无卤阻燃POE电缆料的制备与性能研究

发布时间：2017-07-06 05:47

  本文关键词：无卤阻燃POE电缆料的制备与性能研究

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【摘要】：聚烯烃是由纯碳氢元素组成,具有质轻、无毒、耐化学、电绝缘、易加工成型等特点,被广泛的用作无卤电缆料的基体材料。乙烯-辛烯共聚物(POE)具有聚烯烃的普遍特点,并且柔韧性好,耐温和耐老化性能优异,更加适用于电缆的包覆材料。然而,POE易燃烧,极限氧指数在17%左右,燃烧时火焰剧烈,并且有明显的熔滴现象,作为电缆料必须对其进行阻燃改性。本文通过向POE中添加无卤膨胀阻燃剂的方法,对其进行阻燃改性,并研究了膨胀阻燃剂与其它阻燃剂的协同作用,制得了一系列无卤阻燃POE电缆料。研究内容和主要结果如下:(1)研究了聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)组成的膨胀阻燃剂(IFR)阻燃POE,考察了APP和PER的不同配比对PO E复合材料的力学性能、极限氧指数(LOI)和垂直燃烧等级(UL94)的影响,通过热失重分析研究了复合材料在氮气气氛下的热降解行为,并通过锥形量热分析考察了材料燃烧时的热释放过程。当阻燃剂总量为60phr、APP/PER为2/1时,POE复合材料的LOI达到28.0%,通过UL94 V-0级测试,拉伸强度为18.04Mpa,断裂伸长率为592%;阻燃剂的添加使材料的热稳定性下降,其中PER对复合材料的热稳定性有较大影响;当APP/PER为2/1时,复合材料的热释放速率减少,总热释放量最小为127.9MJ/m2,表现出最佳的阻燃效果。(2)以硼酸锌(ZB)为协同阻燃剂,研究了ZB与膨胀阻燃剂在POE复合材料中的协同阻燃效果,考察了ZB与IFR的不同配比及用量对POE复合材料的力学性能、阻燃性能、热稳定性的影响,并通过锥形量热分析了复合材料的燃烧行为,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了炭层的结构。结果表明,少量的ZB对复合材料有一定的补强作用,当ZB复配量为10phr时,拉伸强度为15.99Mpa,断裂伸长率为593%,复合材料的LOI达到28.5%,通过UL94 V-0级测试;ZB有助于改善复合材料200~300℃温度范围的热稳定性,不利于400~500℃温度范围的热稳定性,ZB的加入能够提高材料的质量残留率;当ZB复配量为10phr时,总热释放量(THR)为128.20MJ/m2,起到很好的抑烟效果;炭层的扫描电镜(SEM)显示,少量的ZB能够使材料形成致密完善的炭层,ZB的加入能够形成疏松封闭的孔洞结构,起到隔绝和吸附的作用。(3)研究了次磷酸铝(AHP)与IFR在POE复合材料中的协同作用,考察了二者的比例及用量对材料的力学性能和阻燃性能的影响,并进行了热失重分析、锥形量热分析和SEM分析,确定了最佳的复配比例。结果表明,AHP的加入对POE复合材料的断裂伸长率影响不大,少量的AHP有一定的补强效果,当AHP用量为10~15phr时,复合材料综合性能最佳,LOI达到30.8%,通过UL94 V-0级测试;AHP的加入不利于复合材料的热稳定性,但能够提高材料的质量残留量,促进材料的脱水炭化;当AHP复配量为10phr时,复合材料的热释放速率的峰值(p-HRR)为206.22kW/m2,THR为109.20MJ/m2,烟生成总量(TSP)为17.27m2,少量的AHP与IFR复配有一定的抑烟效果;SEM表明,当AHP复配量为10phr时,形成的炭层致密完善,能够起到很好的阻隔作用。(4)研究了硅灰石(Wollastonite,Wo)在膨胀阻燃体系及协同阻燃体系中的作用,考察了其在膨胀阻燃体系中的协同和填充效果,并对比了改性前后对材料力学性能和阻燃性能的影响。结果表明,Wo与IFR在POE中的协同阻燃作用较差;改性硅灰石能够提高材料的力学性能,但不明显;改性硅灰石填充为10phr时,ZB协同阻燃体系的力学性能提高,LOI为27.9%,但UL94测试无等级;在AHP协同阻燃体系中,改性Wo用量为30phr时,力学性能最佳,但LOI下降,不能通过UL94 V-0级测试。
【关键词】：聚烯烃弹性体(POE) 无卤阻燃 聚磷酸铵 季戊四醇 硅灰石
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM24
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-30
• 1.1 引言13
• 1.2 聚烯烃的燃烧和阻燃机理13-15
• 1.2.1 隔离膜机理14
• 1.2.2 自由基捕获机理14
• 1.2.3 冷却机理14-15
• 1.2.4 协同作用机理15
• 1.3 聚烯烃用无卤阻燃剂15-22
• 1.3.1 金属氢氧化物15-17
• 1.3.2 磷系阻燃剂17-19
• 1.3.3 氮系阻燃剂19-20
• 1.3.4 硼系阻燃剂20-21
• 1.3.5 硅系阻燃剂21-22
• 1.4 聚烯烃的无卤阻燃新技术22-25
• 1.4.1 阻燃剂的表面处理22
• 1.4.2 纳米技术22-23
• 1.4.3 微胶囊化技术23
• 1.4.4 协同阻燃技术23-24
• 1.4.5 膨胀阻燃技术24-25
• 1.5 聚烯烃电缆料的基体树脂25-27
• 1.5.1 PE电缆料25
• 1.5.2 PP电缆料25-26
• 1.5.3 EVA电缆料26
• 1.5.4 乙丙橡胶电缆料26
• 1.5.5 POE电缆料26-27
• 1.6 本论文研究目的及主要内容27-30
• 1.6.1 本论文研究目的及意义27-28
• 1.6.2 本论文主要研究内容28-29
• 1.6.3 本论文的创新之处29-30
• 第二章 膨胀阻燃POE的制备与性能研究30-42
• 2.1 引言30-31
• 2.2 实验部分31-32
• 2.2.1 主要原料31
• 2.2.2 主要仪器及设备31
• 2.2.3 试样制备31
• 2.2.4 性能测试与表征31-32
• 2.3 结果与讨论32-40
• 2.3.1 APP/PER阻燃PO E复合材料的力学性能32-33
• 2.3.2 APP/PER阻燃PO E复合材料的阻燃性能33-35
• 2.3.3 APP/PER阻燃PO E复合材料的TG-DTG分析35-38
• 2.3.4 锥形量热分析38-40
• 2.4 本章小结40-42
• 第三章 ZB协同膨胀阻燃POE的制备与性能研究42-57
• 3.1 引言42
• 3.2 实验部分42-44
• 3.2.1 主要原料42-43
• 3.2.2 主要仪器及设备43
• 3.2.3 试样制备43
• 3.2.4 性能测试与表征43-44
• 3.3 结果与讨论44-55
• 3.3.1 ZB协同膨胀阻燃POE复合材料的力学性能44-45
• 3.3.2 ZB协同膨胀阻燃POE复合材料的阻燃性能45-47
• 3.3.3 不同阻燃剂用量对POE复合材料性能的影响47
• 3.3.4 ZB协同膨胀阻燃POE复合材料的TG-DTG分析47-49
• 3.3.5 锥形量热分析49-52
• 3.3.6 SEM分析52-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 AHP协同膨胀阻燃POE的制备与性能研究57-73
• 4.1 引言57-58
• 4.2 实验部分58-59
• 4.2.1 主要原料58
• 4.2.2 主要仪器及设备58
• 4.2.3 试样制备58
• 4.2.4 性能测试与表征58-59
• 4.3 结果与讨论59-71
• 4.3.1 AHP协同膨胀阻燃POE复合材料的力学性能59-61
• 4.3.2 AHP协同膨胀阻燃POE复合材料的阻燃性能61-62
• 4.3.3 不同阻燃剂用量对POE复合材料性能的影响62-63
• 4.3.4 AHP协同膨胀阻燃POE复合材料的TG-DTG分析63-64
• 4.3.5 锥形量热分析64-68
• 4.3.6 SEM分析68-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 硅灰石改性阻燃POE的性能研究73-85
• 5.1 引言73
• 5.2 实验部分73-75
• 5.2.1 主要原料73-74
• 5.2.2 主要仪器与设备74
• 5.2.3 试样制备74
• 5.2.4 性能测试与表征74-75
• 5.3 结果与讨论75-84
• 5.3.1 硅灰石协同膨胀阻燃POE的性能75-77
• 5.3.2 硅灰石填充膨胀阻燃POE的性能77-80
• 5.3.3 改性硅灰石在协同阻燃体系中的应用80-84
• 5.4 本章小结84-85
• 结论85-87
• 参考文献87-95
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果95-96
• 致谢96-97
• 附件97

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本文编号：524893