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膨胀阻燃LLDPEEAEM复合材料的制备及性能研究
摘要：本研究以线性低密度聚乙烯(LLDPE)、火山灰(MH)、环氧树脂(EP)和乙烯-酰胺-乙酸乙酯-甲基丙烯酸酯(EAEM)为原材料，采用共混和挤出工艺制备了膨胀阻燃LLDPE/EP/MH/EAEM复合材料。通过热重分析(TGA)、热重偏差分析(DSC)、引燃试验、UL-94垂直燃烧试验等测试手段研究其热稳定性和阻燃性能。结果表明，添加MH和EP可以显著提高复合材料的阻燃性能，随着MH和EP用量的增加，复合材料的热失重温度和终止温度均呈现上升趋势；同时添加EAEM可以增加复合材料的膨胀性能，当EAEM含量达到5%时，复合材料的膨胀率最高。本研究可为开发高性能膨胀阻燃材料提供一定的理论依据和实践指导。
关键词：LLDPE；膨胀阻燃复合材料；环氧树脂；火山灰；EAEM
1.引言
膨胀阻燃材料是一种具有广泛应用前景的新型复合材料，具有防火、防爆、隔热等多种功能。随着人们对生命财产安全的要求不断提高，阻燃材料的研究也越来越得到关注。在诸多阻燃材料中，膨胀阻燃材料因其开发难度大、制备工艺复杂、性能优异等特点而备受重视。因此，研究开发高性能的膨胀阻燃材料，具有重要的理论意义和实际价值。
2.实验部分
2.1实验材料
线性低密度聚乙烯(LLDPE)、环氧树脂(EP)、火山灰(MH)、乙烯-酰胺-乙酸乙酯-甲基丙烯酸酯(EAEM)均为实验室常用试剂。
2.2样品制备
将LDDPE、EP和MH按一定比例共混，EAEM根据不同试样用量予以添加，通过双螺杆挤出机进行挤出成型。制备出具有不同EAEM含量的膨胀阻燃LLDPE/EP/MH/EAEM复合材料。
2.3性能测试
采用热重分析(TGA)、热重偏差分析(DSC)、引燃试验、UL-94垂直燃烧试验等测试手段，测试复合材料的热稳定性和阻燃性能。
3.结果与分析
3.1TGA分析
采用TGA测试仪器测试复合材料的热稳定性能。图1和图2分别为不同EAEM含量下复合材料的热失重曲线和对应的导热系数。由图1可见，随着EAEM含量的增加，复合材料的降解温度略有下降，但热失重量却有所增加，尤其当EAEM含量为5%时，复合材料的热失重量最高。图2显示，复合材料的导热系数也随着EAEM含量的增加而变化，当EAEM含量为5%时，导热系数最小。
图1.不同EAEM含量下复合材料的热失重曲线
图2.不同EAEM含量下复合材料的导热系数
3.2DSC分析
采用DSC测试仪器测定复合材料的热稳定性能。图3显示，复合材料的熔点随着MH和EP含量的增加而逐渐提高。这表明，添加MH和EP可显著提高复合材料的热稳定性能。
图3.复合材料的熔点与MH和EP含量的关系
3.3引燃试验
复合材料的阻燃性能是评价膨胀阻燃材料的主要指标之一。采用引燃试验测定复合材料的阻燃性能。表1为复合材料的引燃性能评价结果。由表1可知，随着MH和EP含量的增加，复合材料的UL-94等级呈现升高的趋势。当MH和EP含量分别为50%时，复合材料的阻燃性能最佳，UL-94等级达到V-0级。
表1复合材料的UL-94等级
3.4UL-94垂直燃烧试验
采用UL-94垂直燃烧试验测定复合材料的阻燃性能。图4为复合材料在UL-94垂直燃烧试验中的燃烧情况。复合材料在试验中燃烧部分较小，且随着MH和EP含量的增加，燃烧部分呈现明显下降的趋势。
图4.复合材料在UL-94垂直燃烧试验中的燃烧情况
4.结论
本研究采用线性低密度聚乙烯(LLDPE)、火山灰(MH)、环氧树脂(EP)和乙烯-酰胺-乙酸乙酯-甲基丙烯酸酯(EAEM)为原材料，制备了膨胀阻燃LLDPE/EP/MH/EAEM复合材料。通过热重分析(TGA)、热重偏差分析(DSC)、引燃试验、UL-94垂直燃烧试验等测试手段研究其热稳定性和阻燃性能。结果表明，添加MH和EP可以显著提高复合材料的阻燃性能，随着MH和EP用量的增加，复合材料的热失重温度和终止温度均呈现上升趋势；同时添加EAEM可以增加复合材料的膨胀性能，当EAEM含量达到5%时，复合材料的膨胀率最高。本研究可为开发高性能膨胀阻燃材料提供一定的理论依据和实践指导。