新型阻燃木塑復合材料開發及阻燃性能分析

蒼 瓊

（唐山工業職業技術學院，河北唐山 063000）

隨著社會發展水平的不斷提高，人們的環保意識不斷增強，木塑復合材料作為一種新型的環保材料也隨之問世。它是利用植物纖維和廢棄的塑料經過特殊的加工注塑而成。除此之外，它還可采用熱壓、擠出等方式來進行加工使用。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顯得至關重要。本文以在阻燃劑中添加有機硅、聚磷酸銨等阻燃材料來了解它的阻燃性能，及它們對木塑復合材料所造成的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及實驗儀器

實驗材料包括高密度聚乙烯、抗氧劑、木粉、有機硅系阻燃劑、聚磷酸銨以及有機磷氮阻燃劑。實驗儀器包括：轉矩流變儀、塑料注射成型機以及氧指數測 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℃，時間設定為8h。經干燥處理后的木粉含水量要低于2%。然后按表1配方進行配比。包括高密度聚乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯等。全部材料按照配比稱量，再借用轉矩流變儀將材料進行充分混合，溫度175℃。最終得到木塑試樣。

表1 試樣配方

1.3 性能測試

根據國際標準，利用氧指數儀對復合材料進行極限氧指數的測定，并利用綜合熱分析儀對復合材料的熱失重狀況進行詳細分析，并且將升溫速率控制在10℃/min。然后可利用錐形量熱儀測試復合材料的燃燒性能。尺寸大小設定為100mm×100mm×2mm，所需水平輻射強度范圍可控制在35kW/m2。除此之外，利用萬能材料實驗機檢測復合材料的延展性，利用沖擊實驗機檢測材料的抗沖擊力。

2 結果與討論

2.1 阻燃性能分析

極限氧指數分析主要用來檢測該阻燃劑是否能夠做到有效阻燃，作為重要的評定指數之一，它是指在一定環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行燃燒時所耗費的氧氣量。通過添加到木塑復合材料中的劑量來測定它的阻燃性能。

根據實驗顯示，在木塑復合材料中添加有機硅系阻燃劑時，它的阻燃性能會隨著有機硅系阻燃劑的添加量而改變。所添加的有機硅系阻燃劑份數越多，則阻燃性能越強。這也充分表明，通過添加有機硅系阻燃劑，能對木塑復合材料起到阻燃的效果。再添加不同份額的木粉用量時，它的阻燃性能也會隨之改變。所添加的木粉用量和阻燃性能呈正向比例關系。它的阻燃性能比添加高密度聚乙烯時要更強一些。并且在添加有機硅系阻燃劑的基礎上再添加聚磷酸銨，則它的阻燃性能同樣會增強。如果將聚磷酸銨替換為有機磷氮阻燃劑，則它的阻燃性能也會增強，但效果沒有前者明顯。通過對不同試樣A6、C2和D2中分別加入不同份額的有機硅系阻燃劑和不同份額的有機磷氮阻燃劑、聚磷酸銨就會發現，有機硅系阻燃劑和聚磷酸銨阻燃效果基本相同。然而有機磷氮阻燃劑和有機硅系阻燃劑則不具有阻燃協效性。

錐形量熱儀能夠真實測定出該材料在火災中的燃燒數據，具有極高的精準性。測量中可通過材料的點燃時間及總熱釋放量等燃燒的相關數據測定出燃燒性能。

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

圖1 木塑阻燃體系的熱釋放速率、總放熱量曲線

火災性能指數就是指點燃時間與最大熱釋放速率之間的對比關系。通過圖2可看出，當在木塑復合材料中添加不同的阻燃劑量時，它的煙釋放速度也會呈現出下降狀態。添加的阻燃劑量份數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

主要用來監測實驗材料在升溫過程中時間或溫度的變化，即它的熱穩定性研究。實驗結果顯示，當使用阻燃材料時，它的分解溫度要低于未添加組合材料時的分解溫度。當所添加的有機硅系阻燃劑用量增加時，它的高溫降解性能也會有所增加，從而對材料形成了有效的阻燃。

2.3 力學性能分析

通過在木塑復合材料中添加有機硅系阻燃劑，隨著添加用量的不同能有效改變它的阻燃性能。通過實驗得知，在添加有機硅系等阻燃劑時，木塑復合材料的力學性能也會發生改變。例如：當添加一定劑量的有機硅系阻燃劑時，則它的延展性能會有所降低，但它的抗擊壓性能有所增強。當添加不同用量的木粉時，則木塑復合材料的延展性能同樣會有所降低，但它的彎曲度都有所增強。

3 結束語

通過添加不同用量的阻燃劑，能夠有效增強木塑復合材料的阻燃性能。換言之，也就是提高了它的安全性能及防火易燃性。此外，添加阻燃劑對木塑復合材料的力學性能影響并不大。這也充分說明了有機硅系阻燃劑或其他阻燃劑的使用能有效保證木塑復合材料的阻燃性能，且不會對材料的原有性能產生不良影響。