聚丙烯是一种综合性能优良的通用塑料。然而由于其易燃并伴有燃烧滴溶现象,容易引起火灾,限制了其应用领域。高分子材料的阻燃研究经历了含卤阻燃、低卤阻燃到无卤阻燃的发展过程。但无机阻燃剂的阻燃效果远不及有机卤化物,使用添加量一般较大,加之与聚丙烯树脂亲合力差,导致材料力学性能下降。近年来,人们广泛开展了复合无机阻燃剂,如红磷与Al(OH)、Mg(OH)阻燃剂、膨胀型阻燃剂等的研究,1.2实验仪器及设备表2实验仪器、设备览品名型号生产厂家双螺杆混炼挤出机组34型中外合资江苏科亚化工装备有限公司高速加热混合机型辽宁阜新热源设备厂卧式注射成型机杭州丰铁机械有限公司万能制样机型河北承德设备机械厂氧指数测定仪2型江宁县分析仪器厂电子万能试验机型中国吉林应用技术研究所记忆式冲击实验机长春智能仪器设备研究所X射线衍射仪北京大学仪器厂扫描电子显微镜日本希望通过各组分间的协同作用以此降低A1(OH)3、13工艺流程框图―预混恪融共混挤出复合抗氧剂Mg(OH)的用量,取得一定效果。本文通过与一般Mg(OH)2相比较,探讨纤维级Mg(OH)复合阻燃剂对聚丙烯阻燃和力学性能的影响。
1实验1.1实验原料表1实验原料-一览原料名称规格生产厂家PP粒料中国大庆石化公司1250目(球状)1250目(纤维状)扬天粉体工程有限公司红磷分析纯天津市东丽区天大化学试剂厂工业品南京曙光化工厂抗氧剂一a工业品天津力生化工厂抗氧剂一b工业品北京化工三厂抗氧剂一c工业品北京化工三厂纤维级氢氧化镁水冷一>干燥一>切粒一>制样一>测试PP/纤维级Mg(OH)共混改性工艺流程1.4工艺流程说明C下干燥3h、红磷在40 C下干燥1h,然后按比例加上述两种物质及偶联剂于高混机中,偶联剂分3次加入,在室温活化1015min再按比例加入PP和复合抗氧剂,室温混合5min.预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出,经水冷干燥后进行切粒。具体工艺参数如表3.表3工艺参数一览表一区/C二区,C三区yC四区,C五区yC六区/C机头/C螺杆转速喂料速度熔体压力切粒速度1纤维水镁石监分文式为碧论躜学成分含量的加对共昆物的OI影响却不大。由可知,制得的粒料按GB12670―90试验方法中的4.1.2注射试样的制备进行标准样条的制备。
1.5分析方法样条经注射成型后,按GB2918之规定,在低温调温调湿箱中放置24h后进行检测,测试方法见表4.表4分析测试方法一览项目单位分析测试方法拉伸强度断裂伸长率悬臂梁缺口冲击强度氧指数2结果与讨论2.1纤维水镁石的结构通过X射线衍射分析判定(结果见表5)。样品由于具有择优取向,所以根据晶面间距(d)值大小可以确认。本实验样品由天然水镁石矿石制备。
表5天然水镁石的X射线衍射结果衍射峰衍射角晶面间距衍射强度相对衍射强度半高半宽注:一/0*高衍射峰的强度。
纤维水镁石的纤维洁白、易裂分、出绒率高。水镁石呈明显的层状结构,其中(ohr为六方型紧密堆积,每一个单元由两层(OH)与夹于其间的一层Mg2+组成,层间由很弱的氢氧键相连,因此,易与水分子形成氢键,能在水中呈悬浮液很好地分散13.为MgO占69.1%H2O占30.9%但实际矿物中除了Mg(OH)外还含有少量杂质,其主要成分见表6表6纤维水镁石的组成天然水镁石由于杂质的影响会呈现多种颜色,我们选择白色天然水镁石进行扫描电镜分析(结果见),呈现的是白色天然水镁石中纤维束的形态,它是由直径为1一5Mm的长纤维、短纤维和颗粒氧化铁构成。天然水镁石经特殊加工制成纤维级Mg(0H)超细粉,通过扫描电镜分析(结果见)可知,超细微粒外形尺寸具有高度不对称性,这对提高共混物的力学性能非常有益。
Mg(OH)超细粉的SEM照片2.2纤维级Mg(OH)的阻燃作用(OH)具有较大的长径比,表面呈强极性,由于分子间氢键作用而易团聚。为防止团聚,大其与基体树脂的相容性,提高共混材料的力学性能,本实验采用偶联剂KH―550对其表面进行改性。
在100份PP中加入不同量的纤维级Mg(OH)和红磷,实验结果见表7.由表中数据可知,当P含量一定时,随着纤维级Mg(OH)含量的加,共混物的氧指数(OI)加。而当纤维级Mg P与Mg(OH)2具有协同阻燃作用,因此,其添加量定为5份。当纤维级Mg(OH)2含95份后,共混物的OI达到阻燃要求。
表7实验数据和结果序号纤维级拉伸强度/MPa断裂伸长缺口冲击强率/%氧指数/% 2.3纤维级Mg(OH)对PP力学性能影响强度和缺口冲击强度有所降低,但降低幅度不大;断裂伸长率下降很大。这说明纤维级Mg(OH)―定程度上起到了玻璃短纤维的作用,减缓了PP由于大量填料的加入导致拉伸强度和冲击强度的大幅度降低,这与其他纤维状无机填料的作用基本相同14. 2.4Mg(OH)形状对阻燃性能和力学性能的影响的阻燃功能是相同的。阻燃剂的阻燃性能主要取决于化学组成,纤维级Mg(OH)和球状Mg(OH)的化学组成一致,阻燃机理必定相同,其阻燃性能相同也就不奇怪了。比较两者填充物的拉伸强度和冲击强度可知,当填料含量相同时,PP/纤维级Mg(OH)共混物高于PP/球状Mg(OH)共混物,说明纤维级Mg(OH)起到了预期作用。通过对拉伸断裂面的SEM分析也证明了这一点(见)。PP/纤维级Mg(OH)共混物拉伸断裂面存在明显的纤维抽脱现象,而且抽脱后留下的空洞焦深很大;而PP/球状Mg(OH)共混物上述没有特殊作用,这与Mg(0H)纤维的脆性有关。
3结论(OH)含量在50 %以上时,共混物的OI才能满足要求;纤维级Mg(OH)2对PP的拉伸强度、冲击强度影响不大;但断裂伸长率却下降很大。
(OH)相比,纤维级Mg(OH)对提高共混体系的力学性能有一定作用,一定程度上起到了玻璃短纤维的作用。