少量增容劑對(duì)膨脹阻燃PP／POE共混復(fù)合體系性能的影響*

金靜，王昊，舒中俊

(1.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院消防工程系，河北廊坊 065000； 2.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院研究生部，河北廊坊 065000)

少量增容劑對(duì)膨脹阻燃PP／POE共混復(fù)合體系性能的影響*

金靜1，王昊2，舒中俊1

(1.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院消防工程系，河北廊坊 065000； 2.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院研究生部，河北廊坊 065000)

為提高聚丙烯(PP)材料的熱性能和力學(xué)性能，選用膨脹型阻燃劑(IFR)對(duì)PP／乙烯-辛烯共聚物(POE)共混體系進(jìn)行阻燃改性，應(yīng)用雙螺桿共混擠出的方法制備了PP／POE／IFR共混復(fù)合體系，對(duì)共混復(fù)合體系的阻燃性能、力學(xué)性能、膨脹炭層以及微觀相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，少量增容劑馬來酸酐接枝POE (POE-g-MAH)的加入使得IFR顆粒的分散更加均勻、分散粒徑減小，同時(shí)顆粒與聚合物基體間的結(jié)合更加緊密，從而對(duì)共混復(fù)合體系的力學(xué)和阻燃性能都有明顯的提高，特別是提高沖擊強(qiáng)度。當(dāng)PP／POE／IFR／POE-g-MAH配比為80／17／20／3時(shí)，共混復(fù)合體系的平均熱釋放速率、熱釋放速率峰值、比消光面積平均值、總煙釋放量較未添加增容劑的共混復(fù)合體系(PP／POE／IFR配比為80／20／20)分別下降了22.4%，14.9%，29.2%，21.8%，沖擊強(qiáng)度提高了69.6%。

聚丙烯；乙烯-辛烯共聚物；增容劑；膨脹型阻燃劑；燃燒性能；力學(xué)性能

聚丙烯(PP)是一種綜合性能良好的通用高分子材料，應(yīng)用廣泛。但是，PP的耐沖擊性能差，尤其低溫脆性大[1]，同時(shí)PP易燃燒，極限氧指數(shù)(LOI)低(17%～18%)，且燃燒發(fā)熱量大，產(chǎn)生大量熔滴，應(yīng)用時(shí)一般需添加阻燃劑對(duì)其進(jìn)行阻燃改性[2–6]。膨脹型阻燃劑(IFR)是一種以氮、磷為主要組成的環(huán)保型阻燃劑，由于其燃燒時(shí)煙霧少，放出的氣體無害，在燃燒過程中發(fā)泡生成蜂窩狀炭層包覆在材料外層，因此對(duì)于增強(qiáng)聚合物材料的阻燃性能是相當(dāng)有效的[7]。但是IFR也存在阻燃效率低、添加量大等許多問題，同時(shí)，用其改性PP時(shí)，往往會(huì)使材料的力學(xué)性能惡化，特別是沖擊韌性有很大程度的降低[3–6]。為了拓展阻燃PP復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，有必要對(duì)PP進(jìn)行增韌改性以得到綜合性能較好的阻燃材料。聚合物共混能夠綜合多種聚合物的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)阻燃劑對(duì)材料力學(xué)性能造成的破壞。雖然目前針對(duì)PP阻燃的研究很多[8–13]，但是對(duì)PP共混物進(jìn)行阻燃的研究相對(duì)較少[14–16]；對(duì)PP單組分進(jìn)行阻燃時(shí)，一些研究討論了增容劑的種類及含量對(duì)PP復(fù)合材料的影響[17–18]，而在多相多組分的共混復(fù)合體系中，因其相結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜而系統(tǒng)討論增容劑的添加對(duì)共混復(fù)合體系阻燃及力學(xué)性能影響的報(bào)道則比較欠缺[19–20]。為實(shí)現(xiàn)PP的高性能化，筆者用商業(yè)化的復(fù)配型IFR對(duì)典型的PP增韌共混體系PP／乙烯-辛烯共聚物(POE)進(jìn)行阻燃改性，并討論了增容劑馬來酸酐接枝POE (POE-g-MAH)的添加對(duì)共混復(fù)合體系阻燃性能以及力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果旨在為聚烯烴共混體系的阻燃改性提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

PP：S1003，中國(guó)石化北京燕山分公司；

POE：Engage8150，陶氏化學(xué)公司；

POE-g-MAH：GRM-216，陶氏化學(xué)公司；

IFR：JLS–PNP1D，杭州捷爾思阻燃化工有限公司；

苯基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑：KH-161，廣州凱綠葳化工有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

高速混合機(jī)：YX–100A型，臺(tái)州佑信機(jī)械公司；

雙螺桿擠出機(jī)：TSSJ–2S型，成都科強(qiáng)高分子工程公司；

高壓注塑機(jī)：UA120A型，伊之密精密機(jī)械有限公司；

LOI儀：HC–2CZ型，南京上元分析儀器廠；

垂直燃燒儀：SCZ–3型，南京上元分析儀器廠；

錐形量熱儀：UKS001型，英國(guó)FTT公司；

萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)：Instron3365型，英斯特朗集團(tuán)；

電子式懸簡(jiǎn)組合沖擊試驗(yàn)機(jī)：XJC–250型，北京時(shí)代之峰科技有限公司；

數(shù)碼相機(jī)：600D，日本佳能公司；

掃描電子顯微鏡(SEM)：JSM 6700F型，日本日立電子公司。

1.3 試樣制備

實(shí)驗(yàn)前使用苯基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)IFR進(jìn)行改性處理。硅烷偶聯(lián)劑的用量為IFR總量的5‰，稱取適量的硅烷偶聯(lián)劑加入塑料噴壺中，將IFR粉末倒入高速混合機(jī)中，并在倒入粉末的過程中向其均勻噴灑硅烷偶聯(lián)劑，以使偶聯(lián)劑與IFR顆粒充分混合，高速混合30 min后得到改性IFR。

按照表1配方稱取適量原料并混合均勻，將混合后的原料加入雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，擠出機(jī)從入料口至出料口各段溫度依次為170，190，200℃和195℃，擠出速率為100 r／min，擠出后的原料送入造粒機(jī)切碎后得到粒料。制得的粒料在干燥條件下靜置24 h，以使體系中各組分達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，之后將粒料加入高壓注塑機(jī)中熔融注塑，選用不同的模具得到LOI、垂直燃燒及拉伸、沖擊強(qiáng)度測(cè)試所需試樣。高壓注塑機(jī)注塑壓力為40 MPa，溫度為205℃，保壓時(shí)間為8 s，冷卻時(shí)間為10 s；將干燥后的粒料在平板硫化機(jī)上于190℃，15 MPa下熱壓5 min，降溫至120℃并保溫10 min，得到試樣供錐形量熱儀實(shí)驗(yàn)使用。

表1 實(shí)驗(yàn)配方 份

1.4 性能測(cè)試

(1)燃燒性能。

按照GB／T 2406.2–2009測(cè)定LOI，測(cè)試試樣尺寸為80 mm×10 mm×4 mm，每組配方取10個(gè)樣。

按照GB／T 2408–2008進(jìn)行垂直燃燒測(cè)試，試樣尺寸為125.0 mm×12.5 mm×3.0 mm，每組配方取5個(gè)樣。

按照ASTM E1354–15a：2015，用錐形量熱儀進(jìn)行材料的燃燒性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)中所用熱輻射通量為35 kW／m2，試樣尺寸為10 mm×10 mm× 3 mm，每組配方取3個(gè)樣。

(2)力學(xué)性能。

拉伸強(qiáng)度按照ISO 527–1BA：2012進(jìn)行測(cè)試，每組配方取6個(gè)樣。

沖擊強(qiáng)度按照GB／T 1843–2008進(jìn)行測(cè)試，試樣尺寸為80 mm×10 mm×4 mm，擺錘能量2.75 J，速度3.5 m／s，每組配方取10個(gè)樣。

(3)形貌表征。

膨脹炭層宏觀形貌觀察：用數(shù)碼相機(jī)對(duì)錐形量熱實(shí)驗(yàn)燃燒后的樣品在室溫下進(jìn)行拍攝，分析膨脹炭層的宏觀形貌；

膨脹炭層及復(fù)合材料沖擊斷面試樣微觀形貌觀察：用SEM對(duì)樣品進(jìn)行微觀形貌觀察，工作電壓為5 kV，電流為10 μA。其中，沖擊斷面試樣在表征前在30℃恒溫條件下浸泡于50 mL二甲苯溶液中72 h，以將共混復(fù)合體系中的POE組分刻蝕掉。

2 結(jié)果與討論

2.1 燃燒性能分析

(1) LOI與垂直燃燒測(cè)試。

純PP及其共混復(fù)合體系的LOI及垂直燃燒測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 純PP及其共混復(fù)合體系的LOI和垂直燃燒測(cè)試結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)可知，純PP的LOI只有17.8%，在空氣中極易燃燒，且燃燒時(shí)伴有嚴(yán)重的熔融、滴落現(xiàn)象；與純PP相比，PP／POE的LOI提高到20.0%，但其燃燒過程同樣存在熔融、滴落的現(xiàn)象；添加IFR后，IFR-c0的LOI則提升到27.0%，材料達(dá)到了難燃級(jí)別；當(dāng)添加3份增容劑POE-g-MAH時(shí)，IFR-c3的LOI達(dá)到29.4%，但材料熔融后的黏性并未增加，因此燃燒時(shí)熔融滴落的現(xiàn)象依然存在。4種材料的垂直燃燒測(cè)試均未通過。

(2)燃燒釋熱特性。

純PP及其共混復(fù)合體系的熱釋放速率(HRR)曲線如圖1所示，其錐形量熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

圖1 純PP及其共混復(fù)合體系的熱釋放速率曲線

表3 純PP及其共混復(fù)合體系的錐形量熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由圖1和表3可知，與純PP相比，PP／POE的MHRR及PHRR沒有太大改變，整個(gè)燃燒過程的HRR變化趨勢(shì)也基本不變，二者的燃燒過程迅速而猛烈，引燃后HRR迅速上升并達(dá)到峰值，分別為643.1，663.8 kW／m2，之后HRR開始下降并熄滅，在HRR曲線上燃燒過程為一個(gè)尖銳的峰。加入20份的IFR后，IFR-c0的燃燒情況發(fā)生了很大的變化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中觀測(cè)到的結(jié)果，整個(gè)燃燒過程可分為3個(gè)階段，第一階段為材料受熱引燃，對(duì)應(yīng)圖1中的0～140 s階段，與純PP及PP／POE不同，在材料引燃的同時(shí)，由于IFR受熱生成的炭層覆蓋在材料表面，阻擋了熱量和氣體在材料表面的傳遞，HRR急劇上升，至150 kW／m2左右時(shí)上升速度放緩；第二階段對(duì)應(yīng)圖1中140～600 s階段，該階段材料燃燒較為穩(wěn)定，HRR基本保持不變，這主要是由于炭層對(duì)于材料的保護(hù)作用；第三階段對(duì)應(yīng)圖1中600～1 000 s階段，材料經(jīng)過第二階段的穩(wěn)定燃燒過程后，HRR再次上升，并于800 s左右達(dá)到峰值(344.6 kW／m2)，之后逐漸下降直至熄滅，這一階段產(chǎn)生的原因主要是由于燃燒后期炭層發(fā)生破裂，材料發(fā)生二次引燃，并形成HRR峰值，最終隨著可燃物的耗盡，HRR逐漸降低，直至熄滅。

加入增容劑POE-g-MAH后，IFR-c3在錐形量熱儀測(cè)試中的燃燒過程依然可分為三個(gè)階段，即材料受熱至熔融引燃階段、炭層形成階段及炭層破裂階段，IFR-c3的PHRR主要出現(xiàn)在燃燒的后半段中，當(dāng)材料在輻射熱作用下被引燃后，IFR發(fā)揮作用形成膨脹炭層，與純PP，PP／POE曲線相比，IFR-c3熱釋放速率的增長(zhǎng)速率明顯降低，然而隨著燃燒過程的繼續(xù)進(jìn)行，材料表面的炭層發(fā)生破裂，HRR曲線隨之再次上升并達(dá)到峰值。

與IFR-c0相比，IFR-c3在燃燒的第三個(gè)階段的熱釋放速率顯著降低，而前兩個(gè)階段兩者之間的差別不是很明顯，這主要是由于燃燒過程中生成的炭層結(jié)構(gòu)更加均勻、致密，在燃燒的后期炭層不易破裂，對(duì)材料起到更好的保護(hù)作用。IFR-c3的PHRR為293.1 kW／m2，相比純PP的643.1 kW／m2，PP／POE的663.8 kW／m2及IFR-c0的344.7 kW／m2，分別下降了54.4%，55.8%和14.9%，而MHRR為155.2 kW／m2，相比PP的345.2 kW／m2，PP／POE的353.9 kW／m2及IFR-c0的200.0 kW／m2則分別下降55.0%，56.1%和22.4%?？梢姡鋈輨㏄OE-g-MAH的加入進(jìn)一步降低了材料燃燒的危害性。

(3)生煙特性和煙毒性。

為了評(píng)價(jià)材料在實(shí)際火災(zāi)中的危險(xiǎn)性，不僅要分析其在燃燒過程中的熱性能，也要對(duì)其燃燒的煙氣釋放情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。這些數(shù)據(jù)主要包括材料燃燒過程中的總煙釋放量(TSR)、CO平均產(chǎn)率(av-COY)、CO2平均產(chǎn)率(av-CO2Y)、平均比消光面積(av-SEA)、峰值CO產(chǎn)率(p-COY)、峰值CO2產(chǎn)率(p-CO2Y)及峰值比消光面積(p-SEA)。

純PP及其共混復(fù)合體系在錐形量熱實(shí)驗(yàn)中的煙氣釋放相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表4 純PP及其共混復(fù)合體系的錐形量熱實(shí)驗(yàn)煙氣釋放數(shù)據(jù)

由表4數(shù)據(jù)可以看出，添加20份IFR時(shí)，IFR-c0在燃燒過程中的TSR較純PP，PP／POE均有所增加，而IFR-c3的TSR降至1 835.2 m2／m2，與純PP的1 965.7 m2／m2和IFR-c0的2 348.1 m2／m2相比，分別下降了6.6%和21.8%；而IFR-c3的av-SEA為390.5 m2／kg，與純PP的442.3 m2／kg和IFR-c0的551.9 m2／kg相比，分別下降了11.7%和29.2%，煙氣的生成量及生成速率均明顯降低。在煙氣有毒氣體方面，加入IFR后，材料的av-COY和p-COY沒有顯著變化，而av-CO2Y和p-CO2Y則有一定程度的降低。由此可見，IFR的加入可以有效地抑制材料燃燒過程中CO2的生成，但對(duì)于CO的抑制效果不大。而IFR-c3的av-CO2Y，p-COY及p-CO2Y在IFR-c0的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低，說明POE-g-MAH的加入，使材料的CO及CO2產(chǎn)率都得到減少，材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)一步降低。

2.2 力學(xué)性能分析

純PP及其共混復(fù)合體系的力學(xué)性能見表5。

表5 純PP及其共混復(fù)合體系的力學(xué)性能

由表5可知，純PP的拉伸強(qiáng)度最高，達(dá)到39.1 MPa，但其沖擊強(qiáng)度較低，只有2.0 kJ／m2；與POE共混可以在保持材料拉伸強(qiáng)度的同時(shí)大幅提高其韌性；然而加入IFR后，PP／POE的拉伸強(qiáng)度下降到了24.5 MPa，沖擊強(qiáng)度為4.6 kJ／m2。這是由于POE與PP相比分子中含有柔軟卷曲的辛烯鏈條，材料受沖擊后POE相區(qū)可以發(fā)生形變并吸收大量的沖擊能，同時(shí)引發(fā)材料產(chǎn)生銀紋，達(dá)到提高材料沖擊強(qiáng)度的效果[1]；而阻燃增韌PP的力學(xué)性能主要受IFR顆粒在基體中分散情況的影響，IFR在共混過程中以固體狀態(tài)存在，且與PP基體的極性不同，與PP相容性較差，在PP中容易發(fā)生團(tuán)聚，同時(shí)與PP基體的結(jié)合力很低，兩相間會(huì)存在空洞，導(dǎo)致共混復(fù)合體系的力學(xué)性能降低。

當(dāng)添加POE-g-MAH后，增容劑增強(qiáng)了兩相間的結(jié)合力，減少了IFR的團(tuán)聚及其與基體間空洞的生成，同時(shí)減小了IFR顆粒的分散粒徑，IFR-c3的沖擊強(qiáng)度較IFR-c0上升69.6%，達(dá)到7.8 kJ／m2，而拉伸強(qiáng)度為30.2 MPa。

2.3 膨脹炭層形貌

由上面分析結(jié)果可以看出，增容劑POE-g-MAH的添加使得共混復(fù)合體系的綜合性能較不添加增容劑時(shí)有很大的提升，為了進(jìn)一步研究POE-g-MAH在共混復(fù)合體系的作用，對(duì)錐形量熱測(cè)試后的膨脹炭層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的觀察分析，結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 膨脹炭層的宏觀形貌

圖3 膨脹炭層的微觀結(jié)構(gòu)

由圖2可以看出，未添加增容劑POE-g-MAH的IFR-c0燃燒后殘余的炭層膨脹較小，炭層不規(guī)則且破碎，表面呈現(xiàn)起伏結(jié)構(gòu)，炭層的覆蓋面積較少；而添加POE-g-MAH的IFR-c3的炭層整體形貌保持了IFR-c0的特征，但是相對(duì)前者更加致密和連續(xù)。

由圖3可以看出，未添加增容劑POE-g-MAH的IFR-c0的炭層結(jié)構(gòu)不夠均勻、致密，而添加增容劑的IFR-c3的炭層則連續(xù)而致密，炭層表面有較多的褶皺結(jié)構(gòu)，說明POE-g-MAH可以促進(jìn)IFR在體系中的均勻分散，使得體系在燃燒后形成更加致密緊實(shí)的炭層結(jié)構(gòu)，同時(shí)這種典型的褶皺結(jié)構(gòu)在燃燒過程中可以減緩熱傳導(dǎo)以及氣體和凝固相之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移，阻止高溫下聚合物基體材料受到進(jìn)一步破壞，因此對(duì)材料的保護(hù)效果更好，從而提升材料的阻燃性能。

2.4 共混復(fù)合體系微觀形貌

共混復(fù)合體系沖擊斷面經(jīng)溶液刻蝕后用SEM觀察其相結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 共混復(fù)合體系沖擊斷面經(jīng)溶液刻蝕后的SEM照片

由圖4可以看出，POE相區(qū)被腐蝕后在PP基體上形成微小的孔洞。由圖4a可看出，IFR-c0中的IFR在PP基體中的分散極不均勻，且顆粒間存在團(tuán)聚現(xiàn)象，分散粒徑較大，約為20～40 μm；同時(shí)PP與IFR顆粒間結(jié)合并不緊密，兩者間存在空腔，部分地方可發(fā)現(xiàn)IFR顆粒脫落后留下的空洞。剛性IFR粒子的加入相當(dāng)于在材料中引入了雜質(zhì)，與PP基體的結(jié)合力很低，當(dāng)材料受到?jīng)_擊時(shí)影響材料對(duì)沖擊能量的吸收，因此導(dǎo)致材料的整體力學(xué)性能下降。

由圖4b可以看出，加入增容劑POE-g-MAH后，IFR顆粒在基體中的分散情況得到顯著改善，IFR顆粒的分散粒徑減小，分布均勻，基體與顆粒間的間隙也更小，IFR顆粒在PP基體中呈現(xiàn)出完全或部分包覆的狀態(tài)，與基體間的結(jié)合力更加緊密，PP基體與IFR顆粒間不再是分離的部分，而成為統(tǒng)一的整體，受沖擊作用時(shí)兩相間界面的位移、變形可以吸收部分沖擊能量，達(dá)到增強(qiáng)韌性的效果。然而由于IFR顆粒為剛性粒子，受沖擊影響時(shí)無法通過彈性形變緩沖、吸收沖擊能，因此增容劑對(duì)共混復(fù)合體系沖擊強(qiáng)度帶來的提升并不是很顯著。

3 結(jié)論

(1)利用LOI儀、垂直燃燒儀及錐形量熱儀研究PP／POE／IFR共混復(fù)合體系的燃燒性能，發(fā)現(xiàn)IFR可以有效提高材料的阻燃性能，但同時(shí)會(huì)使共混復(fù)合體系的力學(xué)性能大幅降低，特別是對(duì)沖擊性能的惡化；與未添加增容劑POE-g-MAH的共混復(fù)合體系相比，添加3份增容劑POE-g-MAH的共混復(fù)合體系的MHRR，PHRR，av-SEA，TSR分別下降了22.4%，14.9%，29.2%，21.8%，沖擊強(qiáng)度提高了69.6%，一定程度上彌補(bǔ)了IFR對(duì)體系的不良影響。

(2)對(duì)添加與未添加增容劑的共混復(fù)合體系的膨脹炭層的宏觀形貌和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，含有增容劑的共混復(fù)合體系的炭層更加連續(xù)而致密，炭層表面有較多的褶皺結(jié)構(gòu)，這些褶皺提高了其阻擋熱量和氣體的能力，從而提升了材料的阻燃性能。

(3)對(duì)共混復(fù)合體系微觀相結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，增容劑POE-g-MAH的加入使得IFR顆粒的分散粒徑減小、分布均勻，與PP基體間的結(jié)合力得到加強(qiáng)。

[1]Galli P，Vecellio G. Technology:Driving force behind innovation and growth of polyolefins[J]. Progress in Polymer Science，2001，26(8):1 287–1 336.

[2]陳閣谷，關(guān)瑩，亓憲明，等.聚合物／層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料阻燃性研究進(jìn)展[J].材料工程，2015(8):104–112. Chen Gegu，Guan Ying，Qi Xianming，et al. Recent progress on flame retardance of polymer／layered silicate nanocomposites[J]. Journal of Materials Engineering，2015(8):104–112.

[3]王昊，金靜.膨脹阻燃聚丙烯及其協(xié)同力學(xué)改性的研究進(jìn)展[J].高分子通報(bào)，2015(7):17–24. Wang Hao，Jin Jing. Research progress of intumescent flame retardant polypropylene and its mechanical modification[J]. Polymer Bulletin，2015(7):17–24.

[4]盧林剛，徐曉楠，王大為，等.新型無鹵膨脹阻燃聚丙烯的制備及阻燃性能[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2013，30(1):83–89. Lu Lingang，Xu Xiaonan，Wang Dawei，et al. Preparation and flame retardancy of intumescent flame-retardant polypropylene[J]. Acta Materiae Compositae Sinica，2013，30(1):83–89.

[5]Dasari A，Yu Zhongzhen，Cai Guipeng，et al. Recent developments in the fire retardancy of polymeric materials[J]. Progress in Polymer Science，2013，38(9):1 357–1 387.

[6]米龍，王娜，張靜，等.有機(jī)蒙脫土／介孔分子篩協(xié)同膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯的性能[J].材料研究學(xué)報(bào)，2012(5):456–460. Mi Long，Wang Na，Zhang Jing，et al. Synergistic effect ofOMMT／mesoporous MCM–41 on intumescent flame retardant polypropylene[J]. Chinese Journal of Materials Research，2012(5):456–460.

[7]Camino G，Costa L，Martinasso G，et al. Intumescent fire-retardant systems[J]. Polymer Degradation & Stability，1989，23(4):359–376.

[8]Cao Kun，Wu Shuiliang，Qiu Shaolong，et al. Synthesis of n-alkoxy hindered amine containing silane as a multifunctional flame retardant synergist and its application in intumescent flame retardant polypropylene[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research，2013，52(1):309–317.

[9]Enescu D，F(xiàn)rache A，Lavaselli M，et al. Novel phosphorous–nitrogen intumescent flame retardant system its effects on flame retardancy and thermal properties of polypropylene[J]. Polymer Degradation & Stability，2013，98(1):297–305.

[10]Li Qiang，Jiang Pingkai，Su Zhanpai，et al. Synergistic effect of phosphorus，nitrogen，and silicon on flame-retardant properties and char yield in polypropylene[J]. Journal of Applied Polymer Science，2005，96(3):854–860.

[11]Shao Zhubao，Deng Cong，Tan Yi，et al. An efficient monocomponent polymeric intumescent flame retardant for polypropylene:preparation and application[J]. Acs Applied Materials & Interfaces，2014，6(10):7 363–7 370.

[12]秦兆魯，李定華，楊榮杰.鈦酸酯偶聯(lián)劑改性聚磷酸銨及其在阻燃聚丙烯中的應(yīng)用[J].高分子材料科學(xué)與工程，2015，12(31):84–91. Qin Zhaolu，Li Dinghua，Yang Rongjie. Surface modification of ammonium polyphosphate with titanate coupling agent and its application on flame retardant polypropylene[J]. Polymer Materials Science & Engineering，2015，12(31):84–91.

[13]Liu Jianchao，Xu Miaojun，Lai Tao，et al. Effect of surfacemodified ammonium polyphosphate with KH550 and silicon resin on the flame retardancy，water resistance，mechanical and thermal properties of intumescent flame-retardant polypropylene[J]. Ind Eng Chem Res，2015，54 (40):9 733–9 741.

[14]Qiao Zhihua，Tai Qilong，Song Lei，et al. Synergistic effects of cerium phosphate and intumescent flame retardant on EPDM／PP composites[J]. Polymers for Advanced Technologies，2011，22(12):2 602–2 608.

[15]Ren Qiang，Wan Chaoying，Zhang Yong，et al. An investigation into synergistic effects of rare earth oxides on intumescent flame retardancy of polypropylene／poly (octylene-co-ethylene) blends[J]. Polymers for Advanced Technologies，2011，22(10):1 414–1 421.

[16]Cui Zhe，Qu Baojun. Synergistic effects of layered double hydroxide with phosphorus-nitrogen intumescent flame retardant in PP／EPDM／IFR／LDH nanocomposites[J]. Chinese Journal of Polymer Science，2010，28(4):563–571.

[17]李小吉，李秀云，楊莉，等.PP-g-MAH增容膨脹阻燃聚丙烯體系的研究[J].中國(guó)塑料，2013(3):53–57. Li Xiaoji，Li Xiuyun，Yang Li，et al. Application of polypropylene grafted maleic anhydride in intumescent flame retardant polypropylene[J]. China Plastics，2013(3):53–57.

[18]李娜，夏寅，毛縱文，等.相容劑對(duì)阻燃劑／聚丙烯體系熱性能及力學(xué)性能的影響[J].高分子材料科學(xué)與工程，2013(2):90–93. Li Na，Xia Yin，Mao Zongwen，et al. The effect of compatilizer on the thermal and mechanical property of polypropylene／IFR system[J]. Polymer Materials Science & Engineering，2013(2):90–93.

[19]Xu Yuanyuan，Guo Zhenghong，F(xiàn)ang Zhengping，et al. Combination of double-modified clay and polypropylene-graft-maleic anhydride for the simultaneously improved thermal and mechanical properties of polypropylene[J]. Journal of Applied Polymer Science，2013，128(1):283–291.

[20]Tang Yong，Hu Yuan，Li Baoguang，et al. Polypropylene／montmorillonite nanocomposites and intumescent，flame-retardant montmorillonite synergism in polypropylene nanocomposites[J]. Polymer International，2004，42(23):6 163–6 173 .

茂名石化開發(fā)出擠出流延用聚丙烯板材新產(chǎn)品

10月28日，茂名石化公司在2號(hào)聚丙烯裝置成功試生產(chǎn)出擠出流延用聚丙烯板材新產(chǎn)品（PPH-E01-S）約1 000 t，這是該公司今年開發(fā)的第11個(gè)合成樹脂新產(chǎn)品。該牌號(hào)制品可使擠出板材具有質(zhì)輕、厚度均勻、表面光滑平整、耐熱性好、力學(xué)強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性優(yōu)良、無毒等特點(diǎn)，可替代不銹鋼、木材及其它結(jié)構(gòu)材料用于制作水箱、包裝容器、汽車部件等，市場(chǎng)需求較大。

(工程塑料網(wǎng))

復(fù)合材料在石油和天然氣行業(yè)的應(yīng)用正不斷攀升

根據(jù)一份最新的報(bào)告“復(fù)合材料在石油和天然氣行業(yè)的市場(chǎng)：樹脂類型(環(huán)氧樹脂、聚酯和酚醛樹脂)、纖維類型(玻璃纖維和碳纖維)、應(yīng)用領(lǐng)域(管道、儲(chǔ)罐和高級(jí)應(yīng)用)以及地區(qū)--至2021年全球預(yù)測(cè)”，復(fù)合材料在石油天然氣行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在2021年達(dá)到19.8億美元，從2016年至2021年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為5.05%。石油天然氣行業(yè)對(duì)防腐和輕質(zhì)材料的需求不斷攀升以及復(fù)合材料的低維護(hù)成本是全球復(fù)合材料在石油天然氣行業(yè)市場(chǎng)的關(guān)鍵推動(dòng)力。

由于管道、儲(chǔ)罐、壓裂球、壓裂塞和其它應(yīng)用的需求較大，玻璃纖維基復(fù)合材料占石油天然氣行業(yè)復(fù)合材料市場(chǎng)的主要份額。玻璃纖維的低成本及其優(yōu)越的性能，如強(qiáng)度、柔韌性、耐久性、穩(wěn)定性、輕質(zhì)、耐熱性、耐溫、耐濕性等因素推動(dòng)了玻璃纖維基石油天然氣復(fù)合材料的增長(zhǎng)。

環(huán)氧樹脂基石油天然氣復(fù)合材料擁有最大的市場(chǎng)份額，預(yù)計(jì)將是復(fù)合材料在石油天然氣行業(yè)市場(chǎng)中增長(zhǎng)最快的樹脂類型。這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂基復(fù)合材料可提供優(yōu)良的熱性能和力學(xué)性能，如耐腐蝕性液體、優(yōu)良的電絕緣性、良好的耐高溫性能，與不同種類增強(qiáng)材料具有的良好粘結(jié)強(qiáng)度。

管道、豎管、下行管線和出油管線主導(dǎo)復(fù)合材料在石油天然氣行業(yè)的市場(chǎng)。這是因?yàn)樯钏Ｉ鲜秃吞烊粴饪碧胶蜕a(chǎn)對(duì)高強(qiáng)度、高性能、具有成本效益、無腐蝕性的輕質(zhì)材料的需求日益增長(zhǎng)。此外，復(fù)合材料管道的使用降低了總體維護(hù)成本，從而降低整個(gè)裝置的維護(hù)成本。

Effects of Small Loading of Compatibilizer on Properties of Intumescent Flame Retardant PP／POE Blending Composite System

Jin Jing1， Wang Hao2， Shu Zhongjun1
(1. Department of Fire Protection Engineering， Chinese People’s Armed Police Forces Academy， Langfang 065000，China；2. Graduate College， Chinese People’s Armed Police Forces Academy， Langfang 065000， China)

To obtain the polypropylene (PP) materials with high performance，intumescent flame retardant (IFR) and ethyleneoctene copolymer (POE) were selected as the flame retardant and the tough agent，respectively. The PP／POE／IFR blending composite system was prepared by a twin-screw extruder. The flame retardancy of the system was investigated by limited oxygen index (LOI) measurement，vertical flame test and cone calorimetry test. Meanwhile，the mechanical properties and phase structure were discussed. The results show that the dispersion of IFR particles is more uniform and the particle size is reduced，and the combination of the particle and the polymer matrix is more closely with the addition of the compatibilizer POE-g-MAH，POE-g-MAH plays important role for the PP／POE／IFR blending composite system in the improved flame retardency and mechanical properties，especially the impact strength. Compared with the system without compatibilizer (PP／POE／IFR，80／20／20)，the one with little POE-g-MAH (PP／POE／IFR／POE-g-MAH，80／17／20／3) makes the mean heat release rate (MHRR)，peak heat release rate (PHRR)，average value of specific extinction area (av-SEA) and total smoke release (TSR) decrease by 22.4%，14.9%，29.2%，and 21.8% respectively，while the impact strength increases by 69.6%.

polypropylene；ethylene- octene copolymer；compatibilizer；intumescent flame retardant；flame retardancy；mechanical property

TB332

A

1001-3539(2016)12-0026-06

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.12.005

*河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（B2015507044）

聯(lián)系人：金靜，講師，主要從事聚合物材料改性方面的研究

2016-10-12