可陶瓷化阻燃EVA復(fù)合材料的制備與性能

邸宏偉，梁 燕，馬建軍

（1.寧夏師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，寧夏固原 756000；2.寧夏師范學(xué)院六盤山資源工程技術(shù)研究中心，寧夏固原 756000）

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）：Elvax 260 型，美國DuPont 公司；磷酸鹽玻璃粉（GD）：廣東南海東谷新材料股份有限公司，工業(yè)級；葉臘石粉（PL）：靈壽縣永輝礦產(chǎn)品加工廠，工業(yè)級；三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）：山東泰星新材料股份有限公司；有機(jī)蒙脫土（OMMT）：美國Nanocor 公司；過氧化二異丙苯（DCP）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)：HK 26-40D 型，南京科亞化工裝備有限公司；平板硫化機(jī)：XLB-D500*500*3型，青島亞東橡塑機(jī)械有限公司；馬弗爐：KSL-1200J 型，合肥科晶材料技術(shù)有限公司。

1.3 料包的制備

將EVA 真空烘干，PL、GD、OMMT、MCA 鼓風(fēng)烘干，將其中的幾種或全部按配方設(shè)計的比例混合均勻，制得混合好的料包，備用。

1.4 試樣的制備

將配制好的復(fù)合材料原料包加入雙螺桿擠出機(jī)中擠出混煉、造粒，制得共混料。雙螺桿擠出機(jī)螺桿各區(qū)的溫度設(shè)置為：一區(qū)溫度：180℃，二區(qū)溫度：185℃，三區(qū)：185℃，四區(qū)：185℃，五區(qū)：185℃，六區(qū)：185℃，機(jī)頭：190℃。螺桿轉(zhuǎn)速：80r/min。喂料頻率：2.0。將共混料加入模具，在平板硫化機(jī)上熱壓3min，溫度為180 ℃，壓力為10MPa，再冷壓3min，裁剪，制得所需尺寸的樣條，以供性能測試使用。

1.5 實(shí)驗(yàn)表征

1.5.1 彎曲強(qiáng)度測試

測試彎曲強(qiáng)度所用儀器為深圳新三思材料檢測有限公司CMT 2000型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，所用陶瓷彎曲強(qiáng)度測試國家標(biāo)準(zhǔn)為GB 6569-2006，樣條尺寸：30mm×4mm×3mm（標(biāo)距×寬×厚），選用傳感器為10kN，位移速度為0.5mm/min，測試5根陶瓷樣條，取5根樣條彎曲強(qiáng)度平均值。

1.5.2 拉伸性能測試

采用CMT 2000型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，按照塑料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的測定標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.3-2006，所用試樣是1mm厚的啞鈴型樣條，拉力傳感器為200N，位移速度為20mm/min，測試完每根樣條，記錄拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，并取5根樣條拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的平均值。

1.5.3 阻燃性能測試

目前，高分子材料常用的阻燃性能測試方法有垂直燃燒測試法（UL-94）和極限氧指數(shù)法（LOI）。

本文采用HC-2C 型氧指數(shù)測定儀（南京上元分析儀器有限公司）按照GB/T 2406.2-2009測試標(biāo)準(zhǔn)對EVA 復(fù)合材料進(jìn)行氧指數(shù)測試，樣條尺寸為130mm×6.5mm×3.2mm，記錄測試結(jié)果，取2根樣條測量值的平均值；采用CZF-4型垂直燃燒儀（南京上元分析儀器有限公司）按照GB/T 2408-2008的測試標(biāo)準(zhǔn)對EVA 復(fù)合材料的阻燃性能進(jìn)行測試，樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm，記錄測試結(jié)果，取5根樣條測量值的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃性能研究

為了使可陶瓷化EVA 復(fù)合材料達(dá)到阻燃效果，加入阻燃劑MCA。通過垂直燃燒和氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)測試了可陶瓷化EVA 復(fù)合材料的阻燃性能，測試結(jié)果見表1。從表1看出，沒有阻燃劑MCA 時，EVA/CF/OMMT 復(fù)合材料沒有阻燃等級（N.R.）。保持OMMT 含量不變，逐漸提高M(jìn)CA 的含量，當(dāng)加入25wt%的MCA，EVA/CF/MCA/OMMT 復(fù)合材料阻燃性能達(dá)到最高等級（V-0級），同時，復(fù)合材料的LOI 值達(dá)到27.9%，可見，阻燃劑MCA 對EVA/CF/OMMT 復(fù)合材料能達(dá)到良好的阻燃效果。同時發(fā)現(xiàn)，OMMT 不可或缺，對阻燃起到協(xié)效作用，當(dāng)復(fù)合材料中只有30%MCA 而不含OMMT 時，阻燃效果立刻變差，垂直燃燒測試結(jié)果是無等級（N.R.）。在保持MCA 與OMMT 合計30wt%不變，變化OMMT 含量，EVA復(fù)合材料在OMMT 含量為0，3wt%或7wt%時，垂直燃燒測試沒有阻燃等級（N.R.），5wt% OMMT 時達(dá)到V-0級，顯然，OMMT 在MCA 阻燃EVA 復(fù)合材料中能起到協(xié)同效果，作用不可或缺，但不是越多越好。

表1 EVA復(fù)合材料的阻燃性能

2.2 DCP對復(fù)合材料力學(xué)性能影響

為了彌補(bǔ)添加大量填料對可陶瓷化阻燃EVA 復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，需要添加交聯(lián)劑DCP 對EVA 復(fù)合材料進(jìn)行交聯(lián)。不同DCP 含量的EVA 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率如表2所示。從表2看出，沒交聯(lián)的復(fù)合材料力學(xué)性能很差，拉伸強(qiáng)度只有6.8MPa，斷裂伸長率只有61.9%，加入交聯(lián)劑DCP的量分別為0，0.04wt%，0.06wt%，0.08wt%，EVA 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著DCP 的增加不斷提高。然而，復(fù)合材料的斷裂伸長率變化趨勢不同，先增加后減少，DCP 用量為0.06wt%時斷裂伸長率達(dá)到最大值231.5%，此時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為10.7MPa，達(dá)到電纜要求的力學(xué)性能[7-8]。顯然，0.06wt%的DCP 在提高EVA 復(fù)合材料力學(xué)性能方面應(yīng)該是最合適的。

表2 DCP對EVA復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

2.3 陶瓷彎曲強(qiáng)度分析

可陶瓷化阻燃EVA 復(fù)合材料分別在溫度700℃，800℃，900℃，1000℃燒制陶瓷的彎曲強(qiáng)度結(jié)果見表3。從表3 看出，隨燒制溫度的升高，陶瓷的彎曲強(qiáng)度先升高后下降。在較低的溫度700℃，陶瓷的彎曲強(qiáng)度達(dá)到4.7MPa；800℃達(dá)到11.8MPa；900℃達(dá)到最高值20.4MPa。1000℃，陶瓷彎曲強(qiáng)度下降到17.8MPa。顯然，陶瓷的質(zhì)量隨燒制溫度的升高先提高后降低。

表3 各種溫度陶瓷彎曲強(qiáng)度

3 結(jié)論

本研究以EVA 為聚合物基體，MCA，OMMT 為復(fù)合阻燃劑，與成瓷填料、交聯(lián)劑等原料共混，制得可陶瓷化阻燃EVA 復(fù)合材料。EVA 復(fù)合材料阻燃性能和力學(xué)性能測試結(jié)果表 明，EVA/CF（GD/PL=4:3）/MCA/OMMT/DCP=35/35/25/5/0.06 為最佳配比，阻燃性能達(dá)到V-0 級。力學(xué)性能滿足電纜要求。EVA 復(fù)合材料燒制的陶瓷在700℃的彎曲強(qiáng)度為4.7MPa。