废铝污泥在电缆胶带用膨胀型阻燃涂料中实现阻燃抑烟与绝缘性能协同提升的创新机制研究

本文系统研究了废铝污泥（AS）作为多功能添加剂在膨胀型阻燃（IFR）涂料中的应用，通过形成热稳定矿物（Al(PO3)3/AlPO4）和致密炭层，显著提升电缆胶带的阻燃性（LOI↑2.4%）、抑烟性（TSP↓64.4%）及绝缘性（表面电阻率↑759.2%），为工业废料高值化利用提供新策略。

　　

材料表征（Characterizations of AS）

在将废铝污泥（AS）纳入阻燃涂层前，我们系统分析了其组成与形态。干燥的AS（图1a）被粉碎为细粉（图1b），其白色特性确保对玻璃纤维胶带外观影响极小。透射电镜（TEM）图像（图1c）显示AS由相互连接的片状聚集体构成，表明其潜在的屏障效应。X射线衍射（XRD）图谱（图1d）确认AS主要含勃姆石（γ-AlOOH）和三水铝石（α-Al(OH)₃）相。热重分析（TGA）曲线（图1e）显示AS在240-400°C间因脱水失重约25%，此吸热过程有助于冷却基质并稀释可燃气体。傅里叶变换红外光谱（FTIR）（图1f）进一步验证羟基和铝氧键的存在。

涂层性能分析（Coating properties analysis）

通过扫描电镜（SEM）观察涂层表面（图2a-c），纯IFR/VAE涂层呈现松散多孔结构，而添加AS后涂层变得更致密均匀。拉伸测试表明AS的加入使拉伸强度提升45.3%，因AS的片状结构增强机械互锁。水接触角测试（图2d-f）显示AS改良涂层疏水性，确保在潮湿环境中性能稳定。

燃烧行为（Combustion behavior）

锥形量热测试显示，添加AS使峰值热释放率（pHRR）降低54.4%，总热释放（THR）减少29.0%，总烟产量（TSP）抑制64.4%。AS通过物理屏障作用和催化成炭有效延缓燃烧。数字照片（图3a-d）和SEM炭层形态（图3e-h）证明AS促进形成连续紧凑的炭层，阻碍热质传递。

阻燃机制（Flame-retardant mechanism）

热重-红外联用（TG-IR）分析挥发物显示AS减少可燃气体释放。X射线光电子能谱（XPS）和XRD残炭分析证实AS与IFR反应生成热稳定AlPO₄和Al(PO₃)₃，增强炭层稳定性。片状AS引导形成高度有序的矿物/炭杂化结构，破坏导电碳网络，使表面电阻率显著提升759.2%。

电气性能（Electrical properties）

火灾模拟中AS改良涂层表面电阻率大幅提高，证明其有效维持绝缘性，降低电缆短路风险。

结论（Conclusions）

本研究证实废铝污泥可作为多功能添加剂显著提升电缆胶带的防火安全性、机械性能及电气绝缘性。AS通过催化成炭和矿物杂化作用，协同IFR实现高效阻燃抑烟，同时突破传统IFR炭层导电性高的局限，为工业废料高值化利用提供新途径。