黃 耿，謝 靜，劉夢琴，李 璐，段錦華，劉晉男，張 雯

（1.衡陽師范學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)系，湖南 衡陽421008；2.衡陽恒飛電纜有限責(zé)任公司，湖南 衡陽421008；3.株洲市南方中學(xué)，湖南 株洲412000）

近年來，由聚合物材料著火所引起的火災(zāi)發(fā)生率呈上升趨勢。據(jù)統(tǒng)計，全球火災(zāi)事故中，只有少數(shù)人死于明火燒身，而90%以上的人死于含有鹵素阻燃劑的聚合物材料燃燒時釋放出來的煙霧和毒性氣體而造成的窒息死亡。因此低煙無氯阻燃劑的研究具有十分重要的意義，其中使用清潔高效無機阻燃劑是改善材料阻燃性能的重要途徑。目前，廣泛使用的無機阻燃劑一般為金屬氫氧化物，常見的是氫氧化鋁和氫氧化鎂，它們具有阻燃、環(huán)保、抑煙、無毒等優(yōu)點［l］，因而成為科研工作者們競相研究的熱點。

層狀雙氫氧化物（layered double hydroxides，LDHs，又稱水滑石）作為一種新型的無機材料［2－4］，與氫氧化鋁和氫氧化鎂有相似的組成和結(jié)構(gòu)，并兼具兩者的優(yōu)點，且LDHs本身不含任何有毒物質(zhì)，因此是一種理想的阻燃和抑煙型清潔阻燃劑，在阻燃上呈現(xiàn)出的誘人的應(yīng)用前景，使它的有關(guān)研究成為熱點［5－6］。這種獨特的結(jié)構(gòu)賦予它酸性、堿性、熱穩(wěn)定性、記憶效應(yīng)等許多特殊的性質(zhì)［7－13］，也正是這些特殊的性質(zhì)使其成為一種具有巨大潛力的新型無機功能材料，受到人們的廣泛關(guān)注。

筆者將硬脂酸鈉改性水滑石以及氫氧化鋁分別與乙烯－醋酸乙烯共聚物混煉制備復(fù)合材料，考察其在硫磺硫化體系中改性水滑石與橡膠復(fù)合材料的硫化特性、機械性能、老化性能與氧指數(shù)［14－16］。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：沖片機（CP－25，上海中藝機器廠）；開放式煉膠機（JTC－759，廣東省湛江機械廠）；平板硫化機（QLB－350＊350＊2，上海第一橡膠機械廠）；無轉(zhuǎn)子硫化儀（MDR－2000，上海杰登機器設(shè)備有限公司）；熱老化試驗箱（XG－C2，江蘇省啟東縣實驗儀器廠）；橡膠強力試驗機（XQ－250，上海東方機械廠）；氧指數(shù)測定儀（HC－2，南京市江寧區(qū)分析儀器廠）。

試劑：改性水滑石（150nm，江陰瑞法化工有限公司）；氫氧化鋁（上海匯普工業(yè)化學(xué)品有限公司）；EVA（421／40L03，杜邦公司）；其余添加劑均購自國內(nèi)各公司。

1.2 復(fù)合材料的制備及性能測試

采用基本配方（質(zhì)量份）：改性水滑石和氫氧化鋁變量，EVA100份［17］，其余添加劑定量。將其投入開煉機，按照標(biāo)準(zhǔn)混煉得到混合膠。擱置8h后，控制溫度為150℃，在硫化儀中測試其硫化特性，再根據(jù)正硫化時間在液壓機上壓成片狀，擱置16h后切片，進行機械性能測試。按照標(biāo)準(zhǔn)制得2型啞鈴狀試樣，進行拉伸應(yīng)力性能測試。最后在調(diào)節(jié)度溫至158℃，將試樣條放入老化試驗箱，老化168h后取出。按照標(biāo)準(zhǔn)進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

表1 復(fù)合材料在硫磺硫化體系中的硫化特性

表1為硬質(zhì)酸鈉改性鎂鋁水滑石／EVA和氫氧化鋁／EVA復(fù)合材料的硫化特性?！鱉（最大小扭矩之差）表征橡膠分子鏈纏結(jié)程度的高低；t10表征橡膠的焦燒時間，表示橡膠可安全加工時間的長短；t90表征橡膠的正工藝硫化時間。由表1橫向比較可知Al（OH）3／EVA復(fù)合材料的正硫化時間在阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～70%時縮短，70～130%時增加；SLDHs／EVA復(fù)合材料的正硫化時間在阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～100%時增加，100～130%時縮短?？v向比較可得SLDHs／EVA復(fù)合材料的預(yù)硫化時間和正硫化時間與Al（OH）3／EVA 復(fù) 合 材 料 相 比 有 了 一 定 的 縮 短，其 中SLDHs／EVA復(fù)合材料的預(yù)硫化時間和正硫化時間大為縮短。

2.2 機械性能

表2 復(fù)合材料在硫磺硫化體系中的的機械性能

續(xù)表

由表2見圖1復(fù)合材料的抗張強度。其中a代表SLDHs／EVA復(fù)合材料，b代表 Al（OH）3／EVA復(fù)合材料。從圖1橫向比較可得SLDHs／EVA的抗張強度先增大后減小然后再增大；Al（OH）3／EVA下降的趨勢比較小，當(dāng) Al（OH）3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到100%時，抗張強度開始增大。縱向比較可得阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～70%時，SLDHs／EVA ＞ Al（OH）3／EVA；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%～130%時，抗張強度 Al（OH）3／EVA ＞SLDHs／EVA。

圖1 復(fù)合材料的抗張強度

綜上所述，當(dāng)SLDHs投入量在70%以下時，抗張強度要高于Al（OH）3，當(dāng)無機填料添加量增加至70%以上時，則情況相反。

圖2為復(fù)合材料伸長率。其中a代表SLDHs／EVA復(fù)合材料的，b代表Al（OH）3／EVA復(fù)合材料。從圖橫向比較可以看出復(fù)合材料的伸長率隨著阻燃劑的含量增加而減小，Al（OH）3／EVA的伸長率呈直線趨勢下降，且減小的程度很大；SLDHs／EVA復(fù)合材料下降的趨勢比較小，且大小相近?？v向比較可得復(fù)合材料的伸長率SLDHs／EVA＞Al（OH）3／EVA。

圖2 復(fù)合材料的伸長率

其中a代表SLDHs／EVA復(fù)合材料，b代表Al（OH）3／EVA復(fù)合材料。從圖3橫向比較可以看出復(fù)合材料的硬度隨著阻燃劑的含量增加而增加，縱向比較可得復(fù)合材料的硬度SLDHs／EVA ＞ Al（OH）3／EVA。

圖3 復(fù)合材料的硬度

綜上所述，硬脂酸鈉改性納米水滑石／EVA復(fù)合材料具有抗張強度大，伸縮率長，硬度小的物理機械性能。

2.3 老化性能

比較表2和表3可知復(fù)合材料老化后機械性能SLDHs／EVA和Al（OH）3／EVA的變化趨勢與老化前的一致：在填料添加量小于100%時，抗張強度變化率和伸長率變化率SLDHs／EVA＞ Al（OH）3／EVA，在填料添加量大于100%則相反。

表3 老化一周后的機械性能

2.4 阻燃性能

分別將壓片后的試樣進行氧指數(shù)測試，結(jié)果如表4所示。

表4 氧指數(shù)測試

從圖4橫向比較可以看出，復(fù)合材料的氧指數(shù)隨著阻燃劑的含量增加而增加?？v向比較可得EVA／SLDHs和EVA／Al（OH）3的阻燃效果相近。

圖4 復(fù)合材料的氧指數(shù)

3 結(jié) 論

通過以上性能比較說明硬脂酸鈉改性納米水滑石／EVA復(fù)合材料不僅有良好的阻燃效果，而且還有優(yōu)良的硫化性能和機械性能，因此該復(fù)合材料將在控制成本的前提下可以用于替代EVA電纜中的金屬氫氧化物，并且也展示了水滑石在EVA電纜阻燃材料方面有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景［18－19］。

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