可陶瓷化阻燃EVA復合材料的制備與性能

邸宏偉，梁 燕，馬建軍

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

1 實驗部分

1.1 實驗原料

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，工業級；葉臘石粉（PL）：靈壽縣永輝礦產品加工廠，工業級；三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）：山東泰星新材料股份有限公司；有機蒙脫土（OMMT）：美國Nanocor 公司；過氧化二異丙苯（DCP）：國藥集團化學試劑有限公司，分析純。

1.2 實驗設備

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

1.3 料包的制備

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

1.4 試樣的制備

將配制好的復合材料原料包加入雙螺桿擠出機中擠出混煉、造粒，制得共混料。雙螺桿擠出機螺桿各區的溫度設置為：一區溫度：180℃，二區溫度：185℃，三區：185℃，四區：185℃，五區：185℃，六區：185℃，機頭：190℃。螺桿轉速：80r/min。喂料頻率：2.0。將共混料加入模具，在平板硫化機上熱壓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 實驗表征

1.5.1 彎曲強度測試

測試彎曲強度所用儀器為深圳新三思材料檢測有限公司CMT 2000型電子萬能試驗機，所用陶瓷彎曲強度測試國家標準為GB 6569-2006，樣條尺寸：30mm×4mm×3mm（標距×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根樣條彎曲強度平均值。

1.5.2 拉伸性能測試

采用CMT 2000型電子萬能試驗機，按照塑料拉伸強度和斷裂伸長率的測定標準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，記錄拉伸強度和斷裂伸長率，并取5根樣條拉伸強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）和極限氧指數法（LOI）。

本文采用HC-2C 型氧指數測定儀（南京上元分析儀器有限公司）按照GB/T 2406.2-2009測試標準對EVA 復合材料進行氧指數測試，樣條尺寸為130mm×6.5mm×3.2mm，記錄測試結果，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的測試標準對EVA 復合材料的阻燃性能進行測試，樣條尺寸為130mm×13mm×3.2mm，記錄測試結果，取5根樣條測量值的平均值。

2 結果與討論

2.1 阻燃性能研究

為了使可陶瓷化EVA 復合材料達到阻燃效果，加入阻燃劑MCA。通過垂直燃燒和氧指數實驗測試了可陶瓷化EVA 復合材料的阻燃性能，測試結果見表1。從表1看出，沒有阻燃劑MCA 時，EVA/CF/OMMT 復合材料沒有阻燃等級（N.R.）。保持OMMT 含量不變，逐漸提高MCA 的含量，當加入25wt%的MCA，EVA/CF/MCA/OMMT 復合材料阻燃性能達到最高等級（V-0級），同時，復合材料的LOI 值達到27.9%，可見，阻燃劑MCA 對EVA/CF/OMMT 復合材料能達到良好的阻燃效果。同時發現，OMMT 不可或缺，對阻燃起到協效作用，當復合材料中只有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 時達到V-0級，顯然，OMMT 在MCA 阻燃EVA 復合材料中能起到協同效果，作用不可或缺，但不是越多越好。

表1 EVA復合材料的阻燃性能

2.2 DCP對復合材料力學性能影響

為了彌補添加大量填料對可陶瓷化阻燃EVA 復合材料力學性能的影響，需要添加交聯劑DCP 對EVA 復合材料進行交聯。不同DCP 含量的EVA 復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率如表2所示。從表2看出，沒交聯的復合材料力學性能很差，拉伸強度只有6.8MPa，斷裂伸長率只有61.9%，加入交聯劑DCP的量分別為0，0.04wt%，0.06wt%，0.08wt%，EVA 復合材料的拉伸強度隨著DCP 的增加不斷提高。然而，復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%時斷裂伸長率達到最大值231.5%，此時，復合材料的拉伸強度為10.7MPa，達到電纜要求的力學性能[7-8]。顯然，0.06wt%的DCP 在提高EVA 復合材料力學性能方面應該是最合適的。

表2 DCP對EVA復合材料力學性能的影響

2.3 陶瓷彎曲強度分析

可陶瓷化阻燃EVA 復合材料分別在溫度700℃，800℃，900℃，1000℃燒制陶瓷的彎曲強度結果見表3。從表3 看出，隨燒制溫度的升高，陶瓷的彎曲強度先升高后下降。在較低的溫度700℃，陶瓷的彎曲強度達到4.7MPa；800℃達到11.8MPa；900℃達到最高值20.4MPa。1000℃，陶瓷彎曲強度下降到17.8MPa。顯然，陶瓷的質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度

3 結論

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