EVA对无卤阻燃聚烯烃复合材料性能的影响

2013年第2期(总第98期)塑料助剂39EVA对无卤阻燃聚烯烃复合材料性能的影响张文龙13冯龙1赵洪23(1.哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨，150040; 2.哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,哈尔滨, 150080;3.工程电介质及其应用技术教育部重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地，哈尔滨, 150080)摘要分别采用直接共混法和母料共混法向聚烯烃/氢氧化铝(镁)中添加乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)制备无卤阻燃聚烯烃复合材料,研究了母料法和乙酸乙烯酯(VA)含量对复合材料力学性能及其加工性能的影响。结果表明:随着VA含量的增加材料的断裂能和屈服强度随之提高,平衡扭矩降低,阻燃性.呈现先升高后降低的趋势。当VA含量为35%时材料的断裂能值达到1.48J、屈服强度为4.54MPa、断裂伸长率为218.12%、 拉伸强度则达到7.86 MPa、平衡扭矩降到了14.3 N.m、氧指数(LOI)达到28。采用母料法制备的复合材料共混效果优于直接法,并且与直接法制备的复合材料相比拉伸强度、断裂伸长率有很大程度地提高。关键词聚烯烃阻燃复合材料 乙烯-乙 酸乙烯酯共聚物(EVA)共混方法性能doi: 10.3969/j.ssn.1672- -6294.2012.06.009Research on the Composite of EVA to Flame Retardant PolyolefinZhang Wenlongl3 Feng Long' Zhao Hong23(1.College of Material Science & Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin, 150040;2. College of Electronic & Electronic Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080;3. Ministry of Education Key Laboratory of Engineer Dielectrics and Its Application, Heilongjiang Province Key Laboratory ofDielectrics Engineering, State Key Laboratory Cultivation Base, Harbin, 150080)Abstract: The halogen-free and flame retardant composites have been prepared through added ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) to polyolefin Al(OH)3 and Mg(OH)2 by direct mixing and masterbatch blendingmethod. And the effect of masterbatch blending method and different vinyl acetate (VA) contents on the me-chanical properties and processing performance of the composites has been investigated in this paper. The re-sults showed that the fracture energy and yield strength increased, but the balance torque reduced with theincreasing of VA contents, as well as the flame retardancy increased first and then reduced with the increasingof VA contents. The fracture energy reached 1.48 J, yield strength was 4.54 MPa, elongation at break was218.12%，tensile strength reached 7.86 MPa, balance torque down to 14.3 N .m and oxygen index was 28while the content of VA was 35wt%. Compared with direct blending effect, not only blending effect ,but ten-sile strength and elongation at break were significantly improved.Keywords :flame retardant polyolefin composite material; ethylene- -vinyl acetate copolymer(EVA); blend-ing methods; performance中国煤化工收稿日期:2012-09-05项目基金:国家自然科学基金(50977019)MYHCNMHG10塑料助剂2013年第2期(总第98期)近年来,随着无卤阻燃聚烯烃材料的发展,对1.2.3复 合材料的制备材料各性能的要求逐渐提高，为了达到无卤阻燃取39g母料与6gLDPE和6gmPE共混,反要求,需在树脂体系中大量添加无机阻燃剂,而这应温度170C,转速45r/min,7min时加入碳酸常常导致材料的物理机械性能下降和加工性能变钙,再共混8min,观察扭矩平衡后取材压片。差";采用偶联剂处理和增容剂增容改性无机阻燃1.2.4 压片填料,增加与树脂的相容性是普遍的研究方法。-取一定量的共混物,置于平板硫化机中,温度般在聚烯烃阻燃体系中添加具有很好增容增韧效为160 C,压力10 MPa,保压500s。果的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)2,可有效地1.3力学性能测试提高无机填料与基体树脂相容性，使其在基体材参照GB/T1040- -92标准进行拉伸实验，拉伸料中更好地分散。另外随着EVA含量的增加,材速度为200 mm/min。料的阻燃性有一定的提升3。但是添加EVA的共1.4流变性 能测试混方式和EVA中乙酸乙烯酯(VA)含量对阻燃聚在温度170C、时间15min、转速45r/min等烯烃体系的性能影响的研究鲜见报道。本文采用实验条件不变的情况下观察5组不同VA含量材氢氧化镁和氢氧化铝两种价格低廉阻燃效果良好料在流变仪.上显示的平衡扭矩。的粉体为阻燃剂,添加不同VA含量的EVA,采用. 1.5极限氧指数测试两种共混方法制备阻燃聚烯烃复合材料，并研究极限氧指数(LOI):按GB/T2406-1993测试,这些因素与该阻燃复合材料性能之间的关系。为样条规格为: 100 mmx6.5 mmx3.2 mm。制:备高性能的阻燃聚烯烃复合材料打下良好的基2结果与讨论础。2.1 EVA 对复合材料力学性能的影响1实验部分1.1 原辅材料和仪器设备表1复合材料的各项机械性能氢氧化镁(ZR105),大连亚太科技新材料有限Tab.1 Mechanical properties of composite公司;氢氧化铝,天津市致远化学试剂有限公司;VA含量/%，1425354550 50LDPE(Q/3201- -BYC. -01),扬子石化巴斯夫有限责拉伸强度/MPa12.5.6.2 5.5.24.3任公司;茂金属聚乙烯(mPE),美国埃克森公司;E-弹性模量MPa180.4 130.6 73.5 39.3 24.9 23.7屈服强度应变/%5.9 6.6 7.9 10.6 13.2 12.1VA(VA含量14%), 韩国LG化学公司;EVA(LEV-APREN 500,VA含量50%),德国LANXESS公司。拉伸能量/]0.30.51.5 2.3.1 2.9断裂伸长率1%23.9 51.5 218.2 483.4 545.8 504.3RM200型转矩流变仪，哈尔滨哈普电气技术注:最后一组为非母料法制备的50%VA复合材料，拉伸强有限责任公司;QLB-D型平板硫化机,江苏省江都度为4.3 MPa、断裂伸长率为504.3%。均低于母料法制市道纯实验机械厂;AGS-J10KN型万能电子拉力备的材料。机，日本SHIMADZU公司;L0I测试仪,HC-2,南京江宁县分析仪器厂由表1可看出:1.2 EVA/LDPE/mPE 复合材料的制备(1)用母料法制备的复合材料比用直接法更1.2.1不同含t VA的制备能有效地提高材料的拉伸强度及断裂伸长率等各采用两种不同VA含量的EVA,分别配制成项机械性能指标中。首先EVA具有增容性,链段内14%、25%、35%、45%和50%VA含量的EVA。的重复单元含有醋酸乙烯酯具有一定极性可以与1.2.2母料的制 备氢氧化镁和氢氧化铝更好地容合，另一方面EVA首先将5组不同VA含量的18.5gEVA与在与无机填料共混的时候可以形成包覆层,更好14 g氢氧化镁和27.5 g氢氧化铝共混，反应温度地提高无机填料在基体中的分散性，从而提高材为140C,转速45r/min,时间为10min。待扭矩平料的机械性中国煤化工衡后取出。(2)mPEYHCNMHG料的强度,第2期张文龙,等.EVA对无卤阻燃聚烯烃复合材料性能的影响41加入EVA可以有效改善材料的韧性和断裂伸长量必然降低，反而影响了EVA与聚乙烯的相容率。我们观察到随着VA含量的增加材料的拉伸性,导致无机阻燃剂的分散性变差,进而影响了该能量也随之.上升,弹性模量却呈现了下降的趋势。材料体系的阻燃性。这主要是因为VA含量的提高,材料的韧性增强,表面硬度下降。表3复合材料中VA含量对氧指数的影响2.2EVA对复合材料加工性能的影响Tab.3 Effect of VA content in composite on its LOI不同VA含量对材料加工性能的影响图表2。VA用量/%14253515LOI272826表2复合材料的平衡扭矩随 VA含的变化Tab.2 Relationship of eqinlibrium torgue3结论and VA content of compositeVA含量/%142535455050(1)通过母料法与直接共混法对比,母料法可平衡扭矩/(N.m) 15.4 15.1 14.3_ 13.7 12.6 12.9以有效地改善材料的力学性能。(2)随着VA含量的增加材料的断裂伸长率明由表2可知:随着VA含量的增加,材料的加显上升，拉伸强度略微降低，当VA含量为35%工性能逐渐好转,这主要表现在共混平衡扭矩上,时,拉伸强度为7.22 J、断裂伸长率为218.2%断裂当VA含量为14%时候,平衡扭矩为15.4 N.m,但能为1.48 J、屈服强度为4.54 MPa。是当VA含量增加到50%时，材料的平衡扭矩降(3)VA含量的提高对材料的加工性有明显的为12.6N.m。这是由于EVA具有很好的增柔性和改变。当VA含 量为35%时,平衡扭矩为14.3 N.m。优良的流变性能,从而改善材料的加工性。(4)随着VA含量的变化,材料的阻燃性呈先升.33不同VA含量的EVA对阻燃性的影响高后降低趋势,当VA含量为35%时,LOI达到28。不同VA含量的EVA对材料LOI的影响见表参考文献3。由表3可以看出,VA含量小于35%的时候LOI[1] 金伟.高性能低烟无卤阻燃聚乙烯电缆料的浅析[J].电随VA含量的升高也随之变大，当VA含量超过线电缆, 2011,(1):26-2835%后, VA含量继续增加,LOI却逐渐下降，这主[2] 史新妍.赵菲,赵树高.乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的共混与增容[].世界橡胶工业200.3):33-37要是因为EVA中的醋酸乙烯酯具有一定极性,可[3] 李秀云,廖德添,马寒冰,等.一种无卤阻燃乙烯-醋酸以很好地与无机阻燃剂相容,从而提升聚烯烃材乙烯酯共聚物的热分解动力学研究[]西南科技大学料体系的阻燃性,但是当VA含量过高,乙烯的含学报,2012,27(1):12-18扬子石化推出抗菌聚丙烯新品专用料日前，扬子石化成功生产出了新型抗菌聚丙烯专用料目,科研小组通过在聚合过程加人纳米化抗菌助剂的方式,YPJ-630KJ产品，新产品各项质量指标均达到聚丙烯树脂尝试直接生产抗菌聚丙烯专用料。优级品标准，满足了市场高端用户的需求,3月份以来,扬扬子石化研究院在扬子塑料厂2套聚丙烯装置上进行子石化正在进行新产品宣传推广工作。试生产,研究院结合装置的自身工艺技术特点,并且发挥扬抗菌聚丙烯主要应用于制作洗衣机波轮、滚筒洗衣机子石化在生产高流动性、高抗冲共聚牌号聚丙烯方面的优的密封圈、冰箱内壁等家电产品。新产品的最大优势是具有势,联合北化院共同研究开发,通过改进助剂配方,实现了抗菌性能，使其加工出的家电产品在使用过程中免受细菌抗菌聚丙烯YPJ-630KJ的工业化生产,并达到了国家标准的侵蚀和危害,不但能保护人体健康,还能够延长家电产品要求。扬子研究院还积极参与新产品的质量标准制定,对产的使用寿命。尤其是随着2011年(抗菌家电标准》的正式出品性能进行及时的分析测试，并和扬子塑料厂共同制定出台,国家对家电产品提出了强制性抗菌要求，为抗菌材料生详细的生产方案,科研和生产人员严格控制工艺参数,稳定产商提供了机遇。据了解,由于目前国内没有抗菌聚丙烯专助剂加料,产品质量基本达到暂行质量指标,实现了预期目.用料，国内家电企业都是通过加人抗茵母粒的方法制造抗示。菌产品,但成本高、质量不稳定、抗菌效率低,不能达到国家据了解，新中国煤化三乐观，每吨新标准。因此中石化正式立项,成立了“聚丙烯等抗菌树脂的产品的市场售价为1000元。今生产及应用开发”项目,该项目由北京化工研究院、扬子石年3月份,扬子YHCNMHG步合作意向，化等单位联合开发,被列为中石化2012年“十条龙"攻关项为新产品的应用推广创造了条件。(yt)