（阻燃） - 图文

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2.2.3 试样制备

在双辊温度为120℃-130℃的开放式炼塑机上加入聚乙烯，待其熔融包辊后，依次加入抗氧剂、预先复配好的阻燃剂和其它改性剂，混炼均匀后出片，冷却24h后在平板硫化机上于135℃，10-12Mpa压力下模压，然后在万能制样机上根据不同测试要求制样。

2.2.4 性能测试与分析 2.2.4.1力学性能测试

采用CMT-6104电子万能试验机按GB/T 1040_92塑料拉伸实验方法测试拉伸强度和断裂伸长率，拉伸速度为100mm/min，试样尺寸为125×10×4mm3。冲击强度采用XCS-200冲击试样机，按GB/T 1040-93测定。

2.2.4.2 极限氧指数测试

采用HC-2型氧指数仪，按GB/T2406－93标准试验方法进行测试，试样尺寸100×10×4mm3。

2.2.4.3 热重分析

热失重测试在氮气气氛中进行，氮气流量为10ml/min，取大约l0mg的试验样品放置于陶瓷坩锅中，然后以10℃ /min从室温加热到600℃，研究材料随温度变化的质量损失情况。

2.2.4.4 热变形温度测试

按GB1634-79进行，传热介质以12℃/6min等速升温，试样受载后最大弯曲正应力为1.82MPa，试样最大变形0.32mm。试样尺寸：L=80mm，b=4mm，h=10mm。

2.2.4.5 熔体流动指数测定

测试条件为温度190℃，负载为2.16kg。

测试公式：

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MFR(?,mmon)?tref?mt

其中：

θ — 试验温度

mmon — 标准负荷 m — 切断的平均质量 tref —参比时间10min=600s t — 切断的时间间隔

2.3 结果与讨论

2.3.1 基体的选择

用于电线电缆的聚乙烯可分为三大类：高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和线形低密度聚乙烯（LLDPE）。HDPE的分子链是线形结构的，支链很少，结晶度高。LDPE具有长支链支化结构，也有部分短支链，分子之间排列的规整性被破坏，结晶度较低。LLDPE的分子链上具有较多的短支链，分子链较规整，结晶度居中[34]。考虑到用于电线电缆的聚乙烯一般需经过硅烷交联处理后使用，而LLDPE支化度适中，链扩展较好，达同样交联度所需硅烷量比LDPE、HDPE少，反应时间短[35]，故本课题拟订LLDPE为基础树脂。由于LLDPE的熔体粘度较大，熔体强度较低，考虑到电缆料的加工性能，加入少量LDPE加以改善，两者配比为LLDPE/LDPE=80/20。基础树脂的各项试验性能见表2-3。从表中可看出，LLDPE与LDPE复合后，基体强度及伸长率均有不同程度的提高。

表2-3 基体的各项实验性能

Table 2-3 The experimental properties of matrix resins

LLDPE/LDPE

100/0 0/100 80/20

氧指数 (%) 18 17.5 18

拉伸强度 (MPa) 16.7 21.0 22.5

断裂伸长率

(%)

618 402 637

缺口冲击强度

KJ/m2

50.7 45.1 51.4

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2.3.2 PE/Mg(OH)2阻燃体系

Mg(OH)2具有消烟、阻燃、可填充量大、燃烧时无二次污染等特点，且易与其它阻燃剂产生协同阻燃作用 ，因此得到广泛应用。Mg(OH)2的受热分解反应式为：Mg(OH)2 → MgO + 2H2O。在燃烧过程中，Mg(OH)2分解吸收大量的热，使高聚物温度降低，减缓其降解速率；其次，Mg(OH)2分解放出水蒸气，可以稀释火焰区域气体反应物的浓度，并兼具一定的冷却作用；另外，分解所生成的MgO也是一种非常好的阻燃剂[36]。

表2-4 Mg(OH)2含量对复合材料性能的影响

Table 2-4 Effect of Mg(OH)2 contents on properties of composites

Mg(OH)2含量

(phr)

50 100 150

氧指数 (%) 21 25.5 29

拉伸强度 (MPa) 16.1 13.0 9.9

断裂伸长率

(%) 512.1 102 17.8

缺口冲击强度

KJ/m2

37.2 10.1 4.0

表2-4给出了Mg(OH)2含量对PE/Mg(OH)2阻燃复合材料性能的影响。从表中可以看出，随着Mg(OH)2含量增加，体系氧指数不断上升，但力学性能下降明显。当Mg(OH)2添加量达到150phr时，复合材料的LOI值为29%，断裂伸长率仅为17.8%，已不能满足电缆料使用要求。

(a) pure PE (b) PE/ Mg(OH)2

Fig. 2-1 Surface characteristics of residues for composites after burning

图2-1 复合材料燃烧后表面形貌特征

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图2-1为材料燃烧后的表面形貌。从图（b）可以看出，加入Mg(OH)2材料燃烧后表面不成炭，为白色粉末状。通过燃烧试验还可观察到，Mg(OH)2的加入使PE燃烧速度减慢，熔滴现象逐渐消失。这可能是由于Mg(OH)2在燃烧过程中释放出大量结晶水，可降低材料燃烧表面温度，抑止了PE的热降解反应。

2.3.3 PE/MAPP/MP/PER阻燃体系

APP/MP/PER体系作为膨胀阻燃体系的典型范例，在阻燃聚丙烯中已被大量研究和实验。但总体而言，要想达到较满意的阻燃性能，此类阻燃剂添加量仍然偏高，对树脂力学性能影响较大。常规APP分子量低，吸湿性大、热稳定性及与树脂相容性差，而高聚合度(n>1000)的APP吸湿性降低，热稳定性显著增强[37]。

本实验对比研究两种不同聚合度的APP及改性APP（MAPP）对复合材料性能的影响， 结果表明，低聚合度（n≤25）APP在热加工过程中发生部分分解，放出NH3气体，使加工性能变差，且制品表面不光滑，同时阻燃性能也受到影响。而高聚合度APP加工性能较好，不存在上述现象。与未经改性的APP相比，MAPP与树脂相容性较好，对复合材料的力学性能影响较小，且集气源、酸源于一身。因此，本实验选取MAPP作为膨胀阻燃体系基本组成之一。

Fig. 2-2 TG curves of (A)MP (B)PER 图2-2 (A)MP (B)PER的TG曲线[38]

图2-2给出了MP、PER的热分解曲线。从图中可知，MP具有较高的热稳定

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