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本文采用熔融共混法制备乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)/三聚氰胺磷酸盐(MP)、EVA/MP/季戊四醇(PER)和EVA/MP/双季戊四醇(DPER)膨胀型阻燃材料,利用氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重分析(TGA)、实时红外分析、激光拉曼光谱和扫描电镜对EVA膨胀型阻燃材料进行了表征;同时对燃烧性能的各种影响因素加以分析,研究了膨胀型阻燃机理和残渣的膨胀炭层结构;并对EVA膨胀型阻燃材料的综合性能进行优化研究;取得了如下一些有意义的研究结果:
(1)研究了单一膨胀型阻燃剂MP在EVA中的阻燃作用。结果发现,随着MP添加量的增加,氧指数逐渐增加,当阻燃剂添加量为60%时,氧指数达35。但是阻燃剂添加量在50%以下时,垂直燃烧性能都没有级别;只有当添加量达到60%以上,才能达到V0级。
(2)研究了复合膨胀型阻燃剂MP/PER(或DPER)以及二者之间的配比对EVA阻燃性能的影响。对于EVA/MP/PER体系,在添加量为50%时,随着MP/PER的质量比增加,EVA阻燃材料的氧指数先逐渐增加,然后又有所降低。当MP/PER的质量比为1∶3和1∶2时,阻燃材料垂直燃烧性能都没有级别,当MP/PER的质量比为1∶1,2∶1,和3∶1时,阻燃材料垂直燃烧级别都达到了V-0级。且MP/PER的质量比为2∶1时,EVA阻燃材料具有最好的阻燃性能,垂直燃烧达到V-0级,氧指数最高(33%)。
在EVA/MP/DPER体系,随着MP/DPER的质量比(总添加量仍为50%)增加,EVA阻燃材料的氧指数也是先逐渐增加,然后又有所降低。当MP/DPER的质量比为1∶3和1∶2时,阻燃材料垂直燃烧性能都没有级别,当MP/DPER的质量比为1∶1,2∶1,和3∶1时,阻燃材料垂直燃烧级别都达到了V-0级。且MP/DPER的质量比为3∶1时,EVA阻燃材料具有最好的阻燃性能,垂直燃烧达到V-0级,氧指数最高(31%)。
(3)采用热失重、实时红外光谱、激光拉曼光谱等手段对膨胀型阻燃EVA材料的热分解特性以及残余炭化物的微观结构进行了研究。热失重结果表明,在800℃,EVA、PER和DPER几乎全部分解,MP的残渣为7%左右,而膨胀型阻燃材料EVA/MP/PER和EVA/MP/DPER的残渣量分别高达20%和11.5%。
实时红外光谱结果表明,在EVA中添加膨胀型阻燃剂,对EVA的热氧化降解具有一定的抑制作用。膨胀型阻燃EVA材料燃烧时能够产生致密的炭层,从而具有较好的阻燃作用,并采用激光拉曼光谱证实了阻燃EVA材料燃烧后形成了的炭层。
(4)实验发现,膨胀型阻燃EVA材料经过交联后,对其阻燃性能影响不大,但其力学性能有显著的提高。在EVA膨胀型阻燃体系中加入适量的聚丙烯,其阻燃性能和拉伸强度都有所提高,但断裂伸长率显著下降;加入适量的聚乙烯,拉伸强度有所提高,阻燃性能略微下降而断裂伸长率显著下降。此外,本文还研究了在EVA膨胀型阻燃体系中加入适量的协效剂对体系的性能影响。