稀土氧化物在聚烯烃电缆中的协同阻燃作用

牛红梅土氧化物在聚烯烃电缆中的协同阳燃作用2011年40卷第3期改性合稀土氧化物在聚烯烃电缆中的协同阻燃作用牛红梅(西安科技大学化学与化工学院,陕西,西安710054)摘要:为了研究稀土氧化物与无机阻燃剂的协同作用,将氧化铈、氧化锎加入到含有铝镁复合阻燃剂的EVAHDPE阻燃体系中,制备了含有稀土氧化物的复合阻燃材料。测定了复合材料的极限氧指数、力学性能,并对复合树料的微观形貌进行了研究。鲒果表明:稀土金禹氧化物对无机阻燃体系有明显的协同阻燃增效作用。稀土氧化物可以改善无机阻燃剂在基体树脂中的均匀分散,复合材料的力学性能有所改善。关键词:EVA/HDPE;稀土氧化物;阻燃剂;氧指数;协同作用中图分类号:TQ325.1文献标识码:A文章编号: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对于人类构建安全、健康的生存环境阻燃效果,通过阻燃剂复配以提高阻燃性能,降低无机物的添意义重大。含卤阻燃剂的综合性能优良,价格也适中但是燃烧加量。时发烟量大,产生大量有害气体。相比而言,无卤阻燃剂更为绿1实验部分色环保但其存在填充量大对材料的力学、电学性能影响较大,1.1原料阻燃高聚物加工及回收利用也比较困难。近年来,有关无卤阻乙烯醋酸乙烯酯共聚物:EⅤA2805、EVA18-3,工业级,北京燃剂的研究发现,一些助阻燃剂的加入会与阻燃剂产生协同增朝阳石油化工有限公司;效作用提高了阻燃效果,或在不改变无机阻燃剂用量的情况高密度聚乙烯:HDPE6050,粒料,中国石油兰州石化公司;下助阻燃剂的存在使材料的力学、加工性能有所改善。有铝镁复合阻燃剂:工业级,湖南省益阳市华日型材料有限关有机树脂2、金属氧化物、盐类“”碳纳米管和无机填公司;料等与无机阻燃剂或膨胀型阻燃剂的协同阻燃作用多有报氧化铈:工业级,淄博市荣瑞达稀土材料厂;道。稀土氧化物作为一类助阻燃剂逐渐引起了研究者的注意氧化镧:工业级,嘉通新材料有限公司。美国专利5891945报道了过渡金属与氢氧化镁的协同作用。1.2杈器与设备国内研究者研究了稀土金属氧化物与聚磷酸铵阻燃剂协同作双螺杆配混挤出机:SJSH-30,南京橡塑机械厂用。作为一种新型的阻燃助剂,稀土金属氧化物的添加有助于混炼机:XK-160,江苏无锡市中凯橡塑机械公司在阻燃效果、填加量和经济效益之间获得较好的平衡。平板硫化机:QLB25D/Q,江苏无锡市中凯橡塑机械有限文章通过对 EVA/ HDPE阻燃电缆料中填加稀土金属氧化公司物,研究了复合材料中的无机阻燃剂与稀土金属氧化物的协同中国煤化工收稿日期:2011-04-08CNMHG基金项目:国家自然科学基金项目(51074122)。作者简介:牛红梅(1968-),女,讲师,主要从事功能高分子材料的教学和研究工作。2011年40卷第3期牛红梅—稀土氧化物在聚烯烃电缆中的协同阻燃作用电子控制万能试验机:KD50,深圳凯强利电子有限公司;分别燃烧试样,比较其燃烧后的残留物成碳效果氧指数仪:LFY606,山东省纺织科学研究院;2结果与分析扫描电子显微镜JSM6460,日本JEOL公司2.1稀土氧化物对电缆料阻燃性能的影响1.3复合材料的制备保持EVA(2805)/EVA(183)/HDPE质量比为5/3/2不按配方将各组分混匀(以树脂为100份计),在挤出机上挤变,树脂与铝镁复合阻燃剂的质量比为1/1,研究氧化铈、氧化出温度100-145℃切粒。再将粒料在混炼机上混炼,前辊温用量对体系阻燃性能的影响结果见表1、图1所示。从表1、度120℃,后辊温度为130℃,混炼均匀后出片;再在平板硫化图1可以看出,随着稀土氧化物用量的增加,复合材料的阻燃性机上压片。制样后测试燃烧性能和力学性能。能增加,这说明稀土氧化物本身也具有较好的阻燃性,而氧化镧1.4性能测试的阻燃效果更为明显。表1中C2、L2与D2样品的氧指数对比极限氧指数(LOD按照GBT2406-1993测定;可见,在添加的无机阻燃剂和稀土氧化物的总份数相同时,稀土力学性能按GB104092测试;氧化物均表现出明显的协同增效作用,氧化镧的增效作用更为衰1氧化铈、氧化镧对复合体系阻燃性能的影响配方代号氧化钟用量/份氧化用量/份铝镁复合阻燃剂/份Lo/%燃烧现象离火即熄,有黑烟,有熔滴滴落离火即熄,发烟较少,较少熔滴离火即熄,发烟较少,无熔滴a3u231.8离火即熄,发烟很少,无熔滴31.2离火即熄发烟很少,无熔滴离火即熄,无发烟,无熔滴33.5离火即熄,无发烟,无熔落离火即熄,发烟较少,较少熔滴注:树脂100份,相容剂、硬脂酸、PE蜡、抗氧剂分别为1255525份。显著。这是因为稀土氧化物的熔点较高(大多在2千℃以上),而断裂伸长率下降趋势放缓;比较C2和L2样品的数据可以发可以有效地提高复合材料的高温稳定性,有效减缓材料的降解现,氧化镧的添加在改善铝镁阻燃剂和聚烯烃基体树脂的相容速率,减少分解产物数量,从而达到增效阻燃的作用。性方面效果更优2.3阻燃电缆料的微观形态432为了更好地研究稀土氧化物的加入对于复合阻燃体系机械性能的影响,研究无机阻燃填料在基体树脂中的分散和相容性,笔者对添加稀土金属氧化物的复合体系的微观形貌进行了研究,所做的扫描电子显微镜图像见图3。0987通过图3中(a)和(b)的比较,可以明显发现材料的断裂形态很不相同,图3(a)为D2样品的断面SEM图像,可看出,分散相在基体树脂中的分布不很均匀,断面中有较大的裂隙,这是材0246810料结构上的明显缺陷,这些缺陷会导致复合材料受力时表现出氧化物用量/份较低的强度;图3(b)为L2样品的断面SEM图像,可看出,在■一氧化怖;-0-氧化侧较高的放大倍数下,分散相的分布仍然比较均匀,可见,氧化图1稀土氧化物用量与聚烯烃阻燃性能的关系锎的存在可改善铝镁阻燃剂在基体树脂中的分散性,分散相粒2.2稀土氧化物对电缆料力学性能的影响度更小按GB104092制样对样品的力学性能进行测试结果见图2.4电缆料直接燃烧残留物分析2。从图2可以看出,随着稀土氧化物添加量的增加复合材料称取D2(阻横剂为1104铝错留合阻燃剂)和L2(阻燃剂的拉伸强度逐渐提高,材料的断裂伸长率有明显的下降这符合为100中国煤化工上)样品燃烧相同的时间一般无机物添加到聚合物体系中力学性能的表现规律;其中后,拍CNMHG东量残留物质量计算燃C2、L2样品的拉伸强度为7.627.84MPa,均高于D2样品的烧质量损失率,D2、L2样品的燃烧质量损失率分别为13.4%7.50MPa说明添加稀土氧化物使复合体系拉伸强度略有提高,和11.9%。由图4可以看出,两个样品的阻燃效果都比较好,皇料牛红梅——稀土氧化物在聚烯烃电缆中的协同阻燃作用2011年40卷第3期姿兰家氧化物用量份氧化物用量份氧化;-。-氧化绸。图2氧化物用量与阻燃体系拉伸强度(a)和断裂伸长率(b)的关系2)氧化铈、氧化的添加,使复合材料的拉伸强度提高断9裂伸长率的下降趋势减缓。在相同的添加量时添加氧化的复合体系力学性能较佳。3)氧化镧的存在可改善铝镁阻燃剂在基体树脂中的分散性,分布更加均匀4)含有稀土氧化物的复合体系阻燃效果较好,燃烧残留物所形成的炭层结构稳定、坚硬致密,很好地发挥了隔热、隔氧作用。(a)为D样品;(b)为1样品参考文献图3复合阻燃体系拉伸断面的SEM照片[1]瞿保钧陈伟,谢荣才,等低烟无卤阻燃聚烯烃的研究进展和应用前景[J功能高分子学报,2002,15(9):361-367with aluminium hydroxide/ melamine/ novolac resin synergistic system[J]. 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Magnesium hydroxide solid加,氧化铈、氧化镧均表现出明显的协同阻燃作用,氧化镧的协solutions, their preparation, and their use in resin or rubbercompositions as flame retardants: US, 5891945[P].1999-04-06.同阻燃作用更为显著(本文编辑WYD(上接53页)[J].工程塑料应用,2004,32(3):9-13.[6]周莉,田彦文,臧树良,等纳米ZnO对MC尼龙结构和性能的影响[9]中国煤化工玻璃纤维/石墨协同改性[J].复合材料学报,2007,24(2):68-72.密封,2007,32(9):88-90.[7]雷文张曙纳米氧化铝改性聚丙烯力学性能的研究[J].塑料科10CNMHG合材料的摩擦根性能门1技,2007,35(8):54-58材料科学与工程学报,2008,26(4):624-626.[8]杜荣昵,高小铃,渠成,等聚甲醛/纳米CaCO3体系的制备与性能(本文编