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《华南理工大学》 2016年
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无卤阻燃POE电缆料的制备与性能研究

李聚钊  
【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。
【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

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