聚氯乙烯/竹炭贴面复合材料的燃烧特性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.01.007

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (1): 37-46.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.01.007

聚氯乙烯/竹炭贴面复合材料的燃烧特性研究

章亮¹, 柴伟胜¹, 王珊珊¹, 李文珠¹, 吴强¹, 张文标¹(), 戴春平²

^1.浙江农林大学工程学院，杭州 311300
^2.不列颠哥伦比亚大学，森林科学中心木材科学系，加拿大温哥华 V6T1Z4

收稿日期:2020-07-02 出版日期:2021-01-26 发布日期:2021-01-22
基金资助:
浙江省重大专项——功能性炭基木质复合装饰材料绿色制造关键技术及应用(2018C02008)

Study on Combustion Characteristics of Poly（vinyl chloride）/Bamboo Charcoal Decorative Composites

ZHANG Liang¹, CHAI Weisheng¹, WANG Shanshan¹, LI Wenzhu¹, WU Qiang¹, ZHANG Wenbiao¹(), DAI Chunping²

^1.College of Engineering，Zhejiang A&F University School，Hangzhou 311300，China
^2.Department of Wood Science，Forest Sciences Centre，University of British Columbia，Vancouver V6T1Z4，Canada

Received:2020-07-02 Online:2021-01-26 Published:2021-01-22
Contact: ZHANG Wenbiao E-mail:zwb@zafu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以竹炭（BC）和聚氯乙烯（PVC）为原料，通过熔融混炼热压后进行贴面，制备不同贴面PVC/BC复合材料。采用锥形量热、热失重、热重红外联用分析对不同贴面PVC/BC的燃烧行为与烟气生成特性进行表征，综合评价其燃烧安全性。结果表明，PVC单贴面提高材料的热稳定性，600 ℃时残炭量达67.99 %，且HCl及燃烧初期的芳烃生成更少，但不利于控制总热释放量；增加薄木贴面后，材料的初始热解提前、热解速度增加，热释放速率峰值（423.91 kW/m²），总热释放量（76.63 MJ/m²）和总烟释放量（2 121.51 m²/m²）均最高，600 ℃时残炭量仅为41.78 %，有害气体释放量较多；贴面易使烟气释放更持久，但有利于燃烧初期抑烟，火灾初期提供更大的安全撤离机会，作为家居装饰材料应用具有一定前景。

关键词: 竹炭, 聚氯乙烯, 复合材料, 贴面, 燃烧特性

Abstract:

The poly（vinyl chloride）（PVC） /bamboo charcoal （BC） composites with different veneers were prepared by melt mixing， hot pressing and surface veneering， and their combustion behavior and smoke generation characteristics were characterized by cone calorimetry， thermogravimetry and thermogravimetry infrared analysis. Their combustion safety was also evaluated comprehensively. The results indicated that the PVC veneer could improve the thermal stability of the composites. The yield of carbon residue was 67.99 wt % at 600 °C with lower amounts of HCl and aromatics formed in the early stage of combustion， which was disadvantageous to the control of total heat release. After the wood veneer was added， the initial thermal degradation started in advance， and the thermal degradation rate increased， resulting in a maximum peak heat release rate of 423.91 kW/m²， a maximum total heat release of 76.63 MJ/m² and a maximum total smoke release of 2 121.51 m²/m². In this case， the yield of carbon residue was only 41.78 % at 600 °C with more harmful gas released. In addition， the veneer was easy to make smoke release during a longer period， which was advantageous for smoke suppression in the early stage of combustion. This provides more opportunities for safe evacuation in the early stage of a conflagration. Therefore， the composites developed by this work exhibit some application prospects for home decoration.

Key words: bamboo charcoal, poly（vinyl chloride）, composite, veneer, combustion characteristics

中图分类号:

TQ 325.3

章亮, 柴伟胜, 王珊珊, 李文珠, 吴强, 张文标, 戴春平. 聚氯乙烯/竹炭贴面复合材料的燃烧特性研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(1): 37-46.

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图/表 13

图1 不同炭塑复合材料的样品图像

Fig. 1 Sample images of different carbon?plastic composites

图2 BC、PVC和PVC/BC的XRD谱图

Fig 2 XRD patterns of BC，PVC and PVC/BC carbon?plastic composites

图3 BC、PVC/BC炭塑复合材料表面界面形貌的SEM照片

Fig. 3 SEM images of surface interface morphology of BC and PVC/BC carbon?plastic composites

图4 不同贴面炭塑复合材料经CONE测试的残炭形貌

Fig. 4 Morphology of carbon residue of carbon?plastic composites with different overlays tested by cone

图5 不同贴面炭塑复合材料的热释放曲线

Fig. 5 CONE curves of different veneer carbon?plastic composites

图6 不同贴面炭塑复合材料的质量变化曲线

Fig. 6 CONE curves of different veneer carbon?plastic composites

图7 不同贴面炭塑复合材料的生烟特性曲线

Fig. 7 CONE curves of different veneer carbon?plastic composites

试样

点燃

时间/s

热释放速率

峰值时间/s

热释放速率

峰值/kW·m^-2

总热释放量/

MJ·m^-2

总烟释放量

/m²·m^-2

质量损失速率

峰值/g·s^-1

残炭量(600 ℃)

^a火灾

指数

^b火灾蔓延

指数

表1 不同贴面炭塑复合材料的锥形量热测试数据

Tab.1 Cone calorimetric test data of carbon?plastic composites with different veneers

样品	T_?5%/℃	T_max/℃	R_peak/%·min^-1	R_mass(800 ℃)/%
BP?N	257	292	5.34	40.49
BP?S	266	291	5.44	43.23
BP?D	241	276	6.16	34.96

表2 N2气氛下不同贴面炭塑复合材料的热失重测试结果

Tab.2 Thermogravimetric test data of carbon?plastic compo?sites under different veneers in N2 atmosphere

图8 N2气氛下不同贴面炭塑复合材料的热失重曲线

Fig.8 Thermogravimetric curves of carbon?plastic composites under different veneers in N2 atmosphere

图9 PVC单贴面复合材料CONE测试后的炭层SEM照片

Fig.9 SEM images of the residues from PVC single veneer composites after the CONE test

图10 3D热重红外图

Fig.10 3D TG?FTIR images of different veneer carbon?plastic composite materials

图11 不同贴面炭塑复合材料的热重红外曲线

Fig. 11 TG?FTIR images of different veneer carbon?plastic composite materials

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Study on Combustion Characteristics of Poly（vinyl chloride）/Bamboo Charcoal Decorative Composites

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