EVA對無(wú)鹵阻燃聚烯烴復合材料性能的影響

2013年第2期(總第98期)塑料助劑39EVA對無(wú)鹵阻燃聚烯烴復合材料性能的影響張文龍13馮龍1趙洪23(1.哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱，150040; 2.哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,哈爾濱, 150080;3.工程電介質(zhì)及其應用技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗室培育基地，哈爾濱, 150080)摘要分別采用直接共混法和母料共混法向聚烯烴/氫氧化鋁(鎂)中添加乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)制備無(wú)鹵阻燃聚烯烴復合材料,研究了母料法和乙酸乙烯酯(VA)含量對復合材料力學(xué)性能及其加工性能的影響。結果表明:隨著(zhù)VA含量的增加材料的斷裂能和屈服強度隨之提高,平衡扭矩降低,阻燃性.呈現先升高后降低的趨勢。當VA含量為35%時(shí)材料的斷裂能值達到1.48J、屈服強度為4.54MPa、斷裂伸長(cháng)率為218.12%、 拉伸強度則達到7.86 MPa、平衡扭矩降到了14.3 N.m、氧指數(LOI)達到28。采用母料法制備的復合材料共混效果優(yōu)于直接法,并且與直接法制備的復合材料相比拉伸強度、斷裂伸長(cháng)率有很大程度地提高。關(guān)鍵詞聚烯烴阻燃復合材料 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中國煤化工收稿日期:2012-09-05項目基金:國家自然科學(xué)基金(50977019)MYHCNMHG10塑料助劑2013年第2期(總第98期)近年來(lái),隨著(zhù)無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料的發(fā)展,對1.2.3復 合材料的制備材料各性能的要求逐漸提高，為了達到無(wú)鹵阻燃取39g母料與6gLDPE和6gmPE共混,反要求,需在樹(shù)脂體系中大量添加無(wú)機阻燃劑,而這應溫度170C,轉速45r/min,7min時(shí)加入碳酸常常導致材料的物理機械性能下降和加工性能變鈣,再共混8min,觀(guān)察扭矩平衡后取材壓片。差";采用偶聯(lián)劑處理和增容劑增容改性無(wú)機阻燃1.2.4 壓片填料,增加與樹(shù)脂的相容性是普遍的研究方法。-取一定量的共混物,置于平板硫化機中,溫度般在聚烯烴阻燃體系中添加具有很好增容增韌效為160 C,壓力10 MPa,保壓500s。果的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)2,可有效地1.3力學(xué)性能測試提高無(wú)機填料與基體樹(shù)脂相容性，使其在基體材參照GB/T1040- -92標準進(jìn)行拉伸實(shí)驗，拉伸料中更好地分散。另外隨著(zhù)EVA含量的增加,材速度為200 mm/min。料的阻燃性有一定的提升3。但是添加EVA的共1.4流變性 能測試混方式和EVA中乙酸乙烯酯(VA)含量對阻燃聚在溫度170C、時(shí)間15min、轉速45r/min等烯烴體系的性能影響的研究鮮見(jiàn)報道。本文采用實(shí)驗條件不變的情況下觀(guān)察5組不同VA含量材氫氧化鎂和氫氧化鋁兩種價(jià)格低廉阻燃效果良好料在流變儀.上顯示的平衡扭矩。的粉體為阻燃劑,添加不同VA含量的EVA,采用. 1.5極限氧指數測試兩種共混方法制備阻燃聚烯烴復合材料，并研究極限氧指數(LOI):按GB/T2406-1993測試,這些因素與該阻燃復合材料性能之間的關(guān)系。為樣條規格為: 100 mmx6.5 mmx3.2 mm。制:備高性能的阻燃聚烯烴復合材料打下良好的基2結果與討論礎。2.1 EVA 對復合材料力學(xué)性能的影響1實(shí)驗部分1.1 原輔材料和儀器設備表1復合材料的各項機械性能氫氧化鎂(ZR105),大連亞太科技新材料有限Tab.1 Mechanical properties of composite公司;氫氧化鋁,天津市致遠化學(xué)試劑有限公司;VA含量/%，1425354550 50LDPE(Q/3201- -BYC. -01),揚子石化巴斯夫有限責拉伸強度/MPa12.5.6.2 5.5.24.3任公司;茂金屬聚乙烯(mPE),美國?？松?E-彈性模量MPa180.4 130.6 73.5 39.3 24.9 23.7屈服強度應變/%5.9 6.6 7.9 10.6 13.2 12.1VA(VA含量14%), 韓國LG化學(xué)公司;EVA(LEV-APREN 500,VA含量50%),德國LANXESS公司。拉伸能量/]0.30.51.5 2.3.1 2.9斷裂伸長(cháng)率1%23.9 51.5 218.2 483.4 545.8 504.3RM200型轉矩流變儀，哈爾濱哈普電氣技術(shù)注:最后一組為非母料法制備的50%VA復合材料，拉伸強有限責任公司;QLB-D型平板硫化機,江蘇省江都度為4.3 MPa、斷裂伸長(cháng)率為504.3%。均低于母料法制市道純實(shí)驗機械廠(chǎng);AGS-J10KN型萬(wàn)能電子拉力備的材料。機，日本SHIMADZU公司;L0I測試儀,HC-2,南京江寧縣分析儀器廠(chǎng)由表1可看出:1.2 EVA/LDPE/mPE 復合材料的制備(1)用母料法制備的復合材料比用直接法更1.2.1不同含t VA的制備能有效地提高材料的拉伸強度及斷裂伸長(cháng)率等各采用兩種不同VA含量的EVA,分別配制成項機械性能指標中。首先EVA具有增容性,鏈段內14%、25%、35%、45%和50%VA含量的EVA。的重復單元含有醋酸乙烯酯具有一定極性可以與1.2.2母料的制 備氫氧化鎂和氫氧化鋁更好地容合，另一方面EVA首先將5組不同VA含量的18.5gEVA與在與無(wú)機填料共混的時(shí)候可以形成包覆層,更好14 g氫氧化鎂和27.5 g氫氧化鋁共混，反應溫度地提高無(wú)機填料在基體中的分散性，從而提高材為140C,轉速45r/min,時(shí)間為10min。待扭矩平料的機械性中國煤化工衡后取出。(2)mPEYHCNMHG料的強度,第2期張文龍,等.EVA對無(wú)鹵阻燃聚烯烴復合材料性能的影響41加入EVA可以有效改善材料的韌性和斷裂伸長(cháng)量必然降低，反而影響了EVA與聚乙烯的相容率。我們觀(guān)察到隨著(zhù)VA含量的增加材料的拉伸性,導致無(wú)機阻燃劑的分散性變差,進(jìn)而影響了該能量也隨之.上升,彈性模量卻呈現了下降的趨勢。材料體系的阻燃性。這主要是因為VA含量的提高,材料的韌性增強,表面硬度下降。表3復合材料中VA含量對氧指數的影響2.2EVA對復合材料加工性能的影響Tab.3 Effect of VA content in composite on its LOI不同VA含量對材料加工性能的影響圖表2。VA用量/%14253515LOI272826表2復合材料的平衡扭矩隨 VA含的變化Tab.2 Relationship of eqinlibrium torgue3結論and VA content of compositeVA含量/%142535455050(1)通過(guò)母料法與直接共混法對比,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學(xué)性能。(2)隨著(zhù)VA含量的增加材料的斷裂伸長(cháng)率明由表2可知:隨著(zhù)VA含量的增加,材料的加顯上升，拉伸強度略微降低，當VA含量為35%工性能逐漸好轉,這主要表現在共混平衡扭矩上,時(shí),拉伸強度為7.22 J、斷裂伸長(cháng)率為218.2%斷裂當VA含量為14%時(shí)候,平衡扭矩為15.4 N.m,但能為1.48 J、屈服強度為4.54 MPa。是當VA含量增加到50%時(shí)，材料的平衡扭矩降(3)VA含量的提高對材料的加工性有明顯的為12.6N.m。這是由于EVA具有很好的增柔性和改變。當VA含 量為35%時(shí),平衡扭矩為14.3 N.m。優(yōu)良的流變性能,從而改善材料的加工性。(4)隨著(zhù)VA含量的變化,材料的阻燃性呈先升.33不同VA含量的EVA對阻燃性的影響高后降低趨勢,當VA含量為35%時(shí),LOI達到28。不同VA含量的EVA對材料LOI的影響見(jiàn)表參考文獻3。由表3可以看出,VA含量小于35%的時(shí)候LOI[1] 金偉.高性能低煙無(wú)鹵阻燃聚乙烯電纜料的淺析[J].電隨VA含量的升高也隨之變大，當VA含量超過(guò)線(xiàn)電纜, 2011,(1):26-2835%后, VA含量繼續增加,LOI卻逐漸下降，這主[2] 史新妍.趙菲,趙樹(shù)高.乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的共混與增容[].世界橡膠工業(yè)200.3):33-37要是因為EVA中的醋酸乙烯酯具有一定極性,可[3] 李秀云,廖德添,馬寒冰,等.一種無(wú)鹵阻燃乙烯-醋酸以很好地與無(wú)機阻燃劑相容,從而提升聚烯烴材乙烯酯共聚物的熱分解動(dòng)力學(xué)研究[]西南科技大學(xué)料體系的阻燃性,但是當VA含量過(guò)高,乙烯的含學(xué)報,2012,27(1):12-18揚子石化推出抗菌聚丙烯新品專(zhuān)用料日前，揚子石化成功生產(chǎn)出了新型抗菌聚丙烯專(zhuān)用料目,科研小組通過(guò)在聚合過(guò)程加人納米化抗菌助劑的方式,YPJ-630KJ產(chǎn)品，新產(chǎn)品各項質(zhì)量指標均達到聚丙烯樹(shù)脂嘗試直接生產(chǎn)抗菌聚丙烯專(zhuān)用料。優(yōu)級品標準，滿(mǎn)足了市場(chǎng)高端用戶(hù)的需求,3月份以來(lái),揚揚子石化研究院在揚子塑料廠(chǎng)2套聚丙烯裝置上進(jìn)行子石化正在進(jìn)行新產(chǎn)品宣傳推廣工作。試生產(chǎn),研究院結合裝置的自身工藝技術(shù)特點(diǎn),并且發(fā)揮揚抗菌聚丙烯主要應用于制作洗衣機波輪、滾筒洗衣機子石化在生產(chǎn)高流動(dòng)性、高抗沖共聚牌號聚丙烯方面的優(yōu)的密封圈、冰箱內壁等家電產(chǎn)品。新產(chǎn)品的最大優(yōu)勢是具有勢,聯(lián)合北化院共同研究開(kāi)發(fā),通過(guò)改進(jìn)助劑配方,實(shí)現了抗菌性能，使其加工出的家電產(chǎn)品在使用過(guò)程中免受細菌抗菌聚丙烯YPJ-630KJ的工業(yè)化生產(chǎn),并達到了國家標準的侵蝕和危害,不但能保護人體健康,還能夠延長(cháng)家電產(chǎn)品要求。揚子研究院還積極參與新產(chǎn)品的質(zhì)量標準制定,對產(chǎn)的使用壽命。尤其是隨著(zhù)2011年(抗菌家電標準》的正式出品性能進(jìn)行及時(shí)的分析測試，并和揚子塑料廠(chǎng)共同制定出臺,國家對家電產(chǎn)品提出了強制性抗菌要求，為抗菌材料生詳細的生產(chǎn)方案,科研和生產(chǎn)人員嚴格控制工藝參數,穩定產(chǎn)商提供了機遇。據了解,由于目前國內沒(méi)有抗菌聚丙烯專(zhuān)助劑加料,產(chǎn)品質(zhì)量基本達到暫行質(zhì)量指標,實(shí)現了預期目.用料，國內家電企業(yè)都是通過(guò)加人抗茵母粒的方法制造抗示。菌產(chǎn)品,但成本高、質(zhì)量不穩定、抗菌效率低,不能達到國家據了解，新中國煤化三樂(lè )觀(guān)，每噸新標準。因此中石化正式立項,成立了“聚丙烯等抗菌樹(shù)脂的產(chǎn)品的市場(chǎng)售價(jià)為1000元。今生產(chǎn)及應用開(kāi)發(fā)”項目,該項目由北京化工研究院、揚子石年3月份,揚子YHCNMHG步合作意向，化等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā),被列為中石化2012年“十條龍"攻關(guān)項為新產(chǎn)品的應用推廣創(chuàng )造了條件。(yt)