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乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)由于具有优异的物理和化学性能,已经广泛应用于诸多领域,尤其是作为绝缘材料使用的电线电缆料。然而,EVA的易燃性使其应用受到一定的限制。本论文以一种新型含磷硅高分子化合物(EMPZR)和聚磷酸铵(APP)作为阻燃剂,以马来酸酐接枝高聚物为相容剂,与EVA熔融共混,制备无卤阻燃EVA复合材料。研究了各组分对EVA阻燃性能和力学性能的影响,探讨了EMPZR和APP对EVA的协效阻燃机理;并利用热失重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等仪器对阻燃EVA材料的热分解特性、残余炭化物的成分和微观结构等进行了研究;同时计算了阻燃EVA材料的热分解活化能。主要内容包括有:
(1)分别用EMPZR和APP为阻燃剂对EVA进行阻燃研究。结果发现,加入20wt.%的EMZPR或APP,材料氧指数均由纯EVA的19%提高到23%,但继续增大二者的添加量,氧指数都没有明显的提高;当添加35wt.%EMPZR时,UL-94垂直燃烧测试可达到V-2级,但APP的添加量达到40wt.%时,材料的UL-94垂直燃烧测试仍然是无等级,说明EMPZR对EVA的阻燃效果优于APP。热失重结果表明,单独添加EMPZR或APP,残炭量相较于纯EVA均有明显提高;氧指数测试后相应的残炭表面的扫描电镜图片表明,添加EMPZR或APP可以是材料在燃烧后生成阻燃炭层,且EMPZR的成炭性要比APP好。
(2)将EMPZR和APP组成为复合膨胀阻燃剂对EVA进行阻燃研究。结果发现,添加20wt.%的EMPZR和20wt.%的APP所组成的复合膨胀阻燃剂可以使阻燃EVA材料的氧指数达到28.6%,垂直燃烧测试达到UL-94V-0级。热失重的结果表明,复合膨胀阻燃剂的加入可大幅提高体系的残炭量,并且有效降低最大失重速率;红外测试结果表明,在EVA中添加阻燃剂后,燃烧所生成的物质对EVA的热氧化降解具有一定的抑制作用;扫面电镜图片发现,氧指数测试后的样条表面形成了致密的炭层,有效提高了材料的阻燃性能;利用热重分析法研究了纯EVA及阻燃EVA在不同升温速率下的热稳定性及热分解动力学,并采用Kissinger及Flynn-Wall-Ozawa方法计算了纯EVA和阻燃EVA的热分解表观活化能,结果表明,将EMPZR和APP复配加入EVA中,能有效提高阻燃EVA材料在主分解阶段的热分解表观活化能。
(3)选用EVA-g-MAH作为相容剂加入到EVA/EMPZR/APP体系。结果发现,当EVA/EMPZR/APP/EVA-g-MAH的比例为50/20/20/10时,氧指数达到27.4%,垂直燃烧测试达到UL-94V-0级,拉伸强度达到10.7 MPa,断裂伸长率为1257%,相比没有加入相容剂的共混体系的力学性能有明显提高。扫描电子显微镜观察到EVA-g-MAH有效改善了阻燃剂成分在EVA基体中的分散,减小了分散相的相区尺寸,复合材料呈现明显的网状结构,且网络致密,孔洞分布和大小都很均匀,这种网状结构最大程度的减弱了添加组分对连续相基体的破坏程度。