摘要
热塑性聚氨酯（TPU）具有耐磨、质轻、弹性好、耐腐蚀等优点，被广泛应用在国防、交通、建筑、医疗等领域。然而，TPU具有高度易燃性，它在燃烧过程中会释放大量热量和有毒烟气，严重威胁生命和财产安全。此外，TPU的电磁屏蔽效率几乎为零，这也会对设备运转和人类健康带来严重影响。因此，提高TPU的阻燃和电磁屏蔽性能具有重要意义。 研究表明，膨胀型阻燃剂（IFR）可以大幅提升TPU的阻燃性能，还原氧化石墨烯（rGO）能显著提升TPU的电磁屏蔽性能，但在实际应用中还存在以下几个问题：（1）IFR和TPU基体相容性较差；（2）rGO用作电磁屏蔽材料时添加量过高；（3）IFR和rGO直接引入TPU时，对TPU性能提升不太显著。因此，本论文的研究重点是提高IFR与TPU相容性、以低添加量的rGO实现高电磁屏蔽效率以及设计全新的结构型 TPU 复合材料以达到令人满意的阻燃和电磁屏蔽性能。 本论文利用微胶囊包覆原理、静电自组装技术、界面调控技术和醛胺缩合反应等制备一系列IFR并对其进行表征，接着制备TPU复合材料，对其阻燃性能进行测试，并阐明其阻燃机理。然后利用空气辅助热压技术将 TPU 复合材料与rGO 膜复合制备多层级结构 TPU/rGO 复合材料，研究多层级结构对 TPU 复合材料电磁屏蔽性能的影响，并且阐明其电磁屏蔽机理。取得的具体研究成果如下： 1、利用界面调控技术合成γ-丙基-三甲氧基硅烷（KH550）功能化的硅包覆聚磷酸铵（SiAPP-NH2），然后利用微胶囊包覆技术和静电自组装方式将SiAPP-NH2与铜金属有机骨架（MOF-Cu）结合制备微胶囊化阻燃剂（SiAPP-NH2@MOF-Cu），进一步制备TPU复合材料。结果表明，SiAPP-NH2@MOF-Cu与TPU基体间界面相互作用显著增强。与纯 TPU 相比，TPU/5SAN@1MC 的热释放速率峰值（PHRR）、热释放总量（THR）、烟释放总量（TSR）和二氧化碳释放总量（CO2TY）分别下降78.7%、51.3%、59.3%和58.7%。此外，TPU/1SAN@1MC/rGO在X波段的平均 SET达到 13.82 dB。 2、利用微胶囊包覆原理，合成双层包裹聚磷酸铵（APP@PEI@Ti3C2Tx），随后将其引入TPU中制备TPU复合材料。结果表明，APP@PEI@Ti3C2Tx和TPU基体间界面相互作用显著提升。与纯TPU相比，TPU/10APP@PEI@1TC复合材料的PHRR、THR、TSR和CO2TY分别降低84.1%、43.2%、62.4%和85.2%，且TPU/5APP@PEI@1TC/rGO 的平均 SET达到 15.53 dB。 3、利用醛胺缩合反应和静电自组装技术，分别合成壳聚糖（CS）衍生物改性碳化钛（Ti3C2Tx-SCS）与哌嗪改性聚磷酸铵（PA-APP），然后将复配阻燃剂以不同比例引入TPU中制备TPU复合材料。测试结果表明，Ti3C2Tx-SCS和PA-APP在TPU中均匀分散。与纯TPU相比，TPU/11P/4T的PHRR、THR、TSR和CO2TY分别下降69.2%、58.0%、58.4%和66.1%。此外，TPU/14P/1T/rGO在X波段的平均SET高达 21.27 dB，达到商用要求（≥20 dB）。
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