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纳米阻燃剂对木塑复合材料阻燃性能的影响

  木塑复合材料作为一种新型材料,性能充分体现了木材和塑料的优势,且不含甲醛成分,在国外广泛应用于室外建筑材料。由于热塑性塑料和木质纤维均为碳氢化合物,在遇明火或在加热的情况下均易燃烧,所以WPC是一类易燃的复合材料,而且在燃烧过程中会产生大量有害气体,因而限制了其使用范围,因此在生产过程中往往需要添加阻燃剂。木塑复合材的阻燃涉及到对木材组分阻燃和对聚合物的阻燃。聚烯烃和木材的阻燃常采用无机阻燃剂(氢氧化铝、氢氧化镁等)、含卤阻燃剂(十溴二苯醚等)和含磷阻燃剂(聚磷酸铵、磷酸酯等)等品种,其中氢氧化镁与氢氧化铝等无机阻燃剂因价格低廉,热稳定性优异,并具有无毒和抑烟等优点而受到关注。
  试验材料:
  刨花树种主要为云南松与桉树,初始含水率5.8%。高密度聚乙烯(HDPE)粒料,密度为0.941g/cm3~0.963g/cm3。工业级硅烷偶联剂。分解温度350℃。纳米氢氧化铝(纳米ATH),短轴方向50-60nm,长轴方向300-400nm。分析纯非纳米氢氧化铝(非纳米ATH)。
  仪器设备:
  氧指数测定仪
  木塑复合材制备:
  木塑复台材的木塑比例为6:4,硅烷偶联剂用量为2%。将塑料、刨花、偶联剂厦阻燃剂按比侧在搅拌机中充分混合,手工铺装成305mmx350mm的疏松板坯。在室温状态下进行预压(预压压力为1MPa,预压时问30s),然后放八平板硫化机中进行热压成型。术塑复合材名义密度设定为0.89/cm3,名义厚度10xma。主要热压参数;热压温度180℃。热压时间12rain,热压压力2MPa。
  性能测试:
  木塑复台材氧指数按GB/T 2406-1993进行测试,木塑复台材力学性能参照《人造板及饰面人造板理化性能试验方法GB/T 17657.1999》进行检测。
  阻燃剂种类对WPC氧指数的影响:
  图1采用了5种阻燃剂,其中l代表纳米MH,Ⅱ代表纳米ATH,Ⅲ代表非纳米ATH,IV代表纳米ATH+纳米MH(比例1:1)。V代表纳米ATn+非纳米ATH(比倒1:1),阻燃剂用量为12%。
  图1加入不同阻燃剂复台材料的氧指数
  由图1可见:纳米阻燃剂要比非纳米阻燃剂的阻燃性能好;单独使用纳米MH和ATH,纳米ATH要略好于纳米MH;纳米MH和纳米ATH混合使用,能产生协同效应;纳米ATH和非纳米ATH混台使用,产生反协同效应。这是因为纳米粒子颗粒小,比表面积大,加上纳米粒子自身的尺寸效应和表面效应。增加了阻燃剂与基体之间的接触面积,增强了阻燃剂与基体界面的相互作用和亲和性,改善两者的相容性;MH与ATH吸收的热量分别为1.42MJ/kg、1.2MJ/kg,而且MH的热分解温度高,理论上应该是纳米MH的阻燃效果要比纳米ATH好,而本实验出现了纳米ATH要略好于纳米MH,这是由于两者不是同一产品,虽都是纳米级,但尺寸还是存在差异,这就影响了其阻燃效果。
  另外,氧指数测定仪测定的本质是测试材料的氧指数值,不是要材料烧的好看而是要界定材料在怎样的氧浓度下材料会维持燃烧。所谓氧指数亦是指试样物质在被引燃后,在氧、氮混合气流中,保持燃烧50mm长或燃烧时间为180s这个节点所需要的最低氧浓度,它本质是为了界定多种聚合物的难燃性。
  回到问题处,当氧指数测定仪测定氧指数试验过程中,材料一直不能点燃,肯定是材料阻燃性较高,氧浓度过低的原因。此时可以将氧气阀氮气阀先关闭,重新增大氧浓度进行试验。
  为了避免用氧指数测定仪测定氧指数时材料不能点燃或者一点就没了的情况,用户可以在试验之前现在空气中将试样燃烧一下查看燃烧情况,正常大气压下的氧气浓度大概在百分之二十到百分之二十一之间,据此可以估算一个试样材料在空气中燃烧的氧浓度值,在试验过程中反复调整,以此确定材料真正的氧浓度。
  值得一提的是,无论是国标之中给过的材料氧指数参考数据的,还是国标中并未举例的材料,真正的试验时都是反复进行试验来确定氧指数值的。

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