新型阻燃木塑復(fù)合材料開(kāi)發(fā)及阻燃性能分析

蒼 瓊

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山 063000）

隨著社會(huì)發(fā)展水平的不斷提高，人們的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，木塑復(fù)合材料作為一種新型的環(huán)保材料也隨之問(wèn)世。它是利用植物纖維和廢棄的塑料經(jīng)過(guò)特殊的加工注塑而成。除此之外，它還可采用熱壓、擠出等方式來(lái)進(jìn)行加工使用。也可作為木材替代材料用于汽車加工及貨物包裝運(yùn)輸材料等。但該材料也有它的弊端，即易燃性。因此充分了解阻燃處理后的燃燒性能就愈發(fā)顯得至關(guān)重要。本文以在阻燃劑中添加有機(jī)硅、聚磷酸銨等阻燃材料來(lái)了解它的阻燃性能，及它們對(duì)木塑復(fù)合材料所造成的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)材料包括高密度聚乙烯、抗氧劑、木粉、有機(jī)硅系阻燃劑、聚磷酸銨以及有機(jī)磷氮阻燃劑。實(shí)驗(yàn)儀器包括：轉(zhuǎn)矩流變儀、塑料注射成型機(jī)以及氧指數(shù)測(cè) 定儀等。

1.2 樣品制備

首先要將木粉做干燥處理，所需溫度為110℃，時(shí)間設(shè)定為8h。經(jīng)干燥處理后的木粉含水量要低于2%。然后按表1配方進(jìn)行配比。包括高密度聚乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯等。全部材料按照配比稱量，再借用轉(zhuǎn)矩流變儀將材料進(jìn)行充分混合，溫度175℃。最終得到木塑試樣。

表1 試樣配方

1.3 性能測(cè)試

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，利用氧指數(shù)儀對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行極限氧指數(shù)的測(cè)定，并利用綜合熱分析儀對(duì)復(fù)合材料的熱失重狀況進(jìn)行詳細(xì)分析，并且將升溫速率控制在10℃/min。然后可利用錐形量熱儀測(cè)試復(fù)合材料的燃燒性能。尺寸大小設(shè)定為100mm×100mm×2mm，所需水平輻射強(qiáng)度范圍可控制在35kW/m2。除此之外，利用萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)檢測(cè)復(fù)合材料的延展性，利用沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)檢測(cè)材料的抗沖擊力。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃性能分析

極限氧指數(shù)分析主要用來(lái)檢測(cè)該阻燃劑是否能夠做到有效阻燃，作為重要的評(píng)定指數(shù)之一，它是指在一定環(huán)境下材料的易燃燒程度，在這里主要指聚合物在氧氮混合氣體中進(jìn)行燃燒時(shí)所耗費(fèi)的氧氣量。通過(guò)添加到木塑復(fù)合材料中的劑量來(lái)測(cè)定它的阻燃性能。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，在木塑復(fù)合材料中添加有機(jī)硅系阻燃劑時(shí)，它的阻燃性能會(huì)隨著有機(jī)硅系阻燃劑的添加量而改變。所添加的有機(jī)硅系阻燃劑份數(shù)越多，則阻燃性能越強(qiáng)。這也充分表明，通過(guò)添加有機(jī)硅系阻燃劑，能對(duì)木塑復(fù)合材料起到阻燃的效果。再添加不同份額的木粉用量時(shí)，它的阻燃性能也會(huì)隨之改變。所添加的木粉用量和阻燃性能呈正向比例關(guān)系。它的阻燃性能比添加高密度聚乙烯時(shí)要更強(qiáng)一些。并且在添加有機(jī)硅系阻燃劑的基礎(chǔ)上再添加聚磷酸銨，則它的阻燃性能同樣會(huì)增強(qiáng)。如果將聚磷酸銨替換為有機(jī)磷氮阻燃劑，則它的阻燃性能也會(huì)增強(qiáng)，但效果沒(méi)有前者明顯。通過(guò)對(duì)不同試樣A6、C2和D2中分別加入不同份額的有機(jī)硅系阻燃劑和不同份額的有機(jī)磷氮阻燃劑、聚磷酸銨就會(huì)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)硅系阻燃劑和聚磷酸銨阻燃效果基本相同。然而有機(jī)磷氮阻燃劑和有機(jī)硅系阻燃劑則不具有阻燃協(xié)效性。

錐形量熱儀能夠真實(shí)測(cè)定出該材料在火災(zāi)中的燃燒數(shù)據(jù)，具有極高的精準(zhǔn)性。測(cè)量中可通過(guò)材料的點(diǎn)燃時(shí)間及總熱釋放量等燃燒的相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)定出燃燒性能。

熱釋放速率是指在單位時(shí)間內(nèi)材料遇燃時(shí)所釋放出的燃燒熱量。釋放速率越快，則到達(dá)材料表面的熱量越多，這時(shí)它的熱解速度以及材料的可燃性也會(huì)隨時(shí)增加。圖1為木塑復(fù)合材料中添加阻燃劑所形成的變化曲線。當(dāng)添加有機(jī)硅系阻燃劑時(shí)，很明顯它所釋放出的熱量曲線呈下滑狀態(tài)。

圖1 木塑阻燃體系的熱釋放速率、總放熱量曲線

火災(zāi)性能指數(shù)就是指點(diǎn)燃時(shí)間與最大熱釋放速率之間的對(duì)比關(guān)系。通過(guò)圖2可看出，當(dāng)在木塑復(fù)合材料中添加不同的阻燃劑量時(shí)，它的煙釋放速度也會(huì)呈現(xiàn)出下降狀態(tài)。添加的阻燃劑量份數(shù)越大則它的煙釋放速度越慢。

圖2 FRX-210/木塑阻燃體系的煙釋放速率、CO2、CO釋放速率曲線

2.2 熱失重分析

主要用來(lái)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)材料在升溫過(guò)程中時(shí)間或溫度的變化，即它的熱穩(wěn)定性研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)使用阻燃材料時(shí)，它的分解溫度要低于未添加組合材料時(shí)的分解溫度。當(dāng)所添加的有機(jī)硅系阻燃劑用量增加時(shí)，它的高溫降解性能也會(huì)有所增加，從而對(duì)材料形成了有效的阻燃。

2.3 力學(xué)性能分析

通過(guò)在木塑復(fù)合材料中添加有機(jī)硅系阻燃劑，隨著添加用量的不同能有效改變它的阻燃性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，在添加有機(jī)硅系等阻燃劑時(shí)，木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能也會(huì)發(fā)生改變。例如：當(dāng)添加一定劑量的有機(jī)硅系阻燃劑時(shí)，則它的延展性能會(huì)有所降低，但它的抗擊壓性能有所增強(qiáng)。當(dāng)添加不同用量的木粉時(shí)，則木塑復(fù)合材料的延展性能同樣會(huì)有所降低，但它的彎曲度都有所增強(qiáng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)添加不同用量的阻燃劑，能夠有效增強(qiáng)木塑復(fù)合材料的阻燃性能。換言之，也就是提高了它的安全性能及防火易燃性。此外，添加阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能影響并不大。這也充分說(shuō)明了有機(jī)硅系阻燃劑或其他阻燃劑的使用能有效保證木塑復(fù)合材料的阻燃性能，且不會(huì)對(duì)材料的原有性能產(chǎn)生不良影響。