聚烯烃/水镁石粉复合体系的性能

第9卷第6期江南大学学报(自然科学版)Vol.9 No.62010年12月Journal of Jiangnan University( Natural Science Edition)Dec. 2010聚烯烃/水镁石粉复合体系的性能陈小萍，刘俊康， 姚海平(江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214122)摘要:采用线性低密度聚乙烯/ 乙烯-醋酸乙烯共聚物(LLDPE/EVA)作为基体树脂,水镁石粉为主阻燃剂,研究了水镁石粉对LLDPE/EVA体系的燃烧性能、力学性能、热分解性能的影响。结果表明,水镁石粉对LLDPE/EVA(质量配比为80/20)体系有很好的阻燃作用,阻燃性能随着水镁石粉添加量的增加而提高,但较高的水镁石粉添加量会引起力学性能的显著下降。当水镁石粉添加.量增加到120份时,相应复合体系的总失重下降到53.4% ,树脂炭化率.上升到63. 4% ,阻燃性能达到FH-1级。关键词:线性低密度聚乙烯;乙烯-醋酸乙烯共聚物;水镁石粉;阻燃中图分类号:TQ321文献标识码: A文章编号: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聚烯烃类高分子材料是- -种易燃材料,用其制发烟量大,会产生大量腐蚀性气体和有毒气体,造作的电线电缆、控制电缆、通讯电缆等产品,在高成了二次危害。因此随着人们环保意识的日益增压热源等条件下容易引起火灾,且火焰会沿着线强,以氢氧化镁、氢氧化铝为代表的无卤阻燃剂“缆迅速蔓延到整个线路。卤素阻燃剂以其添加量因其在赋予高分子材料阻燃性能的同时不会产生少,阻燃显著而得到广泛应用,在阻燃聚烯烃领域二次污染而日益受到重视,尤其是氢氧化镁具有阻中曾占有重要地位。但此类含卤阻燃材料在燃烧时燃、消烟、阻滴、填充、安全等特点，与氢氧化铝相中国煤化工收稿日期:2010 -05-17;修订日期:2010-08 -15。YHCNMHG基金项目:国家自然科学基金项目(20771045) ;浙江省自然科学基作者简介:陈小萍(1975- -) ,女,江苏海安人,工程师,工学硕士。主要从事阻燃高分子材料研究。Email: hgexp1975@ 126. com708江南大学学报(自然科学版)第9卷比,具有更好的热稳定性,以及促进基材成炭和完法测定;好的提高氧指数的能力。水镁石粉由水镁石经磨细DTA的测试使用差示扫描量热分析仪,仪器量而成,其成本比由海盐苦卤通过化学方法制备的氢程为50 μV ,升温速度为15 9C/min, 在大气气氛中氧化镁低很多，而其阻燃性能与氢氧化镁类似26]。进行,样品用量为10mg左右。.无卤阻燃电缆料的基体树脂- - 般选用聚烯烃,TG的测试使用热失重分析仪,在氮气气氛下流主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯速40 mL/min,升温速度为20 C/min ,样品最大用(PVC)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等,而这些量不超过10 mg。材料都具有不同程度的可燃性。基于上述考虑,文中研究了水镁石粉作为主阻2结果与讨论燃剂对LLDPE/EVA复合体系燃烧性能、力学性能、2.1水镁石粉对 LLDPE/EVA复合体系燃烧性能热分解性能的影响。的影响水镁石粉用量对水镁石粉/LLDPE/EVA复合1材料与方法体系燃烧性能的影响见表1。1.1原料与仪器由表1可以看出，随着水镁石粉的添加量的增1.1.1 原料水镁石粉:1 200目,大连鑫阳矿业加,LLDPE/EVA复合体系的阻燃性能不断提高。有限公司生产;抗氧剂1010:工业品,上海汽巴高桥LLDPE/EVA体系随着水镁石粉含量从0份增加到化学有限公司生产;线性低密度聚乙烯(LLDPE):120份,燃烧级别从FH-3级提高到FH-1级,水平燃工业品,马来西亚TITAN公司提供;乙烯.醋酸乙烯烧速度由22. 4 mm/min下降到未烧过25标线自熄，共聚物(EVA) :工业品,北京有机化工厂生产。阻燃效果比较明显。产生这样的情况是因为随着阻1.1.2仪器HANGPINGFA1604型电子天平,上燃剂水镁石粉添加量的增加,水镁石粉的主要成分海天平仪器厂制造;X(S)K--160B型开放式炼胶氢氧化镁受热分解,吸收了大量的热,同时热分解(塑)机,上海轻工机械股份有限公司制造; W07-10产生的大量水蒸气稀释了可燃气体的浓度;另外由型微机控制电子万能实验机,深圳凯强利机械有限于水镁石粉添加量的增加,体系中易燃聚合物的含公司制造;MODEL型平板硫化机,上海轻工机械股量就会降低,因此降低了聚合物热降解速度。不过份有限公司制造;WRT-3P型热重分析仪,CRY-1P在LLDPE/EVA复合体系中,单独使用水镁石粉的型差热分析仪,均由上海精密科学仪器有限公司天阻燃效率相对较低,在添加量达到120份时方可作平仪器厂制造。为阻燃材料使用。1.2 实验方法1.2.1试样制备及处理 按配方 称取物料,控制2.2 水镁石粉对LLDPE/EVA复合体系力学性能辊温150 C左右,依次加入LLDPE , EVA,阻燃剂，抗氧剂(配方见表1),混炼15 min后,经硫化机在160C下压制成1mm厚和3mm厚的板,分别供燃体系力性能的影响见表2。表2水镁石粉用 对LLDPEEVA复合体系力学性能的烧性能测试和力学性能测试。影响表1水镁石粉用量 对LLDPE/EVA复合体系燃烧性能的Tab.2 Effect of brucite contents on mechanicalproperties of LLDPE/EVA compositesTab.1 Effect of brucite contents on the fnameretardancy of LLDPE/EVA composites水镁粉/份拉伸强度/MPa_断裂伸 长事/%_015.8999水镁石粉/ 份水平燃烧速度/(mm/min)_级别22.4FH-39.8091.1so8011.957.70012.346.1B013.612013.729.56.75FH-220未过25标线自熄FH-1.中国煤化士镁石粉的添加，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,氧剂1010为1份。而断MYH. CNM H，总是因为水镁石粉1.2.2性能测试水平燃烧等级按CB/T2408一与树脂的相容性较差引起的。但是随着水镁石粉的1996测定;拉伸性能根据CB/T1040一1992方添加量的不断增加,LLDPE/EVA复合体系的拉伸第6期陈小萍等:聚烯烃/水镁石粉复合体系的性能709强度从加入60份水镁石粉时的9.80 MPa上升到由图1可以看出,图1(a)是未加水镁石粉的聚120份时的13.7 MPa,增加了39. 8%。这是因为颗粒合物基体的DTA图,图中有一一个放热峰为300 ~填充型聚合物基复合材料的拉伸强度主要取决于579 C ,放热峰比较宽,塑料燃烧比较充分，实验结填充颗粒的强度.聚合物基的强度和两者的界面结束后,AL20,坩埚中无残留物。图1(b)是水镁石粉合等因素,在水镁石粉添加量较低的时候，两者的加入120份时的聚合物基体DTA图,在326 ~界面结合是主要因素;随着水镁石粉添加量的增392 C之间出现了一个吸热峰,这是由于水镁石粉加,水镁石粉较高的强度逐渐发挥作用,忝加量较分解而产生的。在393 ~ 527 C之间出现了放热峰,高的水镁石粉对聚合物基有一定的补强效果。而随放热峰比较窄,这才是聚合物分解峰,实验结束后，着水镁石粉添加量的不断增加,相应的断裂伸长率AL20,坩埚中有黑色残留物,这是树脂炭化的结果。却从91. 1%下降到29.5%,下降了65%之多,这是由图1可知,水镁石粉的加入一方面使得聚合物基因为拉伸变形主要发生在聚合物基,基体树脂质量体燃烧分解温度提高了125C左右,可以间接说明份率减少,再加上水镁石粉与基体树脂相容性较水镁石粉对LLDPE/EVA复合体系的阻燃作用。其差,断裂伸长率自然下降。.他几个水镁石粉不同加人量的聚合物基体的DTA总而言之,水镁石粉和其他重质无机粉体材料图由于篇幅所限没有列出,聚合物基体的启始热分一样,随着添加量的增加,塑料体系的力学性能严解温度见表 3。重恶化,特别是塑料的韧性变差,不再适合作为软表3水镁石粉用 对LLDPE/EVA复合体系热分解温度质的电缆线用塑料。这里可以通过对阻燃粉体材料进的影响行表面改性以降低其表面能,提高其均匀分散性,改Tab.3 Etect of brucite contents on thermal decomposetemperature of LLDPE/EVA composites善其与聚合物的相容性;或添加阻燃协同剂使体系的阻燃性能提高,从而减少水镁石粉的用量”。水镁石粉/份第1热分解第2热分解启始温度/C2.3水镁石粉对 LLDPE/EVA复合体系热分解性300能的影响60305425图1为LLDPE/EVA体系的DTA图。303085010032020326_425由表3数据可知，随着水镁石粉加人量的增子。加,第1热分解温度随之上升,而第2热分解温度基本不变。图2为LDPE/EVA体系的TG图。]50355.6489114520626733240046651857559590364.5-16.1%447.6會温度/心。80384.5间)未加入水镁石粉g 7050r47.53.0%04010200400500温度/C图2 LLDPE/EVA 复合材料TG围Fig.2 TG curves of LLDPE/EVA composites由图可以看山体玄植生舌经历了两个阶段。-19226129326359393418468497527第1中国煤化工水分解，同时乙温度/心C(b)加人水镁石粉烯-醋TYHICNMHG法醋酸;第2阶段图1 LLDPE/EVA 复合材料DTA圈在420 ~ 480 C体系经历了聚乙烯链段的分解。Fig.1 DTA curves of LLDPE/EVA composites水镁石粉的用量对体系失重中的炭化率的影710江南大学学报(自然科学版)第9卷响如图3所示。致树脂燃烧不充分。另- -方面,水镁石粉除了脱水00 p-◆-塑料总失重吸热外,也能够使材料表面炭化结焦,所以随着体30 t树脂炭化率系中水镁石粉用量的增多,材料燃烧的就越不充分,导致LLDPE/EVA体系失重下降而炭化率上升,50 t说明随着水镁石粉添加量的增加,聚合物基体燃烧40 t时放出的热量变小,使火灾场面不易扩大。20 t3结语000 120水镁石粉加入量/份1)通过水镁石粉对LLDPE/EVA复合体系燃图3水镁石粉用 对LLDPE/EVA复合材料失重和炭烧性能的影响可知,随着水镁石粉的添加量的增化率的变化曲线加,LLDPE/EVA(质量配比为80/20)体系的阻燃性Fig.3 Eftect of brucite contents on weight loss and能逐步提高,但单独使用水镁粉的阻燃效率相对较char residue of LLDPE/EVA composites低,在水镁石粉添加量达120份时,其水平燃烧级别聚合物基体的总失重可以从图3中直接得到。才能达到FH-1级。树脂炭化率是树脂炭化部分的质量与聚合物基体2)较高的水镁石粉添加量会引起LLDPE/EVA中树脂总质量之比。复合体系力学性能的显著下降,拉伸强度先下降后由图3可以看出,水镁石粉/LLDPE/EVA体系上升,而断裂伸长率大幅下降,从91.1% 下降到中,随着水镁石粉用量的增加,体系总失重由100%29.5%,下降了65%还多。.下降到53.4% ,而炭化率由0%.上升到63. 4%。引3)通过DTA和TG分析可知,水镁石粉对起以上结果的原因在于当温度升高时,水镁石粉首LLDPE/EVA体系有很好的阻燃作用，随着水镁石先分解成氧化镁和水,在这个过程吸收大量的热,粉用量的增多,材料燃烧就越不充分,导致体系总而树脂燃烧分解也需要大量的热量。同时释放出大失重由100%下降到53.4% ,而炭化率由0%上升量水蒸气稀释了可燃气体,隔离了空气,这些都导到63.4%。参考文献( References):[ 1] Mishra s, Sonawane s H, Singh R P,et al. 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