遲曉紅

摘 要：以EVA/LLDPE/POE共混物為基體，氫氧化鋁（ATH）和氫氧化鎂（MDH）為阻燃劑，采用熔融共混法制備了無鹵阻燃聚烯烴電纜料。采用SEM觀察無機(jī)阻燃劑在基體中的分散狀態(tài)，并研究不同種類阻燃劑及其用量對無鹵阻燃電纜料力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和阻燃性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)ATH和MDH的質(zhì)量比為126∶12時，阻燃劑在聚合物基體中的分散狀態(tài)最佳;隨著阻燃劑用量的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能下降，氧指數(shù)提高;與單一ATH阻燃體系相比，ATH/MDH復(fù)配使材料的熱降解溫度提高，熱穩(wěn)定性增強(qiáng);ATH/MDH的加入使材料的熱釋放速率峰值和煙生成速率峰值降低，火災(zāi)性能指數(shù)提高，炭層結(jié)構(gòu)更優(yōu)，殘?zhí)苛扛哌_(dá)42.74%。

關(guān)鍵詞：無鹵阻燃;熱穩(wěn)定性;氧指數(shù);錐形量熱法;殘?zhí)苛?/p>

引言

隨著工業(yè)的發(fā)展，對電線電纜的需求越來越大，而電線電纜的壓倒性層和護(hù)套主要是有機(jī)聚合物，這種電線電纜在高壓、熱源、特定溫度、氧濃度等條件下容易引起燃燒，因此電纜材料的阻燃性顯得非常必要

1、概述

隨著我國地鐵、輕軌等城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)的迅速發(fā)展，機(jī)車車輛電纜的需求量逐漸增大。為了降低軌道線路發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險，加強(qiáng)機(jī)車車輛電纜運(yùn)行的安全性成為軌道交通發(fā)展的必然要求。因此，對在密閉性更強(qiáng)的環(huán)境中運(yùn)行的機(jī)車車輛、地鐵所用電纜提出了更高的要求，開發(fā)耐油、耐高低溫、力學(xué)和電氣性能優(yōu)異的低煙無鹵阻燃電纜料成為機(jī)車車輛電纜的發(fā)展方向。研究表明，通過添加大量的無機(jī)氫氧化物可顯著提高復(fù)合材料的阻燃性能，但通常會降低力學(xué)性能，對無機(jī)氫氧化物進(jìn)行表面改性或添加協(xié)效劑，可使復(fù)合材料的性能得到改善。將硬脂酸改性處理的氫氧化鎂（MDH）加入到乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/極低密度聚乙烯（EVA/VLDPE中，發(fā)現(xiàn)硬脂酸可加速M(fèi)DH的脫水反應(yīng)和減緩基體主鏈降解，促進(jìn)復(fù)合材料成炭，使其阻燃效率提高。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)硅阻燃增效劑可增強(qiáng)阻燃粉體與基體樹脂的界面作用力，使粉體在基體中分散更均勻，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。將環(huán)氧基有機(jī)化合物通過硅烷偶聯(lián)劑KH-550錨固在MDH上，制備了插層接枝的MDH阻燃劑，并將其與EVA共混制備了復(fù)合材料，結(jié)果表明改性的EVA復(fù)合材料斷裂伸長率明顯提高，垂直燃燒性能提高至ULV-0級。影響無鹵阻燃材料性能的因素較多，如阻燃劑添加量、粒徑、種類等。將有機(jī)蒙脫土加入到PP/MDH中，發(fā)現(xiàn)隨著蒙脫土用量的增加，引入了雜質(zhì)離子，復(fù)合材料的體積電阻率降低。將可膨脹石墨（EG）與MDH復(fù)配加入到EVA中，發(fā)現(xiàn)隨著EG粒徑和膨脹率的增加，復(fù)合材料的熱分解溫度上升，熱穩(wěn)定性提高。研究發(fā)現(xiàn)氫氧化鋁（ATH）粒徑越小，比表面積越大，活性位置點(diǎn)越多，吸熱脫水反應(yīng)速率越快，EVA/ATH復(fù)合材料的氧指數(shù)越高。研究了三聚氰胺氰尿酸鹽與MDH的阻燃作用，發(fā)現(xiàn)兩者具有協(xié)效性，將其作為填料加入EVA中制備得到的復(fù)合材料氧指數(shù)提升，力學(xué)性能得到改善，斷裂伸長率明顯提高。通常無機(jī)阻燃劑的添加量要達(dá)到50%以上才能達(dá)到良好的阻燃效果，但添加量太高時，其在基體中的分散存在不確定性，而復(fù)合材料的燃燒行為與填料種類、分散狀態(tài)之間關(guān)系的研究報道較少。

2、阻燃劑對低煙無鹵聚烯烴電纜料性能的影響

2.1阻燃劑對電纜料性能的影響

目前，大多數(shù)低煙無鹵聚烯烴電纜都是由氫氧化制成的阻燃劑。為了獲得更好的阻燃性能，氫氧化物的注入量通常應(yīng)大于150，但使用這些聚酰亞胺電纜作為絕緣或護(hù)套的小直徑電纜仍不能通過垂直燃燒試驗。磷是一種可大大減少使用量的耐燃燒阻燃劑，但由于其耐水性較低，通常與氮阻燃劑一起使用，形成一種可顯著提高點(diǎn)火效率的膨脹點(diǎn)火系統(tǒng)。然而，磷阻燃劑與樹脂基材的兼容性差，且發(fā)煙量較大， 所以少量添加氫氧化鋁， 可提高填料與基體間的相容性以及降低電纜料燃燒時的煙密度。我們比較了磷p、氮n、Al（OH）3阻燃劑及其組合對聚酰亞胺材料的機(jī)械和阻燃性能的影響，以增加110種低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料、各種阻燃劑和復(fù)合阻燃劑。各種阻燃劑和復(fù)合阻燃劑的物質(zhì)特性眾所周知，如果只使用磷或氮阻燃劑，燃燒試驗可能會成功，但材料的力學(xué)性能較低;該材料具有良好的力學(xué)性能，但僅有Al（OH）3阻燃劑的燃燒試驗未能成功;采用磷氮體系防火連接得到機(jī)械性能良好的聚烯烴材料，垂直燃燒可達(dá)到V-0級，但斷裂伸長率仍不滿足產(chǎn)品要求;與磷阻燃劑、氮等（OH）3聯(lián)合制備的聚烯烴材料不僅具有V-0級阻燃性能，而且還具有一定程度的斷裂延伸，以滿足電纜中使用的聚烯烴材料的力學(xué)性能要求。為了實現(xiàn)添加大量阻燃劑的V-0聚烯烴材料的阻燃效果，樹脂基體與阻燃填料的兼容性較差，通過添加少量EVA-g-MAH增容劑提高阻燃劑與分散樹脂基體間的相容結(jié)合度，使體系分散均勻，進(jìn)而提高了材料的物理機(jī)械性能。

2.2表面處理劑對阻燃劑作用的影響

雖然使用復(fù)合阻燃劑的聚烯烴材料的性能符合產(chǎn)品要求，但材料的性能不穩(wěn)定，主要原因是阻燃劑分布不均。由于系統(tǒng)中添加了大量阻燃材料，有必要處理表面阻燃劑，原因一方面是與基本樹脂的相容性低，阻燃劑的分散程度低，另一方面是有助于聚合和分散的大量點(diǎn)火。表面劑通常有兩個功能組：可吸附在無機(jī)填充材料表面的極地功能組和非極地功能組，以及作用于形成弱化學(xué)鍵的非極地功能組和樹脂。這提高了阻燃負(fù)荷的分散性，同時減少了聚集灰塵的可能性。我們分別使用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸、戊四烯和十六醇處理阻燃劑，獲得多聚物材料的性能數(shù)據(jù)。眾所周知，各種表面劑添加的材料的性能無助于提高材料的機(jī)械性能，十六醇對材料力學(xué)性能的影響也不大;鈦酸鹽和五氯苯甲醚對提高聚烯烴材料的力學(xué)性能有著顯著影響，這表明用這些物質(zhì)處理的阻燃劑可能更分散 電纜材料通過擠壓獲得鋼絲試驗導(dǎo)體，VW-1燃燒性能試驗表明，得到的兩個導(dǎo)體均不能通過VW-1試驗。 對壓縮電纜材料進(jìn)行的紅外分析表明，在更換了添加到瀝青中的電纜材料后，氮系統(tǒng)的阻燃劑發(fā)生了斷裂，導(dǎo)致在雙螺桿壓縮過程中混合料溫度升高，導(dǎo)致雙螺桿擠壓過程中混合物溫度升高， 并且擠壓過程的溫度必須嚴(yán)格控制。因此，我們嘗試將鈦酸酯和季戊四醇混合對阻燃劑進(jìn)行處理，用于無鹵素低煙阻燃聚烯烴材料，進(jìn)一步提高了制備材料的材料性能和力學(xué)性能。且擠包的線材可以通過VW-1測試。

結(jié)束語

（1）隨著阻燃劑填充量的增加，試樣的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率降低，彈性模量提高，氧指數(shù)提高;而在相近填充量下，填充ATH/MDH復(fù)配阻燃體系試樣的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率較低，MDH對氧指數(shù)的影響不大。（2）與單一ATH阻燃體系相比，ATH/MDH復(fù)配體系使材料在更寬范圍內(nèi)吸熱分解，生成的金屬氧化物固熔體可與基體樹脂形成多層次的結(jié)構(gòu)層，能有效延緩聚烯烴的熱降解和提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。（3）ATH/MDH復(fù)配具有良好的協(xié)效阻燃作用，使復(fù)合材料的pHRR和pSPR降低、FPI提高。炭層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與阻燃劑在基體中的分散狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)ATH和MDH的質(zhì)量比為126∶12時，試樣中阻燃劑與基體界面結(jié)合較好，炭層結(jié)構(gòu)更連續(xù)致密，呈現(xiàn)出光滑緊湊的殘余物外觀。

參考文獻(xiàn)：

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