第9卷第6期江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.9 No.62010年12月Journal of Jiangnan University( Natural Science Edition)Dec. 2010聚烯烴/水鎂石粉復(fù)合體系的性能陳小萍，劉俊康， 姚海平(江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院,江蘇無錫214122)摘要:采用線性低密度聚乙烯/ 乙烯-醋酸乙烯共聚物(LLDPE/EVA)作為基體樹脂,水鎂石粉為主阻燃劑,研究了水鎂石粉對(duì)LLDPE/EVA體系的燃燒性能、力學(xué)性能、熱分解性能的影響。結(jié)果表明,水鎂石粉對(duì)LLDPE/EVA(質(zhì)量配比為80/20)體系有很好的阻燃作用,阻燃性能隨著水鎂石粉添加量的增加而提高,但較高的水鎂石粉添加量會(huì)引起力學(xué)性能的顯著下降。當(dāng)水鎂石粉添加.量增加到120份時(shí),相應(yīng)復(fù)合體系的總失重下降到53.4% ,樹脂炭化率.上升到63. 4% ,阻燃性能達(dá)到FH-1級(jí)。關(guān)鍵詞:線性低密度聚乙烯;乙烯-醋酸乙烯共聚物;水鎂石粉;阻燃中圖分類號(hào):TQ321文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào):1671 - 7147(2010)06 - 0707 - 04Performance Research of Polyolefin/Brucite CompositesCHEN Xiao-ping，LIU Jun-kang，YAO Hai-ping(School of Chemical and Material Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)Abstract:The effect of brucite on flame retardancy, mechanical and thermal decompositionproperties have been investigated when LLDPE/EVA and brucite were used as matrix resin and flameretardant respectively. It was found that brucite as the flame retardant in the LLDPE/EVA(80/20)is of good flame- retardant performance, With increasing the content of brucite its flame-retardantproperty will obviously be improved , However, high content of brucite will result in the decrease ofthe mechanical properties of the materials remarkably. When the content of brucite is increased to120 phr, the weight loss of the composites decreases to 53. 4%，the char residue of the matrix resinincreases to 63. 4% , and the flame-retardant property meets the standard of FH-1.Key words: linear low density polyethylene， ethylene-vinyl acetate copolymer， brucite,flame retardancy聚烯烴類高分子材料是- -種易燃材料,用其制發(fā)煙量大,會(huì)產(chǎn)生大量腐蝕性氣體和有毒氣體,造作的電線電纜、控制電纜、通訊電纜等產(chǎn)品,在高成了二次危害。因此隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增壓熱源等條件下容易引起火災(zāi),且火焰會(huì)沿著線強(qiáng),以氫氧化鎂、氫氧化鋁為代表的無鹵阻燃劑“纜迅速蔓延到整個(gè)線路。鹵素阻燃劑以其添加量因其在賦予高分子材料阻燃性能的同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生少,阻燃顯著而得到廣泛應(yīng)用,在阻燃聚烯烴領(lǐng)域二次污染而日益受到重視,尤其是氫氧化鎂具有阻中曾占有重要地位。但此類含鹵阻燃材料在燃燒時(shí)燃、消煙、阻滴、填充、安全等特點(diǎn)，與氫氧化鋁相中國煤化工收稿日期:2010 -05-17;修訂日期:2010-08 -15。YHCNMHG基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20771045) ;浙江省自然科學(xué)基作者簡介:陳小萍(1975- -) ,女,江蘇海安人,工程師,工學(xué)碩士。主要從事阻燃高分子材料研究。Email: hgexp1975@ 126. com708江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第9卷比,具有更好的熱穩(wěn)定性,以及促進(jìn)基材成炭和完法測定;好的提高氧指數(shù)的能力。水鎂石粉由水鎂石經(jīng)磨細(xì)DTA的測試使用差示掃描量熱分析儀,儀器量而成,其成本比由海鹽苦鹵通過化學(xué)方法制備的氫程為50 μV ,升溫速度為15 9C/min, 在大氣氣氛中氧化鎂低很多，而其阻燃性能與氫氧化鎂類似26]。進(jìn)行,樣品用量為10mg左右。.無鹵阻燃電纜料的基體樹脂- - 般選用聚烯烴,TG的測試使用熱失重分析儀,在氮?dú)鈿夥障铝髦饕ň垡蚁?PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯速40 mL/min,升溫速度為20 C/min ,樣品最大用(PVC)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等,而這些量不超過10 mg。材料都具有不同程度的可燃性?；谏鲜隹紤],文中研究了水鎂石粉作為主阻2結(jié)果與討論燃劑對(duì)LLDPE/EVA復(fù)合體系燃燒性能、力學(xué)性能、2.1水鎂石粉對(duì) LLDPE/EVA復(fù)合體系燃燒性能熱分解性能的影響。的影響水鎂石粉用量對(duì)水鎂石粉/LLDPE/EVA復(fù)合1材料與方法體系燃燒性能的影響見表1。1.1原料與儀器由表1可以看出，隨著水鎂石粉的添加量的增1.1.1 原料水鎂石粉:1 200目,大連鑫陽礦業(yè)加,LLDPE/EVA復(fù)合體系的阻燃性能不斷提高。有限公司生產(chǎn);抗氧劑1010:工業(yè)品,上海汽巴高橋LLDPE/EVA體系隨著水鎂石粉含量從0份增加到化學(xué)有限公司生產(chǎn);線性低密度聚乙烯(LLDPE):120份,燃燒級(jí)別從FH-3級(jí)提高到FH-1級(jí),水平燃工業(yè)品,馬來西亞TITAN公司提供;乙烯.醋酸乙烯燒速度由22. 4 mm/min下降到未燒過25標(biāo)線自熄，共聚物(EVA) :工業(yè)品,北京有機(jī)化工廠生產(chǎn)。阻燃效果比較明顯。產(chǎn)生這樣的情況是因?yàn)殡S著阻1.1.2儀器HANGPINGFA1604型電子天平,上燃劑水鎂石粉添加量的增加,水鎂石粉的主要成分海天平儀器廠制造;X(S)K--160B型開放式煉膠氫氧化鎂受熱分解,吸收了大量的熱,同時(shí)熱分解(塑)機(jī),上海輕工機(jī)械股份有限公司制造; W07-10產(chǎn)生的大量水蒸氣稀釋了可燃?xì)怏w的濃度;另外由型微機(jī)控制電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī),深圳凱強(qiáng)利機(jī)械有限于水鎂石粉添加量的增加,體系中易燃聚合物的含公司制造;MODEL型平板硫化機(jī),上海輕工機(jī)械股量就會(huì)降低,因此降低了聚合物熱降解速度。不過份有限公司制造;WRT-3P型熱重分析儀,CRY-1P在LLDPE/EVA復(fù)合體系中,單獨(dú)使用水鎂石粉的型差熱分析儀,均由上海精密科學(xué)儀器有限公司天阻燃效率相對(duì)較低,在添加量達(dá)到120份時(shí)方可作平儀器廠制造。為阻燃材料使用。1.2 實(shí)驗(yàn)方法1.2.1試樣制備及處理 按配方 稱取物料,控制2.2 水鎂石粉對(duì)LLDPE/EVA復(fù)合體系力學(xué)性能輥溫150 C左右,依次加入LLDPE , EVA,阻燃劑，抗氧劑(配方見表1),混煉15 min后,經(jīng)硫化機(jī)在160C下壓制成1mm厚和3mm厚的板,分別供燃體系力性能的影響見表2。表2水鎂石粉用 對(duì)LLDPEEVA復(fù)合體系力學(xué)性能的燒性能測試和力學(xué)性能測試。影響表1水鎂石粉用量 對(duì)LLDPE/EVA復(fù)合體系燃燒性能的Tab.2 Effect of brucite contents on mechanicalproperties of LLDPE/EVA compositesTab.1 Effect of brucite contents on the fnameretardancy of LLDPE/EVA composites水鎂粉/份拉伸強(qiáng)度/MPa_斷裂伸 長事/%_015.8999水鎂石粉/ 份水平燃燒速度/(mm/min)_級(jí)別22.4FH-39.8091.1so8011.957.70012.346.1B013.612013.729.56.75FH-220未過25標(biāo)線自熄FH-1.中國煤化士鎂石粉的添加，注:文中所有配方均含有LLDPE/EVA(80/20)100份,抗LLDP于先下降后上升,氧劑1010為1份。而斷MYH. CNM H，總是因?yàn)樗V石粉1.2.2性能測試水平燃燒等級(jí)按CB/T2408一與樹脂的相容性較差引起的。但是隨著水鎂石粉的1996測定;拉伸性能根據(jù)CB/T1040一1992方添加量的不斷增加,LLDPE/EVA復(fù)合體系的拉伸第6期陳小萍等:聚烯烴/水鎂石粉復(fù)合體系的性能709強(qiáng)度從加入60份水鎂石粉時(shí)的9.80 MPa上升到由圖1可以看出,圖1(a)是未加水鎂石粉的聚120份時(shí)的13.7 MPa,增加了39. 8%。這是因?yàn)轭w粒合物基體的DTA圖,圖中有一一個(gè)放熱峰為300 ~填充型聚合物基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度主要取決于579 C ,放熱峰比較寬,塑料燃燒比較充分，實(shí)驗(yàn)結(jié)填充顆粒的強(qiáng)度.聚合物基的強(qiáng)度和兩者的界面結(jié)束后,AL20,坩堝中無殘留物。圖1(b)是水鎂石粉合等因素,在水鎂石粉添加量較低的時(shí)候，兩者的加入120份時(shí)的聚合物基體DTA圖,在326 ~界面結(jié)合是主要因素;隨著水鎂石粉添加量的增392 C之間出現(xiàn)了一個(gè)吸熱峰,這是由于水鎂石粉加,水鎂石粉較高的強(qiáng)度逐漸發(fā)揮作用,忝加量較分解而產(chǎn)生的。在393 ~ 527 C之間出現(xiàn)了放熱峰,高的水鎂石粉對(duì)聚合物基有一定的補(bǔ)強(qiáng)效果。而隨放熱峰比較窄,這才是聚合物分解峰,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，著水鎂石粉添加量的不斷增加,相應(yīng)的斷裂伸長率AL20,坩堝中有黑色殘留物,這是樹脂炭化的結(jié)果。卻從91. 1%下降到29.5%,下降了65%之多,這是由圖1可知,水鎂石粉的加入一方面使得聚合物基因?yàn)槔熳冃沃饕l(fā)生在聚合物基,基體樹脂質(zhì)量體燃燒分解溫度提高了125C左右,可以間接說明份率減少,再加上水鎂石粉與基體樹脂相容性較水鎂石粉對(duì)LLDPE/EVA復(fù)合體系的阻燃作用。其差,斷裂伸長率自然下降。.他幾個(gè)水鎂石粉不同加人量的聚合物基體的DTA總而言之,水鎂石粉和其他重質(zhì)無機(jī)粉體材料圖由于篇幅所限沒有列出,聚合物基體的啟始熱分一樣,隨著添加量的增加,塑料體系的力學(xué)性能嚴(yán)解溫度見表 3。重惡化,特別是塑料的韌性變差,不再適合作為軟表3水鎂石粉用 對(duì)LLDPE/EVA復(fù)合體系熱分解溫度質(zhì)的電纜線用塑料。這里可以通過對(duì)阻燃粉體材料進(jìn)的影響行表面改性以降低其表面能,提高其均勻分散性,改Tab.3 Etect of brucite contents on thermal decomposetemperature of LLDPE/EVA composites善其與聚合物的相容性;或添加阻燃協(xié)同劑使體系的阻燃性能提高,從而減少水鎂石粉的用量”。水鎂石粉/份第1熱分解第2熱分解啟始溫度/C2.3水鎂石粉對(duì) LLDPE/EVA復(fù)合體系熱分解性300能的影響60305425圖1為LLDPE/EVA體系的DTA圖。303085010032020326_425由表3數(shù)據(jù)可知，隨著水鎂石粉加人量的增子。加,第1熱分解溫度隨之上升,而第2熱分解溫度基本不變。圖2為LDPE/EVA體系的TG圖。]50355.6489114520626733240046651857559590364.5-16.1%447.6會(huì)溫度/心。80384.5間)未加入水鎂石粉g 7050r47.53.0%04010200400500溫度/C圖2 LLDPE/EVA 復(fù)合材料TG圍Fig.2 TG curves of LLDPE/EVA composites由圖可以看山體玄植生舌經(jīng)歷了兩個(gè)階段。-19226129326359393418468497527第1中國煤化工水分解，同時(shí)乙溫度/心C(b)加人水鎂石粉烯-醋TYHICNMHG法醋酸;第2階段圖1 LLDPE/EVA 復(fù)合材料DTA圈在420 ~ 480 C體系經(jīng)歷了聚乙烯鏈段的分解。Fig.1 DTA curves of LLDPE/EVA composites水鎂石粉的用量對(duì)體系失重中的炭化率的影710江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第9卷響如圖3所示。致樹脂燃燒不充分。另- -方面,水鎂石粉除了脫水00 p-◆-塑料總失重吸熱外,也能夠使材料表面炭化結(jié)焦,所以隨著體30 t樹脂炭化率系中水鎂石粉用量的增多,材料燃燒的就越不充分,導(dǎo)致LLDPE/EVA體系失重下降而炭化率上升,50 t說明隨著水鎂石粉添加量的增加,聚合物基體燃燒40 t時(shí)放出的熱量變小,使火災(zāi)場面不易擴(kuò)大。20 t3結(jié)語000 120水鎂石粉加入量/份1)通過水鎂石粉對(duì)LLDPE/EVA復(fù)合體系燃圖3水鎂石粉用 對(duì)LLDPE/EVA復(fù)合材料失重和炭燒性能的影響可知,隨著水鎂石粉的添加量的增化率的變化曲線加,LLDPE/EVA(質(zhì)量配比為80/20)體系的阻燃性Fig.3 Eftect of brucite contents on weight loss and能逐步提高,但單獨(dú)使用水鎂粉的阻燃效率相對(duì)較char residue of LLDPE/EVA composites低,在水鎂石粉添加量達(dá)120份時(shí),其水平燃燒級(jí)別聚合物基體的總失重可以從圖3中直接得到。才能達(dá)到FH-1級(jí)。樹脂炭化率是樹脂炭化部分的質(zhì)量與聚合物基體2)較高的水鎂石粉添加量會(huì)引起LLDPE/EVA中樹脂總質(zhì)量之比。復(fù)合體系力學(xué)性能的顯著下降,拉伸強(qiáng)度先下降后由圖3可以看出,水鎂石粉/LLDPE/EVA體系上升,而斷裂伸長率大幅下降,從91.1% 下降到中,隨著水鎂石粉用量的增加,體系總失重由100%29.5%,下降了65%還多。.下降到53.4% ,而炭化率由0%.上升到63. 4%。引3)通過DTA和TG分析可知,水鎂石粉對(duì)起以上結(jié)果的原因在于當(dāng)溫度升高時(shí),水鎂石粉首LLDPE/EVA體系有很好的阻燃作用，隨著水鎂石先分解成氧化鎂和水,在這個(gè)過程吸收大量的熱,粉用量的增多,材料燃燒就越不充分,導(dǎo)致體系總而樹脂燃燒分解也需要大量的熱量。同時(shí)釋放出大失重由100%下降到53.4% ,而炭化率由0%上升量水蒸氣稀釋了可燃?xì)怏w,隔離了空氣,這些都導(dǎo)到63.4%。參考文獻(xiàn)( References):[ 1] Mishra s, Sonawane s H, Singh R P,et al. 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