含协效阻燃剂的硅烷交联聚烯烃电缆料的研究

发布时间：2020-06-10 12:14

【摘要】：硅烷交联聚烯烃因具有良好的力学性能、加工性、耐热性以及电绝缘性能被广泛应用于电线电缆中,但是其氧指数较低,易燃烧的缺陷限制了应用范围。因此硅烷交联聚烯烃的阻燃研究成为发展的趋势,基于此,本文利用协效阻燃剂与氢氧化物阻燃剂的复配研制高效低填充无卤阻燃硅烷交联聚烯烃电缆料,为硅烷交联聚烯烃线缆材料产业化打下良好的基础。本文通过正交试验确定了硅烷交联聚烯烃的制备工艺和配方,并采用两步法制备了硅烷交联阻燃聚烯烃复合材料。首先探讨氢氧化铝(ATH)和氢氧化镁(MH)复配阻燃剂的最优配比,以及偶联处理前后对材料各个性能的影响,其次确定了复合材料的交联时间和交联温度。结果表明:偶联处理提升了复合材料的加工性以及拉伸强度、断裂伸长率、体积电阻率和击穿场强。确定了ATH与MH的重量比为ATH:MH=20:40;交联温度为80℃,交联时间为8 h时,复合材料的性能最好。然后主要研究了协效阻燃剂有机蒙脱土(OMMT)、二乙基次膦酸铝(ADP)、硼酸锌(ZB)对复合材料交联度、阻燃性、热稳定性、力学性能和电性能以及加工性的影响。结果表明:1)适量加入OMMT有助于改善复合材料的加工性,提升材料的热稳定性;当OMMT含量为5 wt%时,复合材料表面平滑,延伸率达到15%,永久变形率达到6.6%,氧指数达到34%,热失重残炭率为38.3%,拉伸强度为14.86 MPa,断裂伸长率为378.9%,击穿场强22 MV/m,体积电阻率为2.96×1013?·m。2)ADP的适量添加有助于提高复合材料的加工性。当ADP含量为3 wt%时,材料性能达到最优;热延伸率为17%,永久变形率为13.3%,氧指数达到33%,拉伸强度为14.6 MPa,断裂伸长率为364.79%,击穿场强为21.6 MV/m,体积电阻率为1.98×1013?·m。3)ZB作为协效阻燃剂能够改善复合材料的加工性,提高材料的热稳定性。当ZB含量为6 wt%时,材料综合性能达到平衡,此时热延伸率为17%,永久变形率为13.3%,氧指数为33%,残炭率为39.8%,拉伸强度为13.6 MPa,断裂伸长率为341.68%,体积电阻率达到2.05×1013?·m,击穿场强达到21.4 MV/m。本文最后还讨论了协效阻燃剂对氢氧化物阻燃剂加量的影响并确定了其阻燃母料的用量,结果表明:协效阻燃剂的使用能够在满足性能同时有效将ATH和MH的用量从51 wt%降低到36 wt%,其阻燃母料的最佳用量应在60 wt%。
【图文】：

微观形貌,复合材料,配比,微观形貌

不同配比MH和ATH在复合材料中的微观形貌

偶联处理,炭层,复合材料

有文献[52]表明，ATH、MH 两种阻燃剂属于极性分子，聚烯烃基体大多极性，共混时相容性较差，，因此对两种无机氢氧化物阻燃剂进行偶联处理其表面具有非极性基团，降低界面的表面能，提高了界面的相容性，使得分子在聚烯烃中更好的分散。比较偶联处理与未处理的 ATH/MH 对硅烷交卤阻燃聚烯烃复合材料各项性能的影响。3.1 燃烧特性分析为了研究偶联处理对复合材料燃烧特性的影响，将偶联处理前后的复合进行燃烧，其碳层如图 3-6 所示。图 3-6(a)是阻燃剂未经偶联处理得到的复合材料燃烧后的碳层，图 3-6(经过偶联处理后所得的材料的碳层。可以看到，使用偶联处理的硅烷交联聚烯烃的炭层十分稳定并且致密而未偶联的炭层则不具备这种特点。造成现象的可能原因是偶联处理使得极性分子 ATH 和 MH 带有非极性基团，从高了阻燃剂在基体中的相容性，使得有机相和无机相更好的结合，阻燃剂体中分散的更加均匀，提高了阻燃剂的阻燃效率。另外偶联剂因含有有机够在燃烧过程中起到稳定碳层的作用，使得阻燃剂的作用能够充分发挥。a) b)
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TM24

【参考文献】