阻燃聚乙烯复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阻燃复合材料制备的领域，具体涉及一种复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力行业的不断发展，对电线电缆的要求逐渐升高。在工业建筑和家庭用电 中希望电线电缆有一定阻燃效果。但是电线电缆绝缘层主要为聚乙烯，聚乙烯氧指数仅为 17. 4,属于易燃材料所以研制阻燃聚乙烯对电力行业发展有很大帮助。目前研宄中有机阻 燃剂效果最好，但其存在一定缺点。卤系阻燃剂在燃烧时产生含卤气体对火灾救援和人身 安全带来影响。而传统的膨胀型阻燃添加到聚合物中可以使其在燃烧时没有熔融滴落现 象，并且阻燃剂膨胀后起到隔热、隔氧作用，具有良好的阻燃性，但是膨胀阻燃剂是有机化 合物酸源和磷源合成，在燃烧时会生成有机气体，造成环境污染。
[0003] 无机阻燃剂由于其受热分解产生水蒸气和氧化物，分解时吸收大量热降低了聚合 物表面温度，生成水蒸气稀释可燃气体浓度同时降低表面温度，分解产生覆盖在聚合物表 面起到隔热、隔氧作用，其属于环境友好型阻燃剂。为了制备出高性能阻燃聚乙烯复合材 料，利用无机阻燃剂与无污染的可膨胀石墨复合，制备出阻燃效果突出，燃烧无滴落，无有 害气体产生的聚乙烯复合材料。
【发明内容】
[0004] 本发明是要解决现有的阻燃材料阻燃效果不彻底，且阻燃材料燃烧后易产生危害 人体和环境的有害物质，燃烧时聚乙烯的熔融低落的技术问题，提供了一种阻燃聚乙烯复 合材料的制备方法。
[0005] 阻燃聚乙烯复合材料的制备方法，具体按以下步骤来实现：
[0006] 一、将Bi (NO3)3 · 5H20溶于蒸馏水稀释的质量分数为68 %的浓硝酸中， Bi (NO3)3 ·5Η20与浓硝酸的比例为（l-3g) : (10-20mL)，蒸馏水与浓硝酸的体积比为（7-11) :(1-2. 5)，室温下用磁力搅拌器以400-600r/min的速度搅拌至Bi (NO3)3 ·5Η20完全溶解， 得到澄清的Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液，然后加入蒸馏水稀释，得到溶液Α，蒸馏水与Bi (NO3) 3 ·5Η20 溶液的体积比为（3-7) : (0.8-1. 4);
[0007] 向质量分数为25%的浓氨水中加入蒸馏水稀释，得到溶液Β，蒸馏水与浓氨水的 体积比为（1-4) : (0. 5-1. 5)，将溶液A与溶液B分别滴入同一烧杯内，以300-500r/min速 度用磁力搅拌器搅拌，并保持PH值为9-11，得到悬浊液C ;
[0008] 二、向悬浊液C中加入可膨胀石墨，得到悬浊液D，其中可膨胀石墨与步骤一中 Bi (NO3)3 · 5H20的质量比为（0· 7-1. 3) : 2,把悬浊液D在室温下以400-600r/min的速度 搅拌均匀，然后放置6-12h，倒出上层澄清液，得到前驱体，将前驱体倒入反应釜中，并将反 应釜放置到恒温箱中，在120-180°C温度下反应4-8h，然后冷却至室温，倒掉上层清液，利 用抽滤装置和蒸馏水清洗湿粉至洗液为中性，然后将湿粉在60-100°C烘干8-12h，既得纳 米氢氧氧铋包裹可膨胀石墨的粉体；
[0009] 三、将步骤二得到的纳米氢氧氧铋包裹可膨胀石墨的粉体，经流变仪与聚乙烯混 合，纳米氢氧氧铋包裹可膨胀石墨的粉体与聚乙烯的质量比为1: (3-5)，流变仪的转速为 0-60r/min，温度为110-140°C，然后利用平板硫化机压成成型，模压温度100-130°C，模压 时间为10_40min，模压压强为0-15MPa，冷却至室温，即得阻燃聚乙烯复合材料。
[0010] 本发明所需的实验设备简单、易操作，原材料价格低廉，制备过程简单易掌握。制 备出的聚乙烯复合材料，可膨胀石墨被纳米氢氧氧铋包裹，与聚乙烯很容易混合到一起，复 合材料结构致密。聚乙烯复合材料受热时，纳米氢氧氧铋受热分解出水和水蒸气降低式样 表面温度，水蒸气还可稀释周围气体，起到隔热、隔氧的作用；而且纳米氢氧氧铋包裹可膨 胀石墨，受热后的可膨胀石墨迅速膨胀，也起到隔热、隔氧的作用，且解决了聚乙烯燃烧低 落的现象，降低引燃其他物质的可能性。由表1和表2可知，该种聚乙烯复合材料，随着阻 燃剂含量增加复合材料力学性能下降，当阻燃剂含量为25%时，力学性能下降较快。当纳米 氢氧氧铋与可膨胀石墨质量比为1: 1，总含量为20%时，其极限氧指数达到27,力学性能下 降极小。此配方阻燃聚乙烯符合了阻燃含量低、效果好、燃烧无毒、生烟量小。
【附图说明】
[0011] 图1是实验一中纳米氢氧氧铋/聚乙烯复合材料放大倍率100 μL?的SEM图；
[0012] 图2是实验一中纳米氢氧氧铋/聚乙烯复合材料放大倍率20 μ m的SEM图；
[0013] 图3是实验一中为聚乙烯、纳米氢氧氧铋/聚乙烯复合材料、可膨胀石墨/聚乙烯 复合材料、纳米氢氧氧铋/可膨胀石墨/聚乙烯复合材料热释放速率曲线，图中1表示聚乙 烯，2表示纳米氢氧氧铋/聚乙烯复合材料，3表示可膨胀石墨/聚乙烯复合材料，4表示纳 米氢氧氧铋/可膨胀石墨/聚乙烯复合材料；
[0014] 图4是实验一中为聚乙烯、纳米氢氧氧铋/聚乙烯复合材料、可膨胀石墨/聚乙烯 复合材料、纳米氢氧氧铋/可膨胀石墨/聚乙烯复合材料总生烟量曲线，图中1表示聚乙 烯，2表示纳米氢氧氧铋/聚乙烯复合材料，3表示可膨胀石墨/聚乙烯复合材料，4表示纳 米氢氧氧铋/可膨胀石墨/聚乙烯复合材料；
[0015] 图5是实验一中为聚乙烯、纳米氢氧氧铋/聚乙烯复合材料、可膨胀石墨/聚乙烯 复合材料、纳米氢氧氧铋/可膨胀石墨/聚乙烯复合材料一氧化碳生成速率曲线，图中1表 示聚乙烯，2表示纳米氢氧氧铋/聚乙烯复合材料，3表示可膨胀石墨/聚乙烯复合材料，4 表示纳米氢氧氧铋/可膨胀石墨/聚乙烯复合材料。
【具体实施方式】
[0016] 本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的 任意组合。
【具体实施方式】 [0017] 一：本实施方式阻燃聚乙烯复合材料的制备方法，具体按以下步骤 来实现：
[0018] 一、将Bi (NO3)3 · 5H20溶于蒸馏水稀释的质量分数为68 %的浓硝酸中， Bi (NO3)3 ·5Η20与浓硝酸的比例为（l-3g) : (10-20mL)，蒸馏水与浓硝酸的体积比为（7-11) :(1-2. 5)，室温下用磁力搅拌器以400-600r/min的速度搅拌至Bi (NO3)3 ·5Η20完全溶解， 得到澄清的Bi (NO3) 3 ·5Η20溶液，然后加入蒸馏水稀释，得到溶液Α，蒸馏水与Bi (NO3) 3 ·5Η20 溶液的体积比为（3-7) : (0.8-1.4);
[0019] 向质量分数为25%的浓氨水中加入蒸馏水稀释，得到溶液B，蒸馏水与浓氨水的 体积比为（1-4) : (0. 5-1. 5)，将溶液A与溶液B分别滴入同一烧杯内，以300-500r/min速 度用磁力搅拌器搅拌，并保持PH值为9-11，得到悬浊液C ;
[0020] 二、向悬浊液C中加入可膨胀石墨，得到悬浊液D，其中可膨胀石墨与步骤一中 Bi (NO3)3 · 5H20的质量比为（0· 7-1. 3) : 2,把悬浊液D在室温下以400-600r/min的速度 搅拌均匀，然后放置6-12h，倒出上层澄清液，得到前驱体，将前驱体倒入反应釜中，并将反 应釜放置到恒温箱中，在120-180°C温度下反应4-8h，然后冷却至室温，倒掉上层清液，利 用抽滤装置和蒸馏水清洗湿粉至洗液为中性，然后将湿粉在60-100°C烘干8-12h，既得纳 米氢氧氧铋包裹可膨胀石墨的粉体；
[0021] 三、将步骤二得到的纳米氢氧氧铋包裹可膨胀石墨的粉体，经流变仪与聚乙烯混 合，纳米氢氧氧铋包裹可膨胀石墨的粉体与聚乙烯的质量比为1: (3-5)，流变仪的转速为 0-60r/min，温度为110-140°C，然后利用平板硫化机压成成型，模压温度100-130°C，模压 时间为10_40min，模压压强为0-15MPa，冷却至室温，即得阻燃聚乙烯复合材料。
【具体实施方式】 [0022] 二：本实施方式与一不同的是步骤一中的 Bi(NO3)3 ·5Η20与浓硝酸的比例为Ig : 12mL;蒸馏水与浓硝酸的体积比为9 : 1;磁力搅 拌器搅拌速度为500r/min。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0023] 三：本实施方式与一或二之一不同的是步骤一中蒸馏 水与Bi (NO3)3·5Η20溶液的体积比为4 : 1;蒸馏水和浓氨水的体积比为3 : 1。其它与具 体实施方式一或二之一相同。
[0024]
【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是步骤一中以 400r/min速度用磁力搅拌器搅拌，并保持pH值为10,得到悬浊液C。其它与【具体实施方式】 一至三之一相同。
【具体实施方式】 [0025] 五：本实施方式与一至四之一不同的是步骤二中可膨 胀石墨与步骤一中Bi(NO 3)3 · 5H20的质量比为1 : 2。其它与一至四之一相 同。
【具体实施方式】 [0026] 六：本实施方式与一至五之一不同的是步骤二中把悬 池液D在室温下以500r/min的速度搅拌均勾，然后放置8h。其它与一至五之 一相同。
【具体实施方式】 [0027] 七：本实施方式与一至六之一不同的是步骤二中将前 驱体倒入反应釜中，并将反应釜放置到恒温箱中，在160°C温度下反应6h。其它与具体实施 方式一至六之一相同。
【具体实施方式】 [0028] 八：本实施方式与一至七之一不同的是步骤二中将湿 粉在80°C烘干10h。其它与一至七之一相同。
【具体实施方式】 [0029] 九：本实施方式与一至八之一不同的是步骤三中纳米 氢氧氧铋包裹可膨胀石墨的粉体与聚乙烯的质量比1:4。其它与一至八之一 相同。
[0030]
【具体实施方式】十：本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是流变仪的转速 为40r/min，温度为120°C ;平板硫化机的模压温度130°C，模压时间为20min，模压压强为 15MPa。其它与【具体实施方式】一至九之一相同。
[0031] 采用下述实验验证本发明效果：
[0032] 本实验分为实验组和对照组。实验组为聚乙烯中添加纳米氢氧氧