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常用阻燃填料的种类和特性 

发布时间:2019/09/06

在高分子材料中,填料是用量最大的添加剂,几乎所有的高分子材料,如塑料(包括热塑性和热固性塑料)、橡胶和涂料中都使用大量填料。填料的种类很多,金属粉末可用作导电填料,木粉、淀粉等植物性粉末也可用作填料,但使用的最多的还是矿物性填料。填料的加入不仅可以降低成本,而且可以改善制品力学性能、加工性能或其他性能。电缆中使用的填料大多数为矿物性填料,其中数量最大的就是碳酸钙,这几乎是聚氯乙烯电缆料中必不可少的成分之一。随着人们安全意识的提高,对电缆阻燃要求也就越来越高,但碳酸钙不阻燃,所以人们也就需要研究更多的具有阻燃型的填料。

氢氧化铝

氢氧化铝是光、电缆料中最为常用的一种填料型阻燃剂,该产品添加在电缆料中,如电缆发生燃烧,氢氧化铝在200-300℃发生分解,分解后发生脱水反应,吸收高分子材料表面大量热量,可降低燃烧材料表面温度;同时脱水产生大量水蒸气,稀释可燃气体和氧气浓度;分解残余物Al2O3为致密的氧化物,它们沉积于高分子材料表面,限制可燃气体的生成,起到隔热、隔绝氧气的作用,并达到了抑烟的效果;而且氢氧化铝和氢氧化镁可以吸收酸性气体。氢氧化铝的价格适中,目前是电缆材料中应用最为广泛的填料型阻燃剂。

氢氧化镁

氢氧化镁(MDH)是除氢氧化铝外最为常用的阻燃型的填料,阻燃原理和氢氧化铝相似,但其分解温度更高,为340-490℃。氢氧化镁可促进高分子材料表面炭化,隔绝氧气与高分子材料接触,而氢氧化铝则无此作用;因此在相同添加量下,氢氧化镁的阻燃效果明显好于氢氧化铝。氢氧化镁的碱性更强,因此对酸性气体如HCl、CO2的吸收能力更强。但氢氧化镁与高分子材料的相容性不如氢氧化铝好。

其它镁系的无机阻燃剂

水镁石是蛇纹岩或白云岩中的典型低温热液蚀变矿物,主要成分为氢氧化镁,含量达90%甚至以上,我国蛇纹岩资源丰富,其中辽宁地区的矿藏质量较好。水镁石因为其中氢氧化镁含量较高,经过粉碎、磨粉,可制作阻燃剂,该法制得的阻燃剂又被称为矿物法氢氧化镁。矿物法氢氧化镁较之合成法产品具有技术经济优势和环境优势,且有资源易得、环境友好、技术可行、经济合理、加工简易等特点,受到国内外业界人士的广泛关注。

水菱镁矿是一种天然碱式碳酸镁,该矿石含镁量高,质白,杂质含量低,是一种优质含镁非金属矿材料,是制造镁质材料的优质原料,用途十分广泛。水菱镁在340℃时失去所有的结晶水,同时氢氧化镁开始分解出结构水,477℃脱去所有结构水,碳酸镁开始分解,温度升到727℃碳酸镁完全分解,得到氧化镁。这样的分解状况和高分子材料的燃烧有一定的对应性,因此水菱镁矿可以作为高分子材料的阻燃剂。

水滑石是层状双金属氢氧化物,在1842年Hochstetter首先从瑞典的片岩矿层中发现了天然水滑石矿,1966年,KYOWA公司首先将LDH的合成工业化。起初水滑石主要作为催化剂及载体使用,后来人们发现其有阻燃、抑烟的作用。

含硅无机填料型阻燃剂

蒙脱土又名胶岭石、微晶高岭石,是一种硅酸盐的天然矿物质粘土,为膨润土矿的主要成分。蒙脱土具有层状结构,层间有可交换的阳离子如Na+等,通过离子交换反应,插层剂有机阳离子能嵌入蒙脱土片层问,使层间距离增大,并使蒙脱土由亲水性转变为亲油性,在剪切力作用下熔融聚合物插入蒙脱土层间使其剥离成纳米厚的片层分散到聚合物基体中,可以降低热释放速率,而且成炭性好,同时和其他阻燃剂有协同作用。

硅藻土是一种硅质岩石,一般是由统称为硅藻的单细胞藻类死亡以后的硅酸盐遗骸形成。硅藻土储量巨大,但因为有杂质,无法直接利用,需对天然硅藻土通过粉碎、分拣除去杂质、然后高温煅烧除去有机杂质,并使碳酸盐分解,制得纯度比较产品,可作为阻燃剂。