体中，过滤除去少量不溶物，得到45%质量分数的沥青甲基丙烯酸甲酯溶液。取一定量的沥青甲基丙烯酸甲酯溶液加入预聚液中，使沥青含量为1.5%，注入模具保温聚合。得到厚度为20mm的黑色沥青改性PMMA。1.3实验方法按照ISO5660–1:2002标准进行测试，将制备的试样切割成大小为100mm×100mm的正方形，实验前在温度为(23±2)℃，相对湿度为(50±5)%的环境中养护至质量恒定。测试热辐射通量为50k

7、W／m2时沥青对PMMA热释放速率的影响，以及热辐射通量由15kW／m2到65kW／m2变化时沥青改性PMMA的燃烧特性变化。结果与讨论1.沥青对PMMA热释放速率的影响热释放速率(HRR)是指试样燃烧时单位面积上释放热量的速率，是表征材料火灾危险性的最重要参数之一，也是锥形量热仪得到的材料最基本的燃烧参数。在50kW／m2时，热厚条件(即样品的厚度大于热透过的厚度)下透明PMMA和沥青改性PMMA的热释放速率变化如图1所示。当PMMA暴露于辐射热源时，在热辐射的作用下PMMA迅速分解并被点燃，随着燃烧的进行，火焰反馈给材料的热量增加，材料裂解速率加大直到平衡，

8、燃烧也会越来越剧烈。在图