（安全技术及工程专业论文）低烟聚氯乙烯和阻燃硅橡胶电缆材料的制备与性能研究.pdf

中国科学技术大学博士论文摘要 究 根据以上优化条件制各以1 1 2 z h s 包覆的m h 和c a c 0 3 ，利用x r d 和 t e m 对包覆粒子的结构进行表征：通过熔融共混法将包覆物与p v c 复合，利用 l o i 、u l9 4v 、s d r 、c o n e 、t g a 等手段研究它们对p v c 电缆材料阻燃抑烟 性能、热稳定性和燃烧性能的影响，并且与三氧化二锑( a o ) 等p v c 传统阻燃 抑烟剂进行比较。研究发现z h s 包覆c a c 0 3 对p v c 电缆材料具有最佳的阻燃抑 烟效果。结合g c m s 、c o n e 和t g a 研究其阻燃机理，可知z h s 包覆c a c 0 3 对p v c 的阻燃抑烟作用同样是气相作用机理和固相作用机理并存的。 3 无卤阻燃硅橡胶电缆材料的研究 以m h 或a t h 为阻燃剂、z b 或m r p 为阻燃协效剂，白炭黑为补强剂制备 m v m q 电缆材料，系统研究其机械性能、阻燃性能和耐溶剂性能。l o 、u l9 4 v 和s d r 研究结果表明，m h m r p 协效阻燃体系对m v m q 具有最佳的阻燃作 用；材料热重和热氧化动力学分析结果表明，m h m r p 改变了m v m q 材料的热 解过程；m h m r p 阻燃的m v m q 材料热氧化降解过程表观活化能比未阻燃时显 著增加；结合e s e m 燃烧残余物形貌分析，m h m r p 阻燃的硅橡胶燃烧后的炭 渣连续而致密，初步推断m h m r p 对硅橡胶电缆材料的阻燃机理中，除了增强 燃烧残余物的阻隔作用外，还包含有能量阻隔机理。 根据上述研究，筛选具有最优补强和阻燃性能的m v m q 阻燃补强配方并添 加适量结构控制剂，加工制备了成型阻燃硅橡胶电缆护套，制品完全符合无卤阻 燃硅橡胶电缆材料的工业生产和使用要求，并通过了国家固定灭火系统和耐火构 件质量监督检验中心对耐火电缆的检验。 4 m v m q 有机蒙脱土纳米复合物无卤阻燃电缆材料的研究 利用z 桨捏合机通过熔融插层法制备了m v m q o m m t ( 用十六烷基三甲基 溴化铵，c 1 6 b r n 改性的蒙脱土) 纳米复合物，以m h m r p 为阻燃剂，白炭黑为 补强剂制备了无卤阻燃的m v m q o m m t 纳米复合材料，系统研究了o m m t 和 气相法白炭黑对m v m q 的协效补强作用，以及o m m t 和m h m r p 对m v m q 的协效阻燃作用。o m m t 对m v m q 基体的机械性能有明显的补强效果，当其用 量仅为o 5 时，硅橡胶纳米复合物的拉仲强度比纯基体树脂提高1 4 1 6 ，但其 用量大于5 时，纳米复台物的力学性能则会有明显降低；o m m t 和气相法白 中国科学技术大学博士论文 摘要 炭黑对m v m q 具有补强协效作用，当其用量分别为1 和2 0 时，复合材料拉 伸强度与3 0 白炭黑单独使用时相当。利用l o i 、u l9 4v 、e s e m 等方法综合 评价了0 m m t m 们v i r p 对m v m q 的阻燃性能，结果表明：o m m t 和m h m r p 对m v m q 的阻燃具有优良的阻燃协效性，含有1 o m m t 的纳米复合物的初始 热分解温度( 失重5 ) 比m v m q 提高1 2 9 。热氧化降解动力学研究发现， o m m t 在硅橡胶，o m m t 纳米复合材料的燃烧降解过程中，对残余物的生成起促 进作用，并具有因降解控制步骤改变和产物变化而引起的活化能增大的能量阻隔 作用。 中国科学技术大学 a b s t r a c c a b s t r a c t i no r d e rt op r o t e c t i n gt h en a t u r a le n v i r o n m e n tf r o md e s t r u c t i o no rp o l l u t i o n ， e s p e c i a l l yt os a s t i f yt h er e q u i r e m e n t so nf i r es a f e t y , l o w s m o k e ，l o w - t o x i c i t ya n d f l a m er e t a r d a n tc a b l ec o v e r i n gm a t e r i a l sa r eo n eo ft h ef o c u sr e s e a r c h e si nr e c e n t y e a r s b a s e do nt h er e c e n tl i t e r a t u r e s ，t h el a t e s tp r o g r e s s e sw e r er e v i e w e di nt h i s d i s s e r t a t i o ni nt h ef i e l d so fs m o k es u p p r e s s a n ta n df l a m er e t a r d a n to fp o l y ( v i n y l c h l o r i d e ) ( p v c ) c a b l em a t e r i a l s ；n o n h a l o g e nf l a m er e t a r d a n to fs i l i c o n er u b b e rc a b l e m a t e r i a l s i nt h i st h e s i s ，t h ep r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fz i n ch y d r o x y s t a n n a t e ( z n s n ( o h ) 6 ，z h s ) ，z h s c o a t e d m a g n e s i u mh y d r o x i d e ( m h ) a n dc a l c i u m c a r b o n a t e ( c a c 0 3 ) w e r ed e s c r i b e d f i r er e t a r d a n t ( f r ) p r o p e r t i e sh a v e b e e nm e a s u r e d a n dc o m p a r e df o ru n f i l l e da n df i l l e d p o l y v i n y l c h l o r i d e ( p v c ) b a s e dc a b l e f o r m u l a t i o n sc o n t a i n i n gv a r i o u sa m o u n t so ff i l l e r sm e n t i o n e da b o v ec o m p a r e dw i t h a n t i m o n yt r i o x i d e ( a o ) 一t r a d i t i o n a lf l a m er e t a r d a n tf o rp v c h a l o g e nf r e ef l a m e r e t a r d a n ts i l i c o n er u b b e ro rs i l i c o n er u b b e r c l a y n a n o c o m p o s i t e sb a s e d c a b l e c o m p o s i t e su s i n gm ha n da l u m i n i u mh y d r o x i d e ( a t h ) a s af l a m e r e t a r d a n t ， c o m b i n e dw i t hz i n cb o r a t e ( z b ) a n dm i c r o e n c a p s u l a t e dr e dp h o s p h o r o u s ( m r p ) a sa s y n e r g i s tw e r ep r e p a r e d t h e i rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n df i r ep r o p e r t i e sw e r es t u d i e d u s i n gt e n s i l et e s ta n dl o i ，u l9 4v t g a a l lt h er e s u l t sw e r ef e db a c kt oc a b l e m a t e r i a ld e s i g nt op r o m o t e d e v e l o p m e n to f s u p e r i o rf i r es a f ec a b l em a t e r i a l s t h e r ea r em a i n l yc o n t a i n i n gf o u rp a r t si n c l u d e di nt h i sp a p e r 1 s t u d yo nf l a m er e t a r d a n ta n ds m o k es u p p r e s s a n te f f e c to fz h sf o rp v cb a s e d c a b l ec o v e r i n gm a t e r i a l s z h sh a sb e e no b t a i n e dt h r o u g has i m p l em e t h o db y h y d r o l y z a t i o no fs n4 + r e a c t i n gw i t hz n 2 + i na q u e o u sa n ds o l i ds o d i u mh y d r o x i d e m a o h ) a c ta sp r e c i p i t a t o r t h ep r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yx r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) p a t t e r n s ，f o u r i e rt r a n s f e ri n f r a r e d ( f t i r ) s p e c t r aa n dt h e r m o g r a v i m e t r i c a n a l y s i s ( t g a ) ，t h ei n f l u e n c ef a c t o r so ft h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sf o rr e a c t i o n t e m p e r a t u r ea n dp hv a l u ew e r ei n v e s t i g a t es y s t e m a t i c a l l y a n dt h e o p t i m u m e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sw e r ep r e s e n t e d t h et r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) i m a g e st e s t i f i e dt h a tt h ep h a s eo b t a i n e dh a sa nc u b i c t y p es t r u c t u r ea n dg r o wi n t o 中国科学技术大学 a m o r p h o u sp a r t i c l e sw i t has t a n d a r ds i z e2 0 - 3 0n l n f l a m er e t a r d a n ta n ds m o k e s u p p r e s s a n tp v cc a b l ec o v e r i n g m a t e r i a l sw e r ep r e p a r e dv i am e l tb l e n d i n g f l a m e r e t a r d a n ta n ds m o k e s u p p r e s s a n tp r o p e r t i e so fz h sw a si n v e s t i g a t e di na c o m p a r i s o nw i t ha o ，z b ，m h ，a t h ，c a c 0 3t h r o u g ht h el i m i t i n go x y g e ni n d e xt e s t ( l o i ) ，v e r t i c a lb u r n i n gt e s t ( u l9 4v ) ，s m o k ed e n s i t yt e s t ( s d r ) t h ef a m e r e t a r d a n t m e c h a n i s m sw e r es t u d i e dt h r o u g ht h ee s e mo fc h a r , t g a ，c o n ec a l o r i m e t e r ( c o n e ) a n dg c - m sa n a l y s i s ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tz h sc o u l db eu s e da sah i g h l ye f f e c t i v e f l a m er e t a r d a n tf o rp v cc a b l em a t e r i a l s ，a n di ta p p e a r st h a tz h sm a ye x e gi t sa c t i o n i nb o t ht h ec o n d e n s e da n dv a p o r p h a s e s 2 s t u d yo nt h ef l a m er e t a r d a n ta n ds m o k es u p p r e s s a n te f f e c to fz h sc o a t e d f i l l e r sf o rp v cb a s e dc a b l ec o v e r i n gm a t e r i a l s z h sc o a t e df i l l e r sw e r ep r e p a r e d t h r o u g ht h ec o p r e c i p i t a t i o n o fs n 4 + a n dz n 2 + i nm ho rc a c 0 3a q u e o u s s u s p e n s i o n ，t h ep r e p a r e dz h sc o a t e df i l l e r sw e r ec h a r a c t e r i z e db yx r da n dt e m f i r er e t a r d a n tp r o p e r t i e s ，i n c l u d i n gl o i ，u l9 4v ，s d rh a v eb e e nm e a s u r e da n d c o m p a r e df o ru n f i l l e da n df i l l e dp o l y v i n y l c h l o r i d e ( p v c ) b a s e dc a b l ef o r m u l a t i o n s ， c o n t a i n i n gv a r i o u sa m o u n t so fu n c o a t e da n dz h s c o a t e dm hc a c 0 3f i l l e r sa tt h e s a m ea d d i t i o nl e v e l 11 2 t h ef l a m e r e t a r d a n tm e c h a n i s m sw e r es t u d i e dt h r o u g h c o n e ，t g a ，e s e ma n dg c - m sa n a l y s i s ，t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ef l a m e r e t a r d a n c yi n d u c e db yz h s c o a t e dc a c 0 3i sm o r ee f f e c t i v et h a nt h a ti n d u c e db y z h s c o a t e dm h ，w h i c hp r o m o t e st h ef o r m a t i o no fc h a ri nt h ec o n d e n s e dp h a s ea n d p r o v o k e st h ee x t i n g u i s h i n go ft h ef l a m ei nt h ev a p o rp h a s e ，e s p e c i a l l yi nc o n d e n s e d p h a s ea sal e w i sa c i d 3 s t u d yo fn o n h a l o g e nf l a m er e t a r d a n tm e t h y lv i n y ls i l i c o n er u b b e r ( m v m q ) b a s e dc a b l e c o v e r i n gm a t e r i a l s h a l o g e n f r e ef i r e r e t a r d a n ts i l i c o nr u b b e r c o m p o u n d sf o rc a b l ec o v e r i n gm a t e r i a l sw e r ep r e p a r e du s i n gz p a d d l ek n e a d e r , m h a n da t ha sf l a m er e t a r d a n t s ，z ba n dm r pa sas y n e r g i s ta g e n t ，f u m e ds i l i c a ( s i 0 2 ) a s r e i n f o r c i n gf i l l e r l o i ，u l9 4v ，s d ra n dt g aw e r eu s e dt o c h a r a c t e r i z et h e f l a m m a b i l i t yo ff l a m er e t a r d a n tm v m qf o r m u l a t i o n s t h e s er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r e i sab e t t e rs y n e r g i s t i ce f f e c tb e t w e e nm ha n dm r 3 7 e s e mm o r p h o l o g i e so fr e s i d u e s 中国科学技术大学 a b s 仃a c t t e s t i f i e dt h a tm v m qh a sac o m p a c ta n dr i g i dr e s i d u ed u et ot h ee f f e c to fm h m r p , w h i c hp l a c ear o l eo fg a sa n dh e a tb a r r i e r f u r t h e rm o r e ，t h e r m a lk i n e t i c a n a l y s i s b a s e do nt gd a t aa td i f f e r e n th e a t i n gr a t et oo b t a i nr e l i a b l ek i n e t i ci n f o r m a t i o no nt h e t h e n n o o x i d a t i v ed e g r a d a t i o no ff l a m er e t a r d a n tm v m qm a t e r i a lu s i n gm h m r p i t w a sf o u n dt h a tt h ea c t i v a t i o ne n e r g i e so ft h et h e r m o o x i d a t i v ed e g r a d a t i o no ff l a m e r e t a r d a n tm v m qw e r ei n c r e a s e dr e m a r k a b l yc o m p a r e dw i t ht h a to fm v m q ，b y w h i c ht h ea c t i v em e c h a n i s mo f a ne n e r g yb a r r i e rw a ss u g g e s t e d h i g hs t r e n g t ha n db e s tf l a m e - r e t a r d i n gf o r m u l a t i o nw a ss e l e c t e dt op r e p a r e m v m q b a s e ds h e a t h e dc a b l em a t e r i a l sp a s s i n gt h et e s to f n a t i o n a lc e n t e rf o r q u a l i t y s u p e r v i s i o na n dt e s to ff i x e df i r e - 。e x t i n g u i s h i n gs y s t e m sa n df i r e - r e s i s t i n gb u i l d i n g c o m p o n e n t ss u c c e s s f u l l y 4 s t u d yo nf l a m er e t a r d a n tm v m q o r g a n o m o n t m o r i l l o n i t en a n o c o m p o s i t e s f l a m er e t a r d a n t m v m q o m m t ( m o n t m o r i l l o n i t e m o d i f i e dw i t h c 1 6 b r n ) n a n o c o m p o s i t e sw e r ep r e p a r e dv i am e l tb l e n d i n gi n t e r c a l a t i o nm e t h o da n du s e d m a g n e s i u mh y d r o x i d e ( m h ) a n dr e dp h o s p h o r u s ( r p ) a ss y n e r g i s t i cf l a m er e t a r d a n t a d d i t i v e s ，a e r os i l i c a ( s i 0 2 ) a sr e i n f o r c e m e n tf i l l e r t e n s i l et e s tr e s u l t ss h o w e dt h a t o m m ta n ds i 0 2h a v eag o o dr e i n f o r c e m e n ts y n e r g i s t i ce 行e c ti nm v m q o m m t n a n o c o m p o s i t e j u s tw i t ho 5 w t o m m t , t e n s i l es t r e n g t h o fm v m q o m m t n a n a c o m p o s i t sc a nb e141 6 h i g h e rt h a nt h a to fm v m qb u tt h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s d o e s n t c h a n g el i n e a r l y a st h ef r a c t i o no fm m ti n c r e a s e s ，t h e m v m q o m m tn a n o c o m p o s i t e ss h o wb e t t e rm e c h a n i c a lp r o p e r t yw h e nt h eo m m t i sl o w e rt h a n5 w t o m m t ( 1 w t ) s i 0 2 ( 2 0 w t 1h a st h eb e s tr e i n f o r c e m e n te f r e c t f o rm v m q o m m th y b r i d s t h ef l a m er e t a r d a n tp r o p e r t i e sh a v eb e e nc h a r a c t e r i z e d b yl o i ，u l 一9 4va n de s e me x p e r i m e n t s a l lt h er e s u l t ss h o w e dt h a tm v m q o m m t n a n o c o m p o s i t e sh a v eag o o df l a m er e t a r d a n ts y n e r g i s t i ce f f e c tw i t hm ha n d m r pi nt h em v m q o m m t m h r p s i 0 2b l e n d s t g ar e s u s t st e s t i f i e dt h a t n a n o c o m p o s i t e ss h o wh i 【g h e rt h e r m a ls t a b i l i t i e s ，t h ed e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r eo f t h en a n o c o m p o s i t ec o n t a i n e d1w t m o n t m o r i l l o n i t ec a nb eh i g h e r1 2 9 。ct h a nt h a t o fm v m qa sb a s a lp o l y m e rm a t r i x i nt h es a m ew a y , k i n e t i ca n a l y s i sf o rt h et h e 兀i l a l d e g r a d a t i o no fm v m q o m m tn a n o c o m p o s i t e sw a su t i l i z e d a n dt h ee n h a n c e d a c t i v a t i o ne n e r g i e so ft h ed e g r a d a t i o no fm v m q o m m tn a n o c o m p o s i t e sc o m p a r e d 中国科学技术大学 a b s t r a c t t ot h a to fm v m qw e r eg i v e n t h i si n d i c a t e dt h a tt h el a y e r e do m m ta l s op o s s e s s e d a na c t i o nm e c h a n i s mo ft h ee f f e c to fac h a r r i n gi n s u l a t o rb a r r i e ra n dt h ee f f e c to fa n e n e r g yb a r r i e ri nt h ec o m b u s t i o nb e h a v i o ro ft h en a n o c o m p o s i t e s 中国科技大学博士学位论文 缩略语对照表 缩略语对照表 a b b r e v i a t i o n 中文含义 a t h a o c t 6 b r n d t g e s e m f t i r h r r h r r h s e l o i m v m q m h m r p m l r o m m t p v c p k h r r s e a s d r t e m t h r t g d 1 a t g ，d s c u l9 4 v z h s z b 氢氧化铝 三氧化二锑 十六烷基三甲基溴化铵 微商热重曲线 环境扫描电子显微镜 傅立叶变换红外光谱 热释放速率 热释放速率改变量 健康、安全和环境效应 极限氧指数 甲基乙烯基硅橡胶 氢氧化镁 微胶囊化包裹红磷 质量损失塑率 十六烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土 聚氯乙烯 热释放速率峰值 比消光面积 烟密度测试 透射电子显微镜 总热释放速率 热重差热分析 热重差式扫描量热分析 垂直燃烧 羟基锡酸锌 硼酸锌 中国科学技术大学博士论文 低烟聚氯乙烯和阻燃硅橡胶电缆材料的制各与性能研究 引言 电线电缆广泛应用于生活和工业各个领域中，由于其在能量传输和信息传递等 方面的重要性，电线电缆的阻燃和防火一直是人们关注的重要研究领域。据不完全 统计，近十年来，国内由于电缆引发的火灾事故逐年上升，全国因电缆着火蔓延成 灾的重大事故逾百起；国际上，由于电缆引发的大规模破坏性火灾事故也有多起 1 3 。造成电缆火灾原因很多，但电缆的绝缘和包覆材料的易燃性仍是其火灾发生 和蔓延的主要原因，同时电缆材料在燃烧中产生大量的有毒有害气体和“二次污染”， 严重危害人们的生命安全和造成财产损失，因此研究和开发新型低烟、低毒的防火 ( 包括阻燃和耐火) 电缆材料一直是电缆新材料领域的热点。聚氯乙烯( p v c ) 和 硅橡胶是两类非常重要的电缆材料，实现其低烟、阻燃也是人们所期望和追求的目 标。 p v c 是我国目前使用量最大的电缆材料原料，它价格低廉，因为高的含氯量具 有高耐燃性和高电绝缘性。但是，p v c 电缆材料一旦着火，后果会及其严重。1 9 8 2 年，英国最现代化的护卫舰“羚羊号”和“热心号”驱逐舰“考文垂号”和“谢菲尔德号” 在英、阿战争中都带着熊熊烈火葬身海底。当“谢菲尔德号”的舰长在谈到军舰被导 弹击中后的情况时说：“说起来真令人难以置信，在1 5 到2 0 秒钟后，舰上的整个工 作区充满了酸味和刺鼻的黑烟。”而导致这个恶果的正是p v c 电缆。这次事故使人 们认识到，成束( 群) 敷设的p v c 电缆，不仅能够延燃，而且灭火也非常困难，且燃 烧时产生大量有毒且具腐蚀性的烟雾。所以p v c 电缆材料在低烟性和耐热性方面急 待改善，而且“抑烟”比“阻燃”更为重要【4 。 硅橡胶具有很高的热稳定性，工作温度范围极广，可以在7 0 + 2 5 0 范 围保持橡胶弹性。具有优异的耐候性能，同时具有优良的电绝缘性能、防霉性能和 高透气性能。最受人注目的一点是，硅橡胶无毒、无味，对人体无不良影响，具有 优良生理惰性和耐生理老化性，因此硅橡胶已经成为耐温电缆材料料研发的新秀 f 5 1 。但是硅橡胶是非结晶性材料，未补强的硅橡胶其物理机械性能很差，不能满足 实际使用的要求【6 ，而且受火后会持续燃烧 7 ，必须对其进行补强和阻燃改性。 根据电缆材料的种种新需求，本论文的研究针对p v c 电缆材料的阻燃抑烟和硅 中国科学技术大学1 尊士论文低烟聚氯乙烯和阻燃硅橡胶电缆丰j 料的制各与性能研究 橡胶电缆材料的无卤阻燃两个方面进行，研究思路如图l 所示。 山材料设计 新型阻燃抑烟 剂的研究 温无 p v c 电l j 有效性| 工 电法 i 缆材料l 适用度i l 优改0 组新l 缆满 l 化性0 合型i 要足 1 求耐 工 i i 鹱聪 燃新 ! 材料评价 技型 术阻l i - - + 一l 、 厂i 女女 “讯；+i l 性能优化i 专 陪毒 ： 当l 山l f 鬟瀚电h 嚣i 剖i 蚓 爪 、 i ! 阻新 备新 材料评价 i 燃型 体补 工型 艺制 系强 l j 二：= j 二i 二：- 二- - 二一一一一一一一一一一j i 阻燃抑烟性能f l 燃烧性能i ，il 健康环境效应i ii 机械力学性能l l 商用价值性i ； 三 图1低烟p v c 、阻燃硅橡胶电缆材料的研究思路示意图 第一部分阻燃抑烟p v c 电缆材料的研究 针对目前应用于p v c 的阻燃剂三氧化二锑( a 0 ) 在阻燃的同时增加了发烟量 的缺点，本文首先制备新型的低毒、高效p v c 阻燃抑烟剂羟基锡酸锌( z h s ) ， 优化其制备条件，研究其在p v c 电缆材料中的阻燃抑烟作用。其次，采用新型工艺 制备z h s 包覆氢氧化镁和碳酸钙粒子，应用于p v c 电缆材料，通过各种性能测试 中国科学技术大学博士论文低烟聚氯已烯和阻燃硅橡胶电缆材料的制备与性能研究 研究z h s 包覆氢氧化镁或碳酸钙对p v c 阻燃抑烟的效率，并采用g c m s 联用测 试仪对热解产物进行分析，推断z h s 对p v c 阻燃抑烟作用的机理，以期获得性价 比合理的p v c 阻燃抑烟剂。 第二部分：无卤阻燃硅橡胶电缆材料的研究 针对甲基乙烯基硅橡胶( m v m q ) ，选择氢氧化镁( m h ) 、氢氧化铝( a t h ) 作为阻燃剂，硼酸锌( z b ) 、微胶囊化红磷( m r p ) 为阻燃出效剂，研究m h m r p 、 m h z b 、a t h m r p 和a t h z b 四个体系在硅橡胶阻燃中的协效作用，以获得性能 优良的无卤阻燃硅橡胶电缆材料。其次，将纳米复合技术运用到硅橡胶基体的补强 和阻燃中，即将有机蒙脱土( o m m t ) 与硅橡胶基体在熔融共混工艺下制备 m v m q o m m t 纳米复合材料：分析蒙脱土与阻燃剂对m v m q 的协效阻燃以及补 强作用，通过结合性能测试和热解动力分析，研究其阻燃及补强作用机理。 参考文献 1 f i r ep e r f o r m a n c eo f d a t ac o m m u n i c a t i o nc a b l e s ，s p ib p - 1 0 8 ，f l u o r o p o l y m e r sd i v i s i o no f t h e s o c i e t yo f t h ep l a s t i c si n d u s t r y , i n c ，w a s h i n g t o nd c ，u s a 2 a l v a r e sn ，e x p t h e r mf l u i ds c i 21 ：51 - 5 7 ，2 0 0 0 3 s u n i lk s h a r m a ，s a x e n ank ，f i r et e c h n o l o g y ，4 0 ：3 8 5 3 9 8 ，2 0 0 4 4 b e n e s m ，p l a c e kv ，m a t u s c h e k g ，j t h e r m a n a l ，c a l o r i m ，8 2 ( 3 ) ：7 6 1 - 7 6 8 ，2 0 0 5 5 m a h a d e v a p p am ，w e i l a n dj d ，g r e e n b e r gr j ，i e e et r a n s a c t i o n so nn e u r a l s y s t e m sa n dr e h a b i l i t a t i o ne n g i n e e r i n g1 3 ( 2 ) ：2 0 1 2 0 6 ，2 0 0 5 6 j a n ar n ，n a n d og b ，k h a s t g i rd ，p l a s t r u b b e rc o m p o s ，3 2 ( 1 ) ：11 - 2 0 ，2 0 0 3 7 w a l l s t r o ms ，d e m f a l ka d ，b e n g t s s o nm ，p o l y m d e g r a d s t a b ，8 8 ( 3 ) ：3 9 4 - 4 0 0 ，2 0 0 5 中国科学技术大学博士论文 第一章聚氯乙烯阻燃抑烟的研究现状 第一章聚氯乙烯阻燃抑烟的研究现状 为了减少火灾的发生和发展，人们对电线电缆的阻燃低烟化进行了种种探 讨。实现电缆材料的阻燃、低烟、耐热的最佳措施是选择本身具备这些特性的聚 合物材料。p v c 树脂则因其具有极高的电绝缘性( 例如耐电击穿，可用于1 万 伏低压电缆) 、较耐老化、具有化学稳定性、耐磨性且价格低廉等优点而成为目 前用量最大的电缆材料原料。我国每年生产的p v c 树脂中约有2 0 用于电缆材 料。但是p v c 树脂燃烧时释放出氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、各种芳香烃类、 含氯化合物等有毒有害气体。由于火灾发生时烟气在建筑物中水平方向流速约为 0 3 o8 m s ；垂直方向的流速约为2 4 m s 1 1 ，因此短时间内有毒烟气就会充满 整个建筑物中，给人员疏散及消防救援工作带来极大的困难。统计数据表明，在 火灾中，烟是最先产生和最易致死且贻误救火时机的因素，据统计，火灾中的死 亡人数有8 5 是窒息所致 2 1 ，所蚍“抑烟”与“阻燃”是相提并论的，甚至对p v c 而言，“抑烟”比“阻燃”更为重要。 1 1 p v c 树脂特性及其燃烧释烟性 1 1 1p v c 树脂特性1 3 - 8 1 p v c 树脂是一种由氯乙烯单体聚合而成的无定形 一c h r c h 2 卜 热塑性均聚物，含氯量高达5 2 5 6 ，分子量大约为 、 l l l 5 万5 0 万，含结晶度5 1 0 的微晶体( 熔点17 5 。c ) 。 图1 1p v c 化学结构示意图。 图1 1 给出了p v c 的化学结构示意图。理想的p v c 分子 是以规则的头一尾( h e a d t o t a i ls t r u c t u r e ) 结合方式构成的长链： 一c h z c h c i c h ，一c h c i c h ，一c h c i 一，这样的结构使得p v c 具有良好的热 稳定性。但由于分支( b r a n c h i n g ) ，氯烯基( c h l o r o a l l yg r o u p s ) ，端基( e n dg r o u p ) ， 含氧基团( o x y g e n c o n t a i n i n gg r o u p s ) 和头一头结构( h e a d - - t o - - h e a ds t r u c t u r e ) ， 等缺陷的存在【9 一1 1 】，p v c 树脂的热稳定性很差：1 0 0 。c 以上即开始分解，1 7 0 左右开始快速分解，2 0 0 。c 以上快速分解并变黑。 p v c 是一种强极性聚合物 3 】，分子间作用力很大，需加热至一定温度方能 显示塑性。p v c 的热不稳定性导致p v c 的加工温度较窄，难于控制。因此p v c 树脂在加工过程中需添加大量的增塑剂、热稳定剂、抗氧剂、润滑剂，同时，为 了使制品具有某些特殊性能，还需要添加特定的加工助剂1 2 1 4 1 。用于电缆生产 中国科学技术大学博士论文 第一章聚氯乙烯阻燃抑烟的研究现状 时则更要加入大量的增塑剂，以满足电缆材料关于柔软度和韧性的要求，但大量 增塑剂的使用导致p v c 更加易燃：此外，p v c 的高氯含量使其热解或燃烧时除 释放出c o ，c 0 2 ，芳香烃类等有毒气体外，会释放出腐蚀性气体h c i ，因而具 有极高的火灾危险性。 1 1 2p v c 的燃烧释烟性 p v c 在燃烧时不仅具有聚合物燃烧的一般性，同时还有一些特性。p v c 的 燃烧过程可以简化为图1 2 1 5 ，1 6 】。 芳香类、c o 、h c i 燃烧发烟 p v c顺式反最多烯交联多烯+ 炭 全反式多烯， 图1 2p v c 燃烧过程不意图 p v c 在受热