关于硼酸锌与氢氧化铝的混合物的阻燃性和机械物理性能的研究.docx
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关于硼酸锌与氢氧化铝的混合物的阻燃性和机械物理性能的研究
关于硼酸锌与氢氧化铝的混合物的阻燃性和机械物理性能的研究
摘要
本文中,我们研究了阻燃填料的混合物(硼酸锌和氢氧化铝)以不同积累的浓度比值添加在聚丙烯的影响。
马来酸酐接枝聚丙烯和硬脂酸钙已经被用来增强填料-基体界面相互作用和填料在基体的分散,填料的种类以及其浓度在不同混合样品中对火焰的抵抗能力的影响已经通过限氧指数试验确定。
上述参数对被制备样品机械性能的影响也研究过了。
记录的数据表明,添加含有铝无水块状聚丙烯提高复合材料的物理力学性质。
虽然,它对极限氧指数有小幅负面影响。
此外,得到的结果体现的,比较明智的,与分别使用相比两个阻燃剂混合而成的混合物在一定浓度组合会达到最大效果
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1.简介
和燃烧有关的事故一直是人类史上灾难性的现象。
如今,在广泛的层面应对火灾的新现代的防治技术带来了安全措施。
在过去几个世纪,所有发生在大城市与火有关的灾害,在当今这个时代,已几乎没有了。
考虑到,在在21世纪,用于生产的高分子材料的消耗有了大幅增加,因此,在设计阶段与之有关火灾预测和结构改进,是的阻燃剂变得非常重要
燃烧的过程中已被总结为以下五个主要阶段:
升温;
溶解或解体;
易燃;
燃烧;
蔓延
通过对上述各类别的分析,我们可以减小(阻止)其中任何一个过程在这个火灾真正发生前。
在这种情况下,常见的方式之一是混合可燃材料,如高分子物质或延缓剂,它可以防止在上述各主要类别中任何一个燃烧过程。
被用的最多的阻燃剂包括有机卤化合物和含磷化合物。
一般情况下,硼酸,磷酸铝,硼酸盐,硫酸铵和氯化物也会被用作阻燃剂。
根据其物理和化学的性质,每一个阻燃剂可以分别以固体,液体和气体形式作用。
例如,卤素化合物以蒸汽产生作用,因为被暴露于热中其机制会被打破并释放(或创建)自由基(XO)。
这些自由基与高分子材料的分解过程中已经释放的自由基反应,形成稳定的化合物,磷化合物通过减少可燃气体的形成量来阻止燃烧
考虑到大部分阻燃剂不环保,也因为市政的法律规定,大量的注意力被放到无机化合物(的阻燃剂),特别是金属氢氧化物[4-8]。
这些都是有效的阻燃剂,其功能如下:
金属氢氧化物,吸热分解,吸收环境热量,从而降低吸热分解率。
其累计释放蒸汽稀释周围的可燃气体。
阻燃聚合物的热容量比单纯的聚合物大得多,减少热能。
填料在高容量时作为固相稀释剂产生作用,在燃烧过程中氧化金属涂层通过热分解的产物起着热绝缘体的作用。
对阻燃聚合物来说,氢氧化镁,氢氧化铝和硼酸锌是使用最多的金属氢氧化物。
与金属氢氧化物有关的困难之一是其机械性能的降低,特别是添加填充物的样品的强度特性低于纯样本。
这可能是由于聚合物与填料之间可通过各种技术提高的兼容性不足。
1990年,Cusak和Killmeyer研究有机锌复合材料作缓凝剂和在某些塑料中的减熏蒸剂。
他们提议羟基锡酸锌(ZnSn(OH)6)和锡酸锌(ZnSnO3)作为氢氧化铝阻燃效果加速剂。
1995年,叶等人,优化的聚乙烯(以下简称,为PE)通过指导增加氢氧化镁和氢氧化铝,(Yehetal.[10],in1995,optimizedpolyethylene(hereinafter,isreferredtoasPE)?
reconductbyincreasingmagnesiumhydroxideandaluminumhydroxide)。
这些填料降低了熏烟量,因此,降低聚合物的力学性能和阻力特性。
杨和他的同事,同样地,添加可以形成横向结合的聚乙烯-锡兰共聚物于聚乙烯—氢氧化镁混合物中。
这除了提高复合材料的阻燃性能,降低烟熏量以及增强其电阻性能。
在研究易燃性质时,杨使用极限氧指数,(在这个指数下)他建议在考虑相同的添加比例下氢氧化镁比氢氧化铝更适合作为阻燃剂。
此外,在1996年霍恩斯比和他的同事,利用氢氧化镁来减缓锦纶6和锦纶66的实验,并凭此改善了热分析传到。
霍恩斯比也研究聚酰胺的反映,一旦其与氢氧化镁混合并爆炸,由于在热分解反应中金属氢氧化物表面积是非常重要的因素,所以像大多数金属氢氧化物一样,氢氧化镁降低了聚合物的热氧化性能。
并且,Rothon和Hornsby[12],于1996年将氢氧化镁和氢氧化铝介绍为最合适作为乙烯(stat),聚丙烯,聚酰胺等聚合物的阻燃剂,并在一项过研究中,说明熏蒸率的下降和通过一个锥形量热仪表示了聚丙烯和氢氧化镁融合的平均热释放速率。
2000年,Zilberman等人。
通过使用锥形量热仪和热重力调查固态聚氯乙烯和含26wt%固态乙烯的EVA每个混合过程中的热传导和热分解。
混合型聚合物含有随着三聚氰胺聚磷酸盐20wt%的氢氧化铵,铝,考虑风范表明改进的混合形式相比,哪只含有氢氧化铝和三聚氰胺黄金无法产生热排放速率参数,质量下降和烟雾产生率,年膨胀涂层。
最近aussi一些研究人员一直试图提高矿产火焰焰利用纳米阻燃剂的阻燃材料论文的影响[4,5]
混合型聚合物含20wt%的和氢氧化铝或者三聚氰胺一起的聚磷酸氨,与那些只含有氢氧化铝或者三聚氰胺的混合形式并且无法产生膨胀的涂层比较,表现出改善的认为作为热排放速率参数的行为,质量压下率和烟雾生成的行为。
最近也有一些研究人员一直试图提高使用这些材料纳米阻燃剂的矿产火焰阻燃效果[4,5]。
在本文中,聚丙烯颗粒复合材料,包括氢氧化铝和硼酸锌已制备以及他们的物理和力学性能进行了研究。
为了提高复合材料的力学性能,已经采用在聚丙烯混入马来酐以及硬脂酸钙的方法。
2.材料和方法
聚丙烯(以下,简称PP)于阿拉克石化公司在使用中获得,因为它是一种聚丙烯和聚乙烯共聚物所有有个商业名称叫R40,这两个氢氧化铝填料,AL(OH)3的,密度为Q=2.4kg/m3的和硼酸锌(以下,简称ZnB),4ZnO-B2O3的?
水,曾经被用作阻燃剂。
聚丙烯与马来酐的混合物(以下,简称MAPP),通过EDMANN有限公司(商标:
EDMCEM8801)已经研制作为增容剂。
也是商业样品的硬脂酸钙用于降低粘度,缓解这一进程。
3.样品配制和检测方法
首先,R40与硬脂酸钙,氢氧化铝和硼酸锌粉末混合由螺杆直径为25mm转速为18rpm时L/D比值为18的单螺杆挤出机挤出。
之后,为了准备样品进行力学性能测试,按ASTM标准(美国标准测试方法)(美国ASTMD638和ASTMD256),获得挤压的板材分别切成约2-3厘米并由德国制造(Monamat80)注射器注射。
为了进行燃烧试验的目的,符合ASTM标准(ASTMD2863)的极限氧指数(LOI)法被选中使用。
此外,使用15?
15cm成型板的油压机,制备的样品成分如表1所示。
4.结果和讨论
4.1.化合物的可燃性
正如预期的添加有机填料到R40基质中导致LOI(见表2)增加。
很明显的MAPP的添加轻微地降低了LOI。
比较两种复合材料的LOI,R40–ATH–ZnB-(ZnB=0.1ATH)30andR40–ATH–MAPP30,它可以表明,加入小剂量ZnB,导致LOI相对的增加。
这种增加的主要原因可能被解释如下:
1.这两种有机填料,氢氧化铝和ZnB,在其化学结构包含了一些结晶水。
在220℃至450℃的温度范围,氢氧化铝的吸热反应,释放34wt%的蒸汽。
然而,在290℃至450℃温度范围ZnB的吸热反应释放15wt%的蒸汽。
2. 因此在燃烧时,复合材料的温度降低。
此外,释放蒸汽稀释可燃气体,导致LOI增 加。
3.通过ZnB脱水反应释放的B2O3andAl2O3作为一个强大的抗氧渗透的保护层。
结果,复合材料的易燃性降低,LOI增加。
4.2.样品的机械性能
在本节中,包括拉伸强度,拉伸模量,断裂伸长率和冲击强度复合材料的机械性能进行了研究。
4.2.1。
拉伸强度,
就像预期的那样,在所有情况下增加填料量会引起了复合材料拉伸强度的下降。
整体而言,填充物成分和基质可能会导致拉伸强度的上升或者下降。
如果压力完全从基质转移到填料,那么拉伸强度增大。
然而,像ATH和ZnB的有机填料,由于填料的表面与基体之间脆弱的粘附和其固有的不亲和的原因,拉伸强度下降。
与此相反,氢氧化铝和ZnB热分解最终在这个过程中产生蒸汽,导致基质内凹处的产生,这些凹处再次降低拉伸强度。
此外,这些复合材料的填料数量的增加引起了拉伸强度下降。
图2显示了复合材料的拉伸强度:
R40–ZnBandR40–ZnB–MAPP。
通过比较上述两个图表,很明显的是当MAPP在R40–ATH里作为增容剂是没有任何效果。
应该注意的是两个图表之间(图1,图2)的差异是在实验误差允许范围内可以忽略不计。
在这些复合材料,同样地,填充量的增加引起拉伸强度的下降。
从图2来看,,R40–ZnB的复合材料的拉伸强度通过增加MAPP而提高是同时明显而重要的。
因此,可以得出这样个结论MAPP可以导致填料和基质之间胶粘性的增加.图3表现R40,ATH和ZnB同R40–ATH–MAPP和R40–ZnB–MAPP混合的复合材料的拉伸强度。
在这,R40–ATH–MAPP复合材料的两个样品种类通过进行比较来阐明,在前者,ZnBATH的10wt%,在后者ZnB占ATH的20wt%。
很明显,加入少量的ZnB到R40–ATH–MAPP的复合材料中导致复合材料的拉伸强度(本是通过增加填料量来提高)提高。
关键点是,ZnB混合在R40–ATH–ZnB–MAPP的重量百分比从10wt%增加到20wt%对其机械性能的提高没有任何作用,认识到可能ZnB处于10wt%的样品是提高合材料的拉伸强度最佳值。
4.2.2 拉伸模量
由于预期,通过ATH的拉伸模量(图4),ATH复合材料和R40的复合材料都通过增加填料的数量从而增加。
图4是表示复合材料的硬度的拉伸模量也说明了ATH和 ZnB具有较高的拉伸模量,并利用这些填料,R40–ATH的灵活性下降。
图5说明了填料的数量对R40–ZnB–MAPP复合材料的拉伸模量的影响。
可以比较明智的观察到,R40–ATH复合材料拉伸模量边坡变化比含MAPP的R40–ATH–MAPP复合材料变化的大,这一情况引起了R40-ATH在20%以上的百分比时的拉伸模量增长。
这个问题可能是由于纯MAPP较低的拉伸模量而减少了拉伸模量。
同样,如图5显示,相比之下,R40-ZnB-MAPP的复合材料比R40-ZnB复合材料拉伸模量较高。
上述差异是由于增加了MAPP的填料粒子的表面与基体之间的粘连性。
图6表现将ZnB加入R40-ATH-MAPP的复合材料的影响。
如前所述,ZnB分别以ZnB=10wt%加入ATH和ZnB=20%时加入ATH。
很明显,添加ZnB导致了R40-ATH-MAPP复合材料的拉伸模量的增加。
4.2.3.断裂伸长率
根据获得的数据,将(氢氧化铝)无机填料加入R40基质导致聚合物样品的断裂伸长率降低。
例如,填料超过10%以上会导致70%(图7)减少。
其实,这是由于有机基质填料的存在,导致基质失去对抗弹性变形的能力。
因此,复合材料在一个较低的弹性变形下就会断裂。
下一个重要点,通过样本内填料的热分解并释放蒸汽的过程中形成的孔洞,因而造成这种下降。
图8证实了上述解释。
4.2.4.冲击强度
R40基质内填料量的增加导致其冲击强度减少(图9),这可能与在填料中脆弱的表面粘附相关,并在样品基质形成牙洞。
Fig.10阐明了R40–ATH和R40–ATH–MAPP复合材料的冲击强度.我们可以得出MAPP添加到R40–ATH复合材料里并没有改善它的冲击强度。
不同于拉伸强度和拉伸模量,MAPP并没有对R40-ZnB复合材料的冲击强度有显着效果。
看起来含高MAPP填充量的复合材料确实具有较低的冲击强度,这可能与在测量中实验误差有关。
图11已经说明4个样品的冲击强度图表,可以看出,在填料数量所有的方面R40-ZnB-MAPP的冲击强度要比R40-ATH-MAPP的复合材料强。
这是因为(i)MAPP的存在及(ii)ZnB微粒表面与R40之间附着力的增加。
另外一点,图11里要注意的是填料数量由10%提高到20%的造成冲击强度的增加。
因此,正如刚才解释,似乎ZnB量相当于氢氧化铝的10wt%是这个复合材料的最佳用量。
5.结论
在所有样品的增加填充料的数量会引起了拉伸强度和断裂伸长率下降,但拉伸模量却增加。
增添MAPP作为增容剂在已包含氢氧化铝的复合材料几乎没有任何作用,而添在含有ZnB的复合材料中,其拉伸模量有所增加。
另外,MAPP添加在包含ATH和ZnB的复合材料(其ZnB的重量比例等同于含有10wt%的ATH而且当消耗更高比例的ZnB几乎没有影响)
上述观察表明,MAPP增加ZnB和R40基质之间的附着度,但对氢氧化铝没有影响。
此外,比较R40-ZnB和R40-ZnB-ATH复合材料的机械性能的图表,可以看出,将ZnB的数量从10wt%增加至20%会造成冲击强度下降。
因此,根据这些研究结果,可以得出结论,为了提高机械性能,在含有氢氧化铝复合材料中ZnB最佳值应为10wt%。
氢氧化铝和ZnB增加结晶基底的程度,但MAPP的添加却减少了结晶度。
在R40基质添加ATH会提高聚合物基阻燃性能。
同时,将ZnB添加到含有氢氧化铝的复合材料会引起极限氧指数(LOI)增加,或者减少并提高复合材料的阻燃性能。
但是,添加MAPP会减少LOI。
附注:
(附注我就不翻译了,说得都是他参考了什么什么书,谁谁谁的论文。
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- 关于 硼酸 氢氧化铝 混合物 阻燃 机械 物理性能 研究