氢氧化铝在热塑性低烟无卤阻燃材料中的性能研究_陈敏

由于 ATH 表面亲水疏油，与非极性聚合物材料亲和性差，在 聚合物基体中难以均匀分散，容易团聚，界面难以形成良好的结 合和黏结，从而限制了它的应用。因此，如何改善 ATH 与非极性 聚合物材料之间的界面黏结力及亲和性，从而提高 ATH 阻燃聚 合物的综合性能，就成为 ATH 阻燃聚合物研究领域要解决的主 要课题之一。
221
204
极限氧指数
≥32
33
34
33
33
32
（1）密度：配方变量因素（ATH、硅烷偶联剂）并没有对产品密 度起到任何影响作用。
（2）机械性能（拉伸强度和断裂伸长率） 配方 2 和配方 4 是分别是在配方 1 和配方 5 的基础上加入硅
108
2014 年 11 月
技术管理
烷偶联剂产生了明显的协同效应，机械性能提高；配方 3 是在配 方 5 的基础上使用了经过硅烷改性处理的 ATH，也能对聚合物的 机械性能产生积极的效应。
当聚合物的单体是属于与水有较大亲和力的极性单体，或者 是带有羧酸盐基团时，聚合物通常具有一定的吸水能力，电缆料 吸水的结果，往往导致电缆料电阻率降低，绝缘性能变差，容易导 致电路漏电，并且存在最终引燃电缆材料的危险。大多数电缆材 料聚合物可燃，有的在燃烧时产生大量的有毒气体和浓烟，对环 境造成的危害并威胁人们的生命。
249. 5
248
制备工艺： （1）ATH 的表面处理：将 ATH 倒入高速搅拌机中，用雾化装 置均匀喷入占 ATH 质量 1%-2%的硅烷偶联剂，喷完后继续高速 搅拌 30 秒左右，使其充分被 ATH 粉体吸收。 （2）各原料按照组分配比进行配料，然后倒入高速混合机中， 搅拌混匀后，投入双螺杆挤出机中混炼，再经单螺杆挤出机挤出 造粒；
本次研究主要通过研究不同种类的 ATH 在现有低烟无卤阻 燃复合电缆材料配方中对 ATH 单个配方原料进行替代应用性能 对比测试，并在原有配方中添加硅烷偶联剂与 ATH 产生协同效 应，从而在整体上优化阻燃复合材料的综合性能。
一、实验部分
1.原料与助剂 树脂包括：EVA265（美国杜邦公司），POE DF840（新加坡三 井化学公司），LLDPE:7042，马来酸酐接枝 PE。 ATH 阻燃剂包括：美国雅宝化工公司 104LEO，鹏丰铝业有限 公司未改性氢氧化铝 01 和硅烷改性氢氧化铝 02。 辅料包括：抗氧剂 300，润滑剂等。 2.实验配方
3.吸水性 吸水性能测试结果与绝缘性能测试完全成反比，低烟无卤阻 燃材料中聚合物的吸水量越大，其绝缘性能越差，当配方 5 的材 料在连续浸水 4 周后吸水率达到了 5%以上，表明吸水性比较高， 部分聚合物可能存在降解的情况，而配方 1、配方 2、配方 3、配方 4 的材料在连续浸水 4 周后吸水率没有超过 3%，是聚合物正常的 吸水量范围。可以看出进口的 ATH 和经过改性的 ATH 制备的低 烟无卤阻燃材料可以有效降低浸水吸水量。 绝缘性能和吸水性测试表明：进口的 ATH 和经过改性的 ATH 制备的低烟无卤聚合物阻燃材料可以有效降低浸水吸水量， 保证在浸水的条件下，材料可以保持较高的绝缘性能。进口未改 性的的 ATH 对材料绝缘性能的贡献可能是因为其微观的晶体形 态等方面原因，本文并没有对其进行详细探究，通过硅烷偶联剂 改性的 ATH 明显表现出了两者之间协同效应，偶联剂可以对聚 合物固定离子基团进行化学键连接或者物理缠绕，造成屏蔽效 应，减少导电离子数，ATH 微观颗粒可以对聚合物的网格空间进 行一定程度的填充，降低导电离子移动的可能。
109
表 3 基本力学性能
测试项目 技术指标 配方 1 配方 2 配方 3 配方 4 配方 5
密度（g/cm3）
/
1. 454 1. 458 1. 456 1. 454 1. 453
拉伸强度（MPa） ≥10
12. 8 13. 3 12. 3 12. 2 11. 2
断裂伸长率（%） ≥150
252
268
230
技术管理
氢氧化铝在热塑性低烟无卤阻燃材料中的性能研究
陈敏 张建耀 张丽本 顾金云 李小刚 江苏德威新材料股份有限公司
摘要：本文通过研究不同种类氢氧化铝（ATH）在低烟无卤阻 燃复合材料中的应用，结果表明：不同种类类的 ATH 制备的低烟 无卤阻燃聚烯烃材料在力学性能、电性能、阻燃性能，尤其是吸水 性能上表现出明显的差异，雅宝公司生产的 ATH 综合性能表现 最好，且与硅烷偶联剂有明显的协同效应，其制备的低烟无卤阻 燃复合材料在 90℃状态下浸水 72h 后，电阻率基本保持在 3.33.5Ф· cm*10-12，在 90℃状态下浸水 4 周后，其吸水性能仅有 0.5%。
（3）阻燃性能（极限氧指数） 配方 2 和配方 4 是分别是在配方 1 和配方 5 的基础上加入硅
烷偶联剂产生了明显的协同效应，阻燃性能更好了；配方 3 是在 配方 5 的基础上使用了经过硅烷原厂家改性处理的 ATH，也能对 聚合物的阻燃性能产生积极的效应。
基本力学性能测试结果表明：经过硅烷偶联剂改性处理或者 作用的 ATH 能与偶联剂形成化学键，偶联剂另一端与聚合物产 生一定的特殊反应或者形成分子间物理缠绕，从而把聚合物和无 机阻燃剂两种差异较大的材料紧密结合，大大提高了低烟无卤复 合材料配方的相容性，表现出了更好的机械力学性能和阻燃性 能。
表 1 低烟无卤阻燃电缆材料配方表
原料
配方 1 配方 2 配方 3 配方 4 配方 5
树脂 104LEO
01 02 硅烷偶联剂 抗氧剂 300 PE 蜡 合计
100
100
100
100
100
145
145
0
0
0
0
0
0
145
145
0
0
145
0
0
0
1. 5
0
1. 5
0
1
1
1
1
1
2
2
2
2
3.测试方法 表 2 测试试样项目及对应标准
测试项目 密度
拉伸强度、断裂伸长率 极限氧指数 电阻率 吸水性
测试标准 GB/T1033- 2010 GB/T 1040. 1-2006 GB/T2406. 2-2009 GB/T1410- 2006 GB/T 1034-2008
二、结果与讨论
1.基本力学性能
[4]曹新鑫，吕东博，黄海龙等. 氢氧化铝对聚氯乙烯阻燃抑烟 改性研究进展[J]. 中国塑料，2014,28（2）：6-11.
[5]张玉龙，夏裕彬. 阻燃高分子材料配方设计与加工[M].第 1 版,北京:中国石化出版社，2010.
江苏德威新材料股份有限公司 陈敏 硕士研究生 高分子材料 专业
2014 年 11 月
关键词：氢氧化铝；低烟无卤阻燃；聚烯烃复合材料；性能
引言
热塑性低烟无卤阻燃材料具有优良的机械物理性能、耐热性 能、电性能、阻燃性能及加工工艺性能，而且具有不含卤素、发烟 量低等优点。目前聚合物主要使用的无卤阻燃剂是氢氧化铝 （ATH）、氢氧化镁(MH)及膨胀性阻燃剂。其中，ATH 在 220℃开始 降解，可以大量吸热并释放出结晶水，使得高聚物燃烧、升温速度 减慢，并且帮助高聚物形成炭化保护膜，阻挡氧气助燃，阻挡降解 的可燃性气体逸出燃烧，具有良好的阻燃和抑烟功能。
2.电阻率 （1）在添加不同 ATH 的低烟无卤材料配方产品其绝缘性能 测试（未浸水）结果可以看出，雅宝公司 104LEO ATH 在配方中产 生的绝缘性能效果最佳，国产未改性 ATH 效果最差。 （2）配方 2 和配方 5 是分别是在配方 1 和配方 3 的基础上加入 硅烷偶联剂改性处理的，改性后的配方材料绝缘性能电阻率降低 了，绝缘性变差了；除配方 2 之外的所有配方的材料在浸水后其 绝缘性能变差，且绝缘性能变差趋势明显，而配方 2 材料的绝缘 性能表现出了良好的稳定性。 （3）根据配方 3 和配方 4 的实验数据可以看出，本次研究自行 改性的 ATH（配方 4）在材料绝缘性能方面的贡献不如原厂家改 性的 ATH，但明显优于配方 5 中应用添加未改性 ATH 的低烟无卤 材料的绝缘性能。
参考文献：
[1]吴道虎，姚明明，李玉华. 低烟无卤阻燃电缆护套用乙烯丙烯酸酯弹性体胶料[J]. 合成橡胶工业，1996,19（5）：293-294.
[2]郑炳发，辛明亮，马玉杰等. 氢氧化铝阻燃剂的表面改性及 其在聚丙烯中的应用[J]. 中国塑料，2011,25（4）：93-97.
[3]张新，董振园，江斌斌.新型低烟无卤阻燃电缆料的制备及 表征[J]. 塑料助剂，2013,第 4 期（总第 100 期）：39-43.
结论
1.雅宝公司 104LEO ATH 应用于低烟无卤阻燃复合材料配方 中表现出了良好的性能，可能是微观晶体结构等方面的原因，值 得做进一步深入研究。
2.使用硅烷偶联剂对 ATH 进行改性后，能明显改善聚合物和 ATH 之间的界面黏结力及亲和性，表现出了良好的力学性能和阻 燃性能。
3.使用硅烷偶联剂将 ATH 自行进行简单的工艺处理可以获 得综合性能更好的低烟无卤阻燃聚烯烃复合材料，但该硅烷改性 ATH 较雅宝公司的硅烷改性成品 104LEO ATH 的性能还有一定 差距，需要做进一步改进。