3種阻燃劑對(duì)聚乙烯基木塑地板性能的影響研究論文
木塑復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱WPC)是一種新型的環(huán)保材料，相比較塑料具有更好的拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和耐蠕變性等，相比較木材具有更好的尺寸穩(wěn)定性、加工性和可回收利用等，主要應(yīng)用于鋪板、欄桿、鐵道枕木、汽車產(chǎn)品等。由于植物纖維和塑料都是易燃物質(zhì)，故木塑復(fù)合材料不具備阻燃性，存在一定的安全隱患，限制了它在家具、室內(nèi)裝飾材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，研究阻燃型木塑復(fù)合材料，可以拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，提高其市場(chǎng)價(jià)值，又可以保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，具有重要的研究意義。目前，木塑復(fù)合材料研究包括木塑復(fù)合材料的界面改性、抗老化性、耐腐蝕性等。針對(duì)木塑復(fù)合材料阻燃，工業(yè)領(lǐng)域主要采用鹵系、磷系、膨脹阻燃劑以及無機(jī)氫氧化物等。國內(nèi)外已有對(duì)木塑復(fù)合材料的阻燃性進(jìn)行研究，例如AbuBakar等研究膨脹阻燃劑對(duì)聚丙烯復(fù)合材料阻燃效果的影響，表明三聚氰胺有協(xié)同作用，比單獨(dú)使用聚磷酸胺(APP)可進(jìn)一步提高聚丙烯/木粉(PP/WF)復(fù)合材料的的阻燃性。Graca等研究氫氧化鋁對(duì)聚乙烯/木粉(PE/WF)復(fù)合材料阻燃效果的影響，表明采用氫氧化鋁作為阻燃劑可以有效地提高木塑復(fù)合材料的阻燃性能,但是材料的耐久性降低。董吉等以聚磷酸胺(APP)、季戊四醇(PER)以及自制的成炭發(fā)泡劑(CFA)為膨脹體系，表明膨脹體系可以提高復(fù)合材料的氧指數(shù)與成炭性，提高材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。筆者為了研制成本低，綜合性能優(yōu)的木塑地板，在采用高速混煉和擠出成型工藝的基礎(chǔ)上，制備阻燃型木塑地板，研究3種阻燃劑(鹵素阻燃劑、無機(jī)阻燃劑和氮磷阻燃劑)對(duì)木塑地板的24.0h吸水率、彎曲破壞載荷、氧指數(shù)和煙密度等級(jí)的影響，探索工業(yè)化制備阻燃木塑地板的工藝參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)阻燃木塑地板的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
1實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料
橡膠木Heveaspp.木粉：產(chǎn)自云南西雙版納地區(qū)，由工廠加工所得，原料經(jīng)干燥至含水率為2.0%~3.0%，篩選至目數(shù)為60~100。聚乙烯：聚乙烯飲料瓶回收再造粒料，密度為0.92g·cm-3。阻燃劑：FRA十溴聯(lián)苯醚、FR-B氫氧化鋁、FR-C氮磷阻燃劑[m(聚磷酸銨)∶m(三聚氰胺)=3∶1]，山東濰坊遠(yuǎn)東楊塑科技有限公司。
1.2實(shí)驗(yàn)方案
將木粉(WF)，聚乙烯(PE)，阻燃劑(FR)，偶聯(lián)劑及其他添加劑按相應(yīng)配方在高速混煉機(jī)中105~125℃條件下混合20min，轉(zhuǎn)速為1500r·min-1。將混料利用同向雙螺桿造粒機(jī)進(jìn)行造粒，造粒時(shí)間為15~18min，溫度130~175℃，轉(zhuǎn)速為300r·min-1。再通過錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出成型，并經(jīng)冷卻、截取獲得最終試件。
1.3性能測(cè)試
24.0h吸水率和彎曲破壞載荷按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24508-2009《木塑地板》測(cè)試;氧指數(shù)代表材料的難燃性，其值越高，表明材料越難燃;按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2406.2-2009《塑料用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為》測(cè)試，試樣尺寸為80～150mm×10mm×4mm，樣本數(shù)為10~15個(gè);煙密度按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8627-2007《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗(yàn)方法》測(cè)試，試樣尺寸為25mm×25mm×6mm，樣本數(shù)為3個(gè)。
2結(jié)果與分析
分別研究3種阻燃劑對(duì)木塑地板24.0h吸水率、彎曲破壞載荷、氧指數(shù)和煙密度等級(jí)的影響。
2.1阻燃劑對(duì)24.0h吸水率影響
由圖1可知：阻燃處理的木塑地板與未阻燃處理的對(duì)照試件相比，其24.0h吸水率有明顯上升，其中添加氮磷阻燃劑木塑地板的24.0h吸水率最大為2.32%，相比較對(duì)照試件上升了152.0%，但仍滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24508-2009《木塑地板》基于不發(fā)泡木塑地板吸水率(<3.0%)的要求。
2.2阻燃劑對(duì)彎曲破壞載荷影響
阻燃處理的木塑地板與未阻燃處理的對(duì)照試件相比，其彎曲破壞載荷都有明顯的降低，這是由于添加3種阻燃劑后，一部分的阻燃劑覆蓋在相容劑馬來酸酐接枝PP的表面上，影響了木粉與塑料之間的界面結(jié)合，從而影響了木塑地板的力學(xué)性能。其中添加3種阻燃劑，木塑地板的彎曲破壞載荷下降幅度為10.5%~27.4%，添加FR-A十溴聯(lián)苯醚的木塑地板的彎曲破壞載荷最小為4622N，相對(duì)于對(duì)照試件下降了27.4%，但仍遠(yuǎn)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24508-2009《木塑地板》對(duì)公共場(chǎng)合素面木塑地板彎曲破壞載荷(>2500N)的要求。
2.3阻燃劑對(duì)氧指數(shù)影響
對(duì)照試件的氧指數(shù)為20.37，說明木塑地板為易燃材料。與對(duì)照試件相比，添加3種阻燃劑能顯著提高木塑地板的氧指數(shù)。其中添加FR-C氮磷阻燃劑的木塑材料氧指數(shù)最高，相比較對(duì)照試件提高了34.4%。這是由于聚磷酸銨(APP)分解脫氨產(chǎn)生聚酸胺，由于木粉中含有大量的纖維素、半纖維素含碳的多羥基化合物，在聚磷酸的催化下脫水成炭，在木塑復(fù)合材料表面形成致密的.炭化保護(hù)層，其次三聚氰胺(MEL)受熱釋放惰性氣體，減少可燃?xì)怏w，稀釋氧氣，在混合阻燃體系中起協(xié)效作用。添加FR-A十溴聯(lián)苯醚阻燃劑的木塑地板氧指數(shù)最小，但相比較對(duì)照試件提高了25.2%，說明添加阻燃劑能有效提高木塑地板的阻燃性。
2.4阻燃劑對(duì)煙密度等級(jí)影響
阻燃木塑地板煙密度等級(jí)測(cè)試結(jié)果顯示，煙密度等級(jí)越低說明抑煙效果越好。阻燃處理的木塑地板與未阻燃處理的對(duì)照試件相比，其煙密度等級(jí)呈現(xiàn)不同變化，說明木塑地板的煙密度等級(jí)受阻燃劑種類的影響。其中添加FR-A十溴聯(lián)苯醚的木塑地板煙密度等級(jí)最大為60.31，相比較對(duì)照試件提高了72.7%，說明鹵素阻燃劑的抑煙效果差，添加FR-B氫氧化鋁木塑地板的煙密度等級(jí)相比較對(duì)照試件有明顯的降低，下降幅度為24.9%，說明無機(jī)阻燃劑有一定的抑煙效果。這可能是由于無機(jī)阻燃劑在高溫下分解生成水能稀釋可燃性氣體，降低煙的濃度，從而降低煙密度等級(jí)。所有木塑地板煙密度等級(jí)均可滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB8624-2006《建筑材料及制品燃燒性分級(jí)》對(duì)B1級(jí)建筑材料煙密度等級(jí)(<75.0)的要求。
3結(jié)論
添加3種阻燃劑木塑地板的24.0h吸水率、彎曲破壞載荷滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24508-2009《木塑地板》的要求，其中添加氫氧化鋁木塑地板的24.0h吸水率最小為1.36%，添加氮磷阻燃劑木塑地板的彎曲破壞載荷最大為5698N。
添加3種阻燃劑木塑地板的氧指數(shù)有明顯的提高，其中添加氮磷阻燃劑木塑地板氧指數(shù)提高34.4%;木塑地板的煙密度等級(jí)呈現(xiàn)不同變化，說明木塑地板的煙密度等級(jí)受阻燃劑種類的影響。
綜合以上分析，我們可以初步確定工業(yè)化生產(chǎn)阻燃木塑地板是可行的，但木塑地板的煙密度等級(jí)有待降低，火災(zāi)中的產(chǎn)煙毒性有待研究。
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