氯化聚乙烯阻燃性能研究
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氯化聚乙烯阻燃性能研究
李文博 原晓城 马义明 张景亮
(天津市橡胶工业研究所有限公司,天津,300384)
摘要:本文研究了硼酸锌、氢氧化铝对氯化聚乙烯135B阻燃性能的影响,同时考察了其力学性能。研究结果表明,加入硼酸锌后,氯化聚乙烯的氧指数提高,随着硼酸锌用量的增加,氧指数逐渐增加;随着氢氧化铝用量的增加,氯化聚乙烯的氧指数逐渐增加。硬度随着硼酸锌和氢氧化铝用量的增加而增加,但是拉伸强度和断裂伸长率都下降。
关键词:氯化聚乙烯;阻燃;硼酸锌;氢氧化铝;
氯化聚乙烯是聚乙烯主链上的氢原子被氯原子取代形成的产物,没有不饱和键,为饱和高分子材料。根据其含氯量的不同,可分为以下几种:低于15%氯含量的为塑料;16%~24%氯含量的为热塑性弹性体;25%~48%氯含量的为橡胶材料;49%~58%氯含量的为皮革状的半硬质高分子材料;高达73%氯含量的为脆性树脂。广泛应用于电线电缆、胶带、胶管、防水卷材以及作为改性剂添加于塑料橡胶制品中。
氯化聚乙烯135B,无毒无味,外观为白色粉末,具有非常好的耐油性、耐臭氧、耐老化、耐化学腐烛、耐候性等。由于具有较高的氯含量,本身具有一定的阻燃性能,但对于阻燃性能要求较高的产品,氯化聚乙烯中需添加大量阻燃剂才能满足要求。
氢氧化铝作为一种无卤的无机添加剂,具有填充、阻燃和消烟等多种作用,而且价格低廉、无毒、不挥发且能抑制聚合物的熔滴产生,因此,加强无机氢氧化物的推广及应用研究具有积极的意义[1]。但是无机氢氧化物阻燃效率低,需要大量填充才能获得较好的阻燃效果,而大量填充,往往给材料的物理机械性能及加工性能带来不利的影响。无机阻燃剂的微粒化、表面改性和协同作用已成为解决这一问题的良策[2]。
含锌的化合物如硼酸锌、锡酸锌、磷酸锌、氧化锌等可作为阻燃剂使用或与其它阻燃剂复配,利用阻燃剂间的协同作用达到提高阻燃性能的目的[3]。
1、实验部分
1.1 实验原料
氯化聚乙烯CPE135B,潍坊昌海化学有限公司;硬脂酸锌,硬脂酸钡,天津市郎湖科技有限公司;硼酸锌,哈尔滨亿滨化工有限公司;氢氧化铝,中国铝业;炭黑,卡博特;其他材料均为市售工业产品。
作者简介:李文博,毕业于中国石油大学,硕
士研究生,2016年10月入职天津市橡胶工业研究所
有限公司,主要负责高分子材料阻燃和隔声方面的
研究工作。
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1.2 实验设备
橡胶6吋开炼机,上海第二机床修理厂;拉力试验机,长春科新仪器设备有限公司;氧指数分析仪,南京江宁分析仪器厂
1.3 样品制备
基本配方(质量份):氯化聚乙烯135B 100g,硬脂酸锌 3g,硬脂酸钡 3g,氧化锌 5g,炭黑 3g,轻钙 100g,重钙 60g,陶土 40g,APP 10g,硼酸锌,氢氧化铝为变量。
将氯化聚乙烯135B在橡胶开炼机上塑炼,塑炼均匀包辊后,调整辊距为1mm,依次加入硬脂酸锌、硬脂酸钡、氧化锌、炭黑、阻燃剂、填料等,混炼10-15min,混炼均匀后制成标准试样。
1.4 性能测试
氧指数测试:按照GB/T2406.2-2009进行,样品尺寸长150mm×宽6.5mm×厚3mm;
邵A硬度测试:按照GB/T531.1-2008进行;
拉伸强度和扯断伸长率测试:按照GB/T528-2009进行,拉伸速率为500mm/min。
2、结果与讨论
2.1 阻燃性能
硼酸锌用量对氯化聚乙烯阻燃性能的影响见表1,氢氧化铝用量对氯化聚乙烯阻燃性能的影响见表2。
表1 硼酸锌用量对阻燃性能的影响
编号1# 2# 3# 硼酸锌,份 0 10 30
氢氧化铝,份80 80 80 氧指数,%
38 50 65
硼酸锌作为一种无机阻燃剂,通过反应吸收热量达到阻燃效果,它的反应温度高,300℃左右释放结晶水,限制聚合物温度的上升,释放的水蒸气能稀释空气中的氧,抑制燃烧反应。从表1中可以看出,当加入10份硼酸锌后,氧指数从38增加到50,加入30份硼酸锌,氧指数高达65。硼酸锌的加入使体系具有良好的阻燃效果,硼酸锌的用量越多,体系的氧指数越高,阻燃效果越好。
表2 氢氧化铝用量对阻燃性能的影响
编号1# 2# 3# 硼酸锌,份10 10 10
氢氧化铝,份 80 120 160
氧指数,%
50 61 70
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从表2中可以看出,随着氢氧化铝用量的增加,氧指数增加,氯化聚乙烯橡胶的阻燃性能提高。氢氧化铝作为一种阻燃剂,随着用量的增加,其分解吸收的热量更多,有利于降低聚合物表面的温度,延缓聚合物的热降解速率,抑制燃烧;释放出的水蒸气可稀释可燃物及氧气浓度,降低可燃物对燃烧的贡献,减小系统的放热量;分解生成的不燃性氧化铝覆盖在材料表面,能够起到隔热隔氧作用,使材料的可燃性下降,氧指数增加。
2.2 力学性能
硼酸锌用量对氯化聚乙烯力学性能的影响见表3,氢氧化铝用量对氯化聚乙烯力学性能的影响见表4。
表3 硼酸锌用量对力学性能的影响
编号1# 2# 3# 硼酸锌,份 0 10 30
氢氧化铝,份80 80 80 硬度,度88 89 91 拉伸强度,MPa 10.65 9.49 6.60
扯断伸长率,%
304 286 231
从表3中可以看出,随着硼酸锌用量的增加,硬度增加,拉伸强度和扯断伸长率都下降。当硼酸锌用量增加到30份时,拉伸强度较空白样品下降了38%,扯断伸长率下降了24%,下降明显。加入无机的硼酸锌,减少了分子间的相互缠绕,使无机粒子与基体之间的界面产生缺陷,导致应力集中,所以添加量越大,拉伸强度和扯断伸长率下降越明显。
表4 氢氧化铝用量对力学性能的影响
编号1# 2# 3# 硼酸锌,份10 10 10
氢氧化铝,份 80 120 160 硬度,度89 91 93 拉伸强度,MPa
9.49 6.44 4.92
扯断伸长率,%
286 236 172
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