稀土氧化物在聚烯烴電纜中的協(xié)同阻燃作用

牛紅梅土氧化物在聚烯烴電纜中的協(xié)同陽(yáng)燃作用2011年40卷第3期改性合稀土氧化物在聚烯烴電纜中的協(xié)同阻燃作用牛紅梅(西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,陜西,西安710054)摘要:為了研究稀土氧化物與無(wú)機阻燃劑的協(xié)同作用,將氧化鈰、氧化锎加入到含有鋁鎂復合阻燃劑的EVAHDPE阻燃體系中,制備了含有稀土氧化物的復合阻燃材料。測定了復合材料的極限氧指數、力學(xué)性能,并對復合樹(shù)料的微觀(guān)形貌進(jìn)行了研究。鮚果表明:稀土金禹氧化物對無(wú)機阻燃體系有明顯的協(xié)同阻燃增效作用。稀土氧化物可以改善無(wú)機阻燃劑在基體樹(shù)脂中的均勻分散,復合材料的力學(xué)性能有所改善。關(guān)鍵詞:EVA/HDPE;稀土氧化物;阻燃劑;氧指數;協(xié)同作用中圖分類(lèi)號:TQ325.1文獻標識碼:A文章編號:1001-9456(2011)03-0023-03Synergistic Flame Retardancy of the Rare Earth Oxides on Polyolefin Cable MaterialCollege of Chemistry Chemical Engineering, Xi an University of Science Technology, Xi an, Shaanxi 710054Abstract: Flame retardant compounds were prepared and the synergistic effect was investigated by adding the ceriumoxide, lanthanum oxide and inorganic flame retardants to EVA/HDPE. The limiting oxygen index, mechanical properties, anddispersion morphology of the composite were investigated. It was indicate that rare earth oxides of inorganic flame retardantsystem had obvious synergies. The mechanical properties of composite materials had improved. Rare earth oxides could improvethe inorganic flame retardant in the matrix of the dispersionKey words: EVA/HDPE; rare earth oxides; flame retardant; oxygen index; synergistic effect材料阻燃性能的提高對于人類(lèi)構建安全、健康的生存環(huán)境阻燃效果,通過(guò)阻燃劑復配以提高阻燃性能,降低無(wú)機物的添意義重大。含鹵阻燃劑的綜合性能優(yōu)良,價(jià)格也適中但是燃燒加量。時(shí)發(fā)煙量大,產(chǎn)生大量有害氣體。相比而言,無(wú)鹵阻燃劑更為綠1實(shí)驗部分色環(huán)保但其存在填充量大對材料的力學(xué)、電學(xué)性能影響較大,1.1原料阻燃高聚物加工及回收利用也比較困難。近年來(lái),有關(guān)無(wú)鹵阻乙烯醋酸乙烯酯共聚物:EⅤA2805、EVA18-3,工業(yè)級,北京燃劑的研究發(fā)現,一些助阻燃劑的加入會(huì )與阻燃劑產(chǎn)生協(xié)同增朝陽(yáng)石油化工有限公司;效作用提高了阻燃效果,或在不改變無(wú)機阻燃劑用量的情況高密度聚乙烯:HDPE6050,粒料,中國石油蘭州石化公司;下助阻燃劑的存在使材料的力學(xué)、加工性能有所改善。有鋁鎂復合阻燃劑:工業(yè)級,湖南省益陽(yáng)市華日型材料有限關(guān)有機樹(shù)脂2、金屬氧化物、鹽類(lèi)“”碳納米管和無(wú)機填公司;料等與無(wú)機阻燃劑或膨脹型阻燃劑的協(xié)同阻燃作用多有報氧化鈰:工業(yè)級,淄博市榮瑞達稀土材料廠(chǎng);道。稀土氧化物作為一類(lèi)助阻燃劑逐漸引起了研究者的注意氧化鑭:工業(yè)級,嘉通新材料有限公司。美國專(zhuān)利5891945報道了過(guò)渡金屬與氫氧化鎂的協(xié)同作用。1.2杈器與設備國內研究者研究了稀土金屬氧化物與聚磷酸銨阻燃劑協(xié)同作雙螺桿配混擠出機:SJSH-30,南京橡塑機械廠(chǎng)用。作為一種新型的阻燃助劑,稀土金屬氧化物的添加有助于混煉機:XK-160,江蘇無(wú)錫市中凱橡塑機械公司在阻燃效果、填加量和經(jīng)濟效益之間獲得較好的平衡。平板硫化機:QLB25D/Q,江蘇無(wú)錫市中凱橡塑機械有限文章通過(guò)對 EVA/ HDPE阻燃電纜料中填加稀土金屬氧化公司物,研究了復合材料中的無(wú)機阻燃劑與稀土金屬氧化物的協(xié)同中國煤化工收稿日期:2011-04-08CNMHG基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(51074122)。作者簡(jiǎn)介:牛紅梅(1968-),女,講師,主要從事功能高分子材料的教學(xué)和研究工作。2011年40卷第3期牛紅梅—稀土氧化物在聚烯烴電纜中的協(xié)同阻燃作用電子控制萬(wàn)能試驗機:KD50,深圳凱強利電子有限公司;分別燃燒試樣,比較其燃燒后的殘留物成碳效果氧指數儀:LFY606,山東省紡織科學(xué)研究院;2結果與分析掃描電子顯微鏡JSM6460,日本JEOL公司2.1稀土氧化物對電纜料阻燃性能的影響1.3復合材料的制備保持EVA(2805)/EVA(183)/HDPE質(zhì)量比為5/3/2不按配方將各組分混勻(以樹(shù)脂為100份計),在擠出機上擠變,樹(shù)脂與鋁鎂復合阻燃劑的質(zhì)量比為1/1,研究氧化鈰、氧化出溫度100-145℃切粒。再將粒料在混煉機上混煉,前輥溫用量對體系阻燃性能的影響結果見(jiàn)表1、圖1所示。從表1、度120℃,后輥溫度為130℃,混煉均勻后出片;再在平板硫化圖1可以看出,隨著(zhù)稀土氧化物用量的增加,復合材料的阻燃性機上壓片。制樣后測試燃燒性能和力學(xué)性能。能增加,這說(shuō)明稀土氧化物本身也具有較好的阻燃性,而氧化鑭1.4性能測試的阻燃效果更為明顯。表1中C2、L2與D2樣品的氧指數對比極限氧指數(LOD按照GBT2406-1993測定;可見(jiàn),在添加的無(wú)機阻燃劑和稀土氧化物的總份數相同時(shí),稀土力學(xué)性能按GB104092測試;氧化物均表現出明顯的協(xié)同增效作用,氧化鑭的增效作用更為衰1氧化鈰、氧化鑭對復合體系阻燃性能的影響配方代號氧化鐘用量/份氧化用量/份鋁鎂復合阻燃劑/份Lo/%燃燒現象離火即熄,有黑煙,有熔滴滴落離火即熄,發(fā)煙較少,較少熔滴離火即熄,發(fā)煙較少,無(wú)熔滴a3u231.8離火即熄,發(fā)煙很少,無(wú)熔滴31.2離火即熄發(fā)煙很少,無(wú)熔滴離火即熄,無(wú)發(fā)煙,無(wú)熔滴33.5離火即熄,無(wú)發(fā)煙,無(wú)熔落離火即熄,發(fā)煙較少,較少熔滴注:樹(shù)脂100份,相容劑、硬脂酸、PE蠟、抗氧劑分別為1255525份。顯著(zhù)。這是因為稀土氧化物的熔點(diǎn)較高(大多在2千℃以上),而斷裂伸長(cháng)率下降趨勢放緩;比較C2和L2樣品的數據可以發(fā)可以有效地提高復合材料的高溫穩定性,有效減緩材料的降解現,氧化鑭的添加在改善鋁鎂阻燃劑和聚烯烴基體樹(shù)脂的相容速率,減少分解產(chǎn)物數量,從而達到增效阻燃的作用。性方面效果更優(yōu)2.3阻燃電纜料的微觀(guān)形態(tài)432為了更好地研究稀土氧化物的加入對于復合阻燃體系機械性能的影響,研究無(wú)機阻燃填料在基體樹(shù)脂中的分散和相容性,筆者對添加稀土金屬氧化物的復合體系的微觀(guān)形貌進(jìn)行了研究,所做的掃描電子顯微鏡圖像見(jiàn)圖3。0987通過(guò)圖3中(a)和(b)的比較,可以明顯發(fā)現材料的斷裂形態(tài)很不相同,圖3(a)為D2樣品的斷面SEM圖像,可看出,分散相在基體樹(shù)脂中的分布不很均勻,斷面中有較大的裂隙,這是材0246810料結構上的明顯缺陷,這些缺陷會(huì )導致復合材料受力時(shí)表現出氧化物用量/份較低的強度;圖3(b)為L(cháng)2樣品的斷面SEM圖像,可看出,在■一氧化怖;-0-氧化側較高的放大倍數下,分散相的分布仍然比較均勻,可見(jiàn),氧化圖1稀土氧化物用量與聚烯烴阻燃性能的關(guān)系锎的存在可改善鋁鎂阻燃劑在基體樹(shù)脂中的分散性,分散相粒2.2稀土氧化物對電纜料力學(xué)性能的影響度更小按GB104092制樣對樣品的力學(xué)性能進(jìn)行測試結果見(jiàn)圖2.4電纜料直接燃燒殘留物分析2。從圖2可以看出,隨著(zhù)稀土氧化物添加量的增加復合材料稱(chēng)取D2(阻橫劑為1104鋁錯留合阻燃劑)和L2(阻燃劑的拉伸強度逐漸提高,材料的斷裂伸長(cháng)率有明顯的下降這符合為100中國煤化工上)樣品燃燒相同的時(shí)間一般無(wú)機物添加到聚合物體系中力學(xué)性能的表現規律;其中后,拍CNMHG東量殘留物質(zhì)量計算燃C2、L2樣品的拉伸強度為7.627.84MPa,均高于D2樣品的燒質(zhì)量損失率,D2、L2樣品的燃燒質(zhì)量損失率分別為13.4%7.50MPa說(shuō)明添加稀土氧化物使復合體系拉伸強度略有提高,和11.9%。由圖4可以看出,兩個(gè)樣品的阻燃效果都比較好,皇料牛紅梅——稀土氧化物在聚烯烴電纜中的協(xié)同阻燃作用2011年40卷第3期姿蘭家氧化物用量份氧化物用量份氧化;-。-氧化綢。圖2氧化物用量與阻燃體系拉伸強度(a)和斷裂伸長(cháng)率(b)的關(guān)系2)氧化鈰、氧化的添加,使復合材料的拉伸強度提高斷9裂伸長(cháng)率的下降趨勢減緩。在相同的添加量時(shí)添加氧化的復合體系力學(xué)性能較佳。3)氧化鑭的存在可改善鋁鎂阻燃劑在基體樹(shù)脂中的分散性,分布更加均勻4)含有稀土氧化物的復合體系阻燃效果較好,燃燒殘留物所形成的炭層結構穩定、堅硬致密,很好地發(fā)揮了隔熱、隔氧作用。(a)為D樣品;(b)為1樣品參考文獻圖3復合阻燃體系拉伸斷面的SEM照片[1]瞿保鈞陳偉,謝榮才,等低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴的研究進(jìn)展和應用前景[J功能高分子學(xué)報,2002,15(9):361-367with aluminium hydroxide/ melamine/ novolac resin synergistic system[J]. Polymer Degradation and Stability, 2010, 95(6):945-954[3]馮才敏ZnO對PP/MP!/PEPA膨脹阻燃體系的協(xié)同作用[J塑料科技,2009,37(2):73-76[4]趙偉,王麗硼酸鋅在LDPE阻燃中的協(xié)效作用[冂].塑料科技,2006,34(1):40[5]楊玲羥基錫酸鋅包覆氫氧化鎂對軟質(zhì)PvC燃燒性能的影響[]消防科學(xué)與技術(shù),2010,29(8):685-688圖4阻燃電纜料直授燃燒殘留物照片[6] Lei Ye, Qianghua Wu, Baojun Qu Synergistic effects and mechanism of燃燒殘留物所形成的炭層穩定、結構致密,耐溫性好,體現了良multiwalled carbon nanotubes with magnesium hydroxide in halogenfree flame retardant EVA/MH/MWNT nanocomposites[J]. Polymer好的阻燃效果。L2樣品燃燒時(shí)在其表面生成的炭層更為致密Degradation and Stability, 2009, 94(5): 751-756.堅硬,很好地發(fā)揮了隔熱、隔氧作用。[7]何繼輝,趙建青含硅阻燃劑與膨脹型阻燃劑的協(xié)同阻燃性[J]3結論高分子材料科學(xué)與工程,2010,26(3):31-34.1)隨著(zhù)稀士氧化物添加量的增加,復合材料的阻燃性能增81Myus. Koresawa M, Kitano Y,etal. Magnesium hydroxide solid加,氧化鈰、氧化鑭均表現出明顯的協(xié)同阻燃作用,氧化鑭的協(xié)solutions, their preparation, and their use in resin or rubbercompositions as flame retardants: US, 5891945[P].1999-04-06.同阻燃作用更為顯著(zhù)(本文編輯WYD(上接53頁(yè))[J].工程塑料應用,2004,32(3):9-13.[6]周莉,田彥文,臧樹(shù)良,等納米ZnO對MC尼龍結構和性能的影響[9]中國煤化工玻璃纖維/石墨協(xié)同改性[J].復合材料學(xué)報,2007,24(2):68-72.密封,2007,32(9):88-90.[7]雷文張曙納米氧化鋁改性聚丙烯力學(xué)性能的研究[J].塑料科10CNMHG合材料的摩擦根性能門(mén)1技,2007,35(8):54-58材料科學(xué)與工程學(xué)報,2008,26(4):624-626.[8]杜榮昵,高小鈴,渠成,等聚甲醛/納米CaCO3體系的制備與性能(本文編