氯化聚乙烯阻燃性能研究

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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从表4中可以看出，随着氢氧化铝用量的增加，硬度逐渐增加，拉伸强度和扯断伸长率都下降。

当氢氧化铝增加到160份时，拉伸强度下降了48%，扯断伸长率下降了40%，下降明显。

氢氧化铝是一种阻燃剂，同时氢氧化铝可作为填料，当大量加入到胶料中，与胶料之间的相容性差，胶料混炼困难，胶料内部产生了缺陷，容易产生应力集中，导致拉伸强度和扯断伸长率下降。

3、结论
（1）硼酸锌阻燃效率较高，硼酸锌的用量越多，体系的氧指数越高，阻燃效果越好，但是随着用量的增加，胶料硬度增加，拉伸强度和扯断伸长率都下降。

（2）氢氧化铝只有大量加入才能起到较好的阻燃作用，随着用量的增加，氧指数呈上升趋势，但是大量的加入导致胶料硬度增加，拉伸强度和扯断伸长率下降较明显。

参考文献：
[1] 王永强. 阻燃材料及应用技术[ M] . 北京:化学工业出版社, 2003 :578.
[2] 欧育湘. 实用阻燃技术[ M] . 北京:化学工业出版社, 2002. 150.
[3] 黄小葳. 低烟阻燃PVC 的最新进展[ J] . 塑料, 1994, 23(3):27 - 31.
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