復合共混材料阻燃性的研究進展

崔海鵬，縱華康，吳帥奎

（海南大學，海南省?？?570228）

復合共混材料指的是由兩種或兩種以上的不同性質(zhì)的材料組合而成。在實際生活中，針對不同的材質(zhì)，它們的制作方法也不同。被廣泛地用于汽車、建筑、制造、裝修等領域。由于我國森林資源匱乏，樹木砍伐嚴重，傳統(tǒng)的木頭材料已經(jīng)被復合材料所取代，隨著人們生活水平的提高，環(huán)保意識逐漸增強，人們對復合材料的需求越來越廣泛。然而，由于復合材料本身易燃燒的屬性，一旦遇火就可能釀成火災，給人們財產(chǎn)及生命安全造成嚴重威脅。因此，對復合材料的阻燃性研究勢在必行。

近年來，阻燃劑的使用受到了世界各地研究者的廣泛關注，相關部門對阻燃劑的使用制定了嚴格的法規(guī)，要求開發(fā)無鹵阻燃材料。因此，急需要開發(fā)阻燃性能好、污染性能低的阻燃添加劑。磷阻燃劑是目前替代鹵代化合物的主要阻燃劑，可用于包括油基聚合物在內(nèi)的材料的阻燃，也可用于木材等木質(zhì)纖維素資源的阻燃。近年來的研究表明，人們對磷、膨脹系等阻燃劑的研究越來越多，認為它們對材料的阻燃效果較好，不產(chǎn)生有毒煙霧。膨脹型阻燃體系最早是在20 世紀60年代被開發(fā)出來，應用于涂料領域，而將膨脹型添加劑加入到高分子材料中則是一個相對較新的發(fā)展。當這些材料暴露在火焰中時，會產(chǎn)生膨脹的多細胞炭，能夠保護底層材料不受火焰的影響。燃燒時，這些添加劑在聚合物材料表面形成泡沫炭，在聚合物燃燒過程中，炭的形成與可燃性之間存在一定的關系。通過在燃燒過程中促進炭質(zhì)炭層的形成，可以提高泡沫的阻燃性，炭作為一個固體絕緣層，可以保護聚合物免受燃燒熱，限制氧氣進入聚合物，從而減少煙霧的產(chǎn)生。

1 EVA/LLDPE復合材料的阻燃及力學性能研究

以線型低密度聚乙烯（LLDPE）和乙烯乙酸乙烯酯（EVA）為基體，添加氫氧化鎂（MH）、微膠囊化紅磷（MRP）等助劑制備了不同配比的EVA/LLDPE 復合材料，用不同的界面相容劑對復合材料進行界面改性，測定了復合材料的力學性能和阻燃性能，遴選出最優(yōu)配比及最佳界面相容劑。實驗結(jié)果表明：EVA/LLDPE 復合材料的阻燃性能隨著MH 含量的增大而提高；MH 質(zhì)量分數(shù)為40%時，復合材料綜合性能較好。協(xié)同阻燃劑MRP 提高了復合材料的阻燃性能，當MH、MRP、EVA、LLDPE 質(zhì)量比為40 ∶10 ∶30 ∶70時，復合材料力學性能和阻燃性能較好。界面相容劑EVA-g-MAH 有效改善了阻燃劑與基體樹脂的界面相容性，提高了復合材料的力學性能，復合材料燃燒時透光率達到82%，其難燃級別達到一級。

2 巴旦木殼/高密度聚乙烯基復合材料的阻燃性

為有效利用食品加工行業(yè)產(chǎn)生的巴旦木果實外殼，用高密度聚乙烯（HDPE）、巴旦木殼、FRW 阻燃劑為原料合成一種具有阻燃特性的復合材料。結(jié)果表明，巴旦木外殼存在豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠在較短時間內(nèi)吸附較多的阻燃劑；當巴旦木殼載藥率為15%時，巴旦木殼/HDPE 復合材料的力學性能較好，與未添加阻燃劑的復合材相比彎曲強度提升10.93%，拉伸強度提升8.19%，彈性模量提升0.88%，沖擊強度提升29.44%。掃描電子顯微鏡觀察顯示，巴旦木殼的細胞壁上均勻分散著阻燃劑；當巴旦木殼載藥率為5%，15%，25%時，巴旦木殼/HDPE 復合材料的極限氧指數(shù)分別為25.7%，26.5%，27.1%，高于相同條件下制備的楊木/HDPE 復合材料。錐形量熱儀檢測結(jié)果表明，巴旦木殼/HDPE 復合材料相比楊木/HDPE 復合材料阻燃性能更好。當載藥率為15%時，巴旦木殼/HDPE復合材料的最高熱釋放速率、平均熱釋放速率、總熱釋放量、平均有效燃燒熱、點燃時間分別為256.12kW/m2、147.50kW/m2、73.78MJ/m2、21.47MJ/kg、27s，具有較好的阻燃性能。熱重分析顯示，巴旦木殼/HDPE 復合材料具有較好的熱穩(wěn)定性。

3 環(huán)氧樹脂的阻燃研究

環(huán)氧樹脂是重要的熱固性塑料之一，具有較高的抗拉強度和楊氏模量，具有良好的尺寸熱穩(wěn)定性、耐溶劑性好、成本低、易加工等，廣泛應用于結(jié)構(gòu)層壓板、灌封劑、模塑劑的制備。與金屬材料相比，環(huán)氧樹脂更容易燃燒，而先進的 環(huán)氧樹脂尤其適用于電路板應用，因為電路板的電氣絕緣性 能對阻燃性有嚴格要求。鹵化化合物是環(huán)氧樹脂常用的共聚物或助劑，對阻燃效果較好，但含鹵化物質(zhì)的燃燒會產(chǎn)生大量有毒高溫煙氣，對環(huán)境發(fā)展和人體健康產(chǎn)生負面影響。因此，無鹵阻燃劑的研究開發(fā)是近年來的一個熱點。近年來，有機磷化合物作為環(huán)氧樹脂阻燃劑的性能得到了很好的證明，含磷/硅的環(huán)氧樹脂的阻燃材料是由含磷/硅的環(huán)氧化合物加入二胺固化劑制備，并研究了含磷/硅環(huán)氧樹 脂的阻燃性能。此外，還證明了磷硅協(xié)同增強環(huán)氧樹脂材料 的LOI，提高其阻燃性能。在火焰作用下，磷提供了炭化的趨勢，硅提供了炭化熱穩(wěn)定性的增強，表現(xiàn)出它們各自在阻燃方面的優(yōu)勢。在環(huán)氧樹脂組合物中同時引入磷和硅，成功 地將這兩個因素結(jié)合在一起形成阻燃機理。含磷和硅的環(huán)氧樹脂的LOI 在26%～36%增強。利用硅氧烷試劑代替硅烷，可以進一步提高磷硅對耐火材料的協(xié)同效應。

4 水滑石-石墨烯復合阻燃研究

水滑石是由層間陰離子及帶正電荷層板堆積而成的二維層狀材料，具有主體層板金屬離子組成的可調(diào)變性、主體層板電荷密度及其分布的可調(diào)變性、插層陰離子客體種類及數(shù)量可調(diào)變性和層內(nèi)空間可調(diào)變性等多種結(jié)構(gòu)特點，可將其引入高分子基體中，從而廣泛應用于阻燃、吸附和催化等不同的領域。而石墨烯也是一種二維層狀材料，是目前已知最薄、最堅硬的納米材料，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、超強導電性、超高強度和優(yōu)異的韌度等特性，可將其引入高分子基體中，由于其特殊的組成和結(jié)構(gòu)，可廣泛應用在阻燃、電子信息和生物醫(yī)學等領域。因此，水滑石和石墨烯兩種二維層狀材料在阻燃領域均有一定的發(fā)展前景。為進一步提高高分子材料的阻燃性能，有不少研究者采用不同方法制備水滑石-石墨烯（LDHrGO）復合材料，并將其引入高分子體系中，制備聚合物基LDH-rGO復合材料，探究其阻燃性能。

5 展望

隨著人類社會的發(fā)展，復合性材料的阻燃性能沿著高效、綠色、環(huán)境友好的道路發(fā)展，而且必須同時兼顧其抗老化能力、彎曲拉伸強度及沖擊強度等力學性能。單一阻燃劑無法滿足材料的高性能，對聚合物材料力學性能影響大，多種阻燃劑的協(xié)同效果是一個研究熱點，但各種阻燃劑在復配過程中可能出現(xiàn)交互影響或其他新的問題，協(xié)同機制探討及阻燃劑改性將成為阻燃劑研究的方向。