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热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是介于橡胶和塑料之间的多功能工程热塑性塑料,具有其它塑料材料无法比拟的优异性能,应用领域广泛。然而,TPU易燃,火焰剧烈伴有浓烟,因此,提高TPU的阻燃抑烟性能非常重要。由于TPU对生产工艺条件要求高,传统阻燃剂的添加量较大,效率低,且容易破坏其机械性能,因而限制其应用。本文针对以上问题,开展了以下几项研究工作:(1)本为采用优化的密闭氧化-还原法制备出一种纳米阻燃协效剂Fe-石墨烯(IG),采用溶液共混法制备出高浓度TPU/IG复合材料母粒。进一步采用母粒-熔融共混法制备TPU/IG纳米复合材料。(2)分别以聚磷酸铵(APP)、焦磷酸蜜胺盐(MPP)、次磷酸铝(AHP)等磷系阻燃剂作为阻燃剂,IG作为协效剂制备阻燃TPU复合材料。通过锥形量热仪测试(CCT),热重分析(TG),热重-红外联用(TG-IR),极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL 94)及动态力学性能测试(DMA)研究样品的燃烧及热稳定性能。结果表明密闭氧化-还原法制备的IG,石墨烯片层达到很好的剥离,且含有很少的含氧基团,IG在TPU/IG纳米复合材料中分散良好。与纯样相比,样品TPU/IG-0.25的峰值热释放速率下降78.0%,总热释放下降23.6%,峰值生烟速率下降65.7%,烟因子下降65.0%,而样品的储能模量增加了44.1%(-60℃)和39.7%(20℃)。同时IG的添加可以有效减少TPU基体热解过程中含氮物质以及芳香族化合物等有毒有害气体的释放。研究发现,IG协效APP、MPP、AHP等磷系阻燃剂应用于TPU体系均呈现出优异的协效阻燃效果。与纯样相比,样品TPU/APP/IG-0.25,峰值热释放速率下降92.8%,总热释放下降55.6%,总烟释放下降34.7%,而剩余质量增加88.6%;样品TPU/MPP/IG-0.25,峰值热释放速率下降91.5%,总热释放下降56.0%,总烟释放下降了30.7%,剩余质量增加52.0%;样品TPU/AHP/IG-0.25,峰值热释放速率下降90.2%,总热释放下降67.8%,总烟释放下降了56.9%,剩余质量增加4.3倍;三个样品锥形量热仪测试后炭渣平滑致密,而TPU/AHP/IG体系炭层相对更加致密,且呈现片层结构。热重结果显示,IG可以催化三类磷系阻燃剂在较低温度下的分解,提高体系的交联成炭能力,因而三个样品在高温阶段均表现出良好的热稳定性。体系交联成炭提高了样品热稳定性的同时,热重-红外联用结果也表明,三个样品在热分解过程中释放出更少有毒有害气体,并且在较低的温度下释放出CO2和H2O等不燃性气体。