含晶须阻燃剂对EVA/LDPE复合材料性能的影响

作     者：吴晨颖 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘子利

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：EVA/LDPE复合材料 熔融共混 晶须 协同剂 锥形量热仪 阻燃性能 

摘      要：聚乙烯乙酸乙烯酯/低密度聚乙烯(EVA/LDPE)共混物具有良好的物理性能和加工性能,以及无卤和高电阻特性而广泛应用于航空航天、电线电缆等工程领域,但由于其高脂肪烃的结构而非常易燃。开发环境友好的EVA/LDPE基复合材料,提高其阻燃耐火性能,是目前引起广泛研究者关注的重要课题。本文通过转矩流变仪熔融共混制备了EVA/LDPE基复合材料,选取晶须和氢氧化铝(ATH)为填料,探讨了碱式硫酸镁晶须(MHSH)含量、ATH含量及MHSH、硼酸铝晶须(ABW)和硫酸钙晶须(CSW)混合晶须配比对晶须/ATH/EVA/LDPE复合材料性能的影响,并以硼砂和硼酸锌(Zn B)为对比,研究了微胶囊红磷(MRP)作为MHSH、ATH阻燃协同剂的影响及机理;重点采用极限氧指数(LOI)、锥形量热仪(CCT)、水平垂直燃烧(UL-94)、热重分析(TGA)、扫描电镜及能谱仪、万能拉伸机、邵尔硬度、高阻计、介电强度仪等多种分析手段,研究了不同成分的共混复合材料的阻燃性能、力学性能和电绝缘性能。结果表明,随着MHSH或ATH含量的提升,MHSH/ATH/EVA/LDPE复合材料的的LOI、UL-94等级和CCT测试的阻燃性能提升,20%MHSH/15%ATH添加体系和15%MHSH/30%ATH添加体系的LOI分别达到了28.5和28.4,UL-94等级达到了V1和V0,p HRR和THR达到了258.39 k W/m、21.31 MJ/m和190.10 k W/m、18.41 MJ/m,邵尔硬度出现了显著提升,热变形率显著下降,拉伸强度影响较小,断裂伸长率和电阻绝缘性能出现了下降。15%MHSH/15%ATH/0.5%TAS-2A添加体系具有最佳的综合性能,0.5%TAS-2A分散剂引入,拉伸强度和断裂伸长率分别由9.69MPa和170.55%提升至10.43 MPa和183.27%,p HRR和THR分别由397.51 k W/m、24.08 MJ/m下降至348.91 k W/m、21.27 MJ/m,FPI指数由0.1157提升至0.1290,UL-94等级由HB提升至V0。混合晶须共混体系中,CSW推迟了TTI即点燃开始阶段,ABW提升了TGA残余率和T。MHSH:ABW:CSW=13.5 phr:6.75 phr:6.75 phr的添加体系具有最佳的阻燃性能,燃烧炭层完整性好,表面Mg O、CSW和ABW分布均匀,LOI为26.8,CCT试验TTI和T为60 s和130s,p HRR、THR、TSR、FPI和FGI分别为364.39 k W/m、20.84 MJ/m、187.18 m/m、0.1646和2.8030,混合晶须的引入对拉伸强度和邵尔硬度的影响较小,均在10～11 MPa和大于93 HA,对断裂伸长率的损害显著,对体积电阻率和介电强度影响有限,均在12个数量级和25～35 MV/m区间。MRP协同剂的加入显著提升了MHSH/ATH/EVA/LDPE复合材料的阻燃性能,CCT试验TTI和T为59 s和135 s,p HRR、THR、FPI和FGI分别为219.86 k W/m、19.38 MJ/m、0.2684和1.6286,LOI提升至28.4。阻燃机理在于MRP可以同MHSH晶须、ATH组成三元协同阻燃体系,MRP氧化生成的PO与MHSH、ATH分解产生的水作用生成磷酸、聚磷酸等玻璃状覆盖层,在高温热能及气体推动下在燃烧表面铺展,将分解后的Mg O晶须、AlO颗粒搭建的网状结构粘结起来,形成的隔绝层阻碍了燃烧区域向基体的热流流动,以及氧气和其他挥发性产物的交换,从而阻止了聚合物基体的热氧化分解。