化学交联无卤阻燃聚烯烃电缆料制备与动力学研究

论文摘要

用于电线电缆的绝缘料和护套料大都是有机聚合物,在一定的温度和氧气浓度下会引发燃烧,阻燃是一个亟待解决的问题,加之人们对于使用含卤阻燃剂所带来环境问题的忧虑,开展无卤阻燃聚烯烃研究是很有意义的。本文开展了化学交联聚烯烃的无卤阻燃研究,通过热老化、热延伸等测试方法研究了化学交联对EVA/LLDPE/ATH复合材料的力学性能、阻燃性能、热稳定性及抗热变形能力的影响。结果表明,化学交联是对复合材料进行交联的一种有效手段,经适度化学交联的复合材料的力学性能、阻燃性能、热稳定性及抗热变形的能力显著改善,测试结果完全符合国家标准。通过一系列实验,筛选出合适的基料配比,制备了具有优良性能的无卤阻燃电缆料。探讨了化学交联的交联机理及其交联时间、过氧化二异丙苯（DCP）用量和交联温度对EVA/LLDPE/ATH复合材料体系的凝胶率、力学性能和热稳定性能的影响。研究表明交联温度、交联剂用量及交联时间对聚烯烃的交联改性起着很大作用,当维持在一定的当量范围时,制得的化学交联聚烯烃具有合适的交联网络以及良好的力学性能和热稳定性。研究了化学交联无卤阻燃聚烯烃体系的交联反应动力学,并根据Arrhenius公式,经实验分析计算出交联反应活化能（Ea）、碰撞因子（A）以及化学交联反应级数（n）,结果表明,交联反应活化能Ea=122.8kJ/mol,碰撞因子A=6.1×1013,DCP交联无卤阻燃聚烯烃体系的交联反应是交联剂的用量的一级反应。同时,通过热分析（TG）对交联阻燃体系进行了热分析,对其热降解的过程进行了研究,分析了其热降解的机理,采用Kissinger法、Ozawa法求解共混物及其复合交联物的热降解活化能;结果表明,用Kissinger和Ozawa法计算所得交联体系降解过程的平均活化能分为176.96kJ/mol和178.63kJ/mol,均比未交联阻燃体系的活化能高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 聚乙烯的交联方法
• 1.2.1 过氧化物交联
• 1.2.2 辐
• 1.2.3 硅烷交联
• 1.3 无卤阻燃技术的研究进展
• 1.3.1 无卤阻燃剂
• 1.3.2 新型阻燃技术
• 1.4 无卤阻燃聚烯烃的研究进展
• 1.4.1 无卤阻燃基体树脂的选择
• 1.4.2 阻燃EVA 研究进展
• 1.5 课题主要研究内容及其目的和意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原材料
• 2.2 主要仪器及设备
• 2.3 实验工艺
• 2.4 测试表征
• 2.4.1 凝胶含量的测定
• 2.4.2 力学性能测试
• 2.4.3 热老化试验
• 2.4.4 热延伸性能测试
• 2.4.5 极限氧指数
• 2.4.6 流变性能
• 2.4.7 热重分析
• 2.4.8 扫描电镜测试
• 2.5 本章小结
• 第3章 化学交联聚烯烃交联反应动力学研究
• 3.1 交联机理和反应生成物
• 3.2 化学交联动力学方程
• 3.3 凝胶含量及其影响因素
• 3.3.1 凝胶含量对力学性能的影响
• 3.3.2 交联温度对凝胶含量的影响
• 3.3.3 凝胶含量与DCP 用量的关系
• 3.3.4 抗氧剂对凝胶含量的影响
• 3.4 无卤阻燃聚烯烃交联反应动力学研究
• 3.4.1 活化能的计算
• 3.4.2 交联反应活化能测定
• 3.4.3 交联反应级数的测定
• 3.5 交联反应动力学的影响因素
• 3.5.1 阻燃剂添加量
• 3.5.2 基体树脂用量比
• 3.6 本章小结
• 第4章 化学交联无卤阻燃聚烯烃热降解研究
• 4.1 聚烯烃的热氧降解机理
• 4.2 阻燃机理的分析
• 4.3 热降解过程分析
• 4.4 交联体系热降解动力学分析
• 4.5 交联剂用量对热降解动力学影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 化学交联无卤阻燃聚烯烃电缆料性能
• 5.1 力学性能
• 5.1.1 基体树脂的影响
• 5.1.2 交联的影响
• 5.1.3 交联剂用量的影响
• 5.1.4 抗氧剂的影响
• 5.2 耐热性能
• 5.2.1 热延伸
• 5.2.2 热老化
• 5.3 阻燃性能
• 5.3.1 交联的影响
• 5.3.2 抗氧剂的影响
• 5.3.3 ATH 对氧指数的影响
• 5.4 流变性能
• 5.4.1 流变行为
• 5.4.2 硬脂酸的影响
• 5.5 化学交联无卤阻燃聚烯烃电缆料的性能
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢