量热按照IS05660-1 测定，热福射功率为35kW/m2,样品尺寸为IOOmmXIOOmmX3.Omm;扫描电镜工作电压为 7.OkV，样品表面喷金后观察。
[0172] 极限氧指数（LOI)常用于评价复合材料的宏观燃烧性能。聚丙烯及其阻燃复合材 料的极限氧指数列于表1-表2中。由表1可知，PP的氧指数仅为19. 0%，添加IFR后，氧 指数增加到38. 1% ;添加硅镁复合氧化物后，氧指数进一步提高，添加适量的协效剂能显著 提尚材料的氧指数，提尚阻燃性能。
[0173] 锥形量热测试：锥形量热仪的燃烧环境与真实燃烧环境极其相似，其试验结果与 大型燃烧试验结果存在很好的相关性，能够很好地表征材料的燃烧性能，在评价材料、材料 设计和火灾预防等方面具有重要的参考价值。锥形量热测试结果列于表3中。
[0174] 聚丙烯及其阻燃复合材料的热释放速率（HRR)和总释热量（THR)曲线如图1和图 2所示。从图1、图2和表3中可以看出，PP点燃后极易燃烧，在220s处存在一个尖锐单峰， 峰值高达582kW/m2。添加IFR后，热释放速率曲线出现两个峰值，第一个峰值是由于点燃后 形成了膨胀炭层，减缓了热传递，使热释放速率下降；但形成的炭层存在缝隙，导致了热释 放速率缓慢上升，并趋于稳定；当炭层长时间灼烧后，缝隙等缺陷扩大，热释放速率急剧上 升，形成了第二个峰值。PP/IFR的PHRR和THR分别为330kW/m2和104MJ/m2。添加Iwt% 的六硅酸镁，复合材料的PHRR和THR分别为258kW/m2和93MJ/m2,降低了 72kW/m2和IlMJ/m2。对比分析聚丙烯及其复合材料的HRR和THR，可以看出六硅酸镁能显著降低热释放速率 峰值和总释热量，提高阻燃性能，降低火灾危害性。
[0175] 从表3可看出，PP的点燃时间（TTI)为65s，添加IFR后，材料的TTI下降为25s。 由于PP受热易融化，液态对流传热较快，材料上表面升温速率较慢；然而，加入IFR后，材料 受热表面形成膨胀炭层，抑制了热量向下传递，材料上表面温度迅速上升，加速了降解，可 燃性气体增多，导致点燃时间缩短 [9]。添加Iwt%的六硅酸镁，材料的TTI提高到36s，由于 添加六硅酸镁后，形成了致密性更好的膨胀炭层，有效抑制了可燃性气体的传递。PP的燃 烧时间为315s，PP/IFR的燃烧时间为685s。添加IFR后，形成的膨胀炭层抑制热和质量传 递，减缓降解过程，材料燃烧时间大幅延长。添加lwt%的六硅酸镁后，增强了炭层的阻隔和 抑制作用，导致材料燃烧时间进一步延长，达894s。
[0176] 表3阻燃聚丙烯的燃烧时间及释热性参数
[0177]
[0178] 2聚丙烯及其复合材料的热稳定性
[0179] 为进一步探究六硅酸镁对膨胀阻燃聚丙烯复合材料的协同效应，通过热失重分析 (TGA)对比了聚丙烯及其复合材料的热降解行为。实验结果如图3和图4,相关数据列于表 4中。
[0180] 从图3、图4和表4可以看出，纯PP在324°C左右开始分解，失重速率在424°C左右 达到最大值，450°C以后分解完全，基本无残炭。添加IFR后，材料的起始分解温度（T5wt%) 和最大分解温度（Tniax)显著提高，分别为347°C和448°C，当温度高于550°C时，膨胀炭层再 次分解，热稳定性较差，700°C残炭为6. 3wt%。添加六硅酸镁后，材料的起始分解温度和最 大分解温度进一步增加，分别为378°C和461°C，提高了 31°C和13°C，当温度高于550°C时， 膨胀炭层无再次分解，热稳定性显著提高，700°C残余量高达12. 5wt%。六硅酸镁的添加，不 仅可以显著提高材料的初始分解温度和最大分解温度，而且可以显著提高膨胀炭层的热稳 定性，增加残炭量，提高阻燃性能。
[0181] 表4阻燃聚丙烯的热失重数据
[0182]
[0183] 积分程序分解温度（IroT)与聚合物内部不稳定组分密切相关，常用于评价聚合 物复合材料的内部热稳定性。IPDT越大，复合材料的热稳定性越高。IPDT结果列于表4中。
[0184] 从表4可知，PP的IPDT仅为398°C，内部热稳定性较差；添加IFR后，材料的IPDT 提高到496°C，内部热稳定性有所提高；添加六硅酸镁、海泡石和凹凸棒石后，材料的IPDT 提高到580°C、567°C和533°C，内部热稳定性显著增强。3聚丙烯及其复合材料炭层结构
[0185] 膨胀炭层的致密性及完整性严重影响着膨胀阻燃复合材料的阻燃性能。为更直观 理解六硅酸镁对膨胀阻然聚丙烯复合材料的协同作用，采用扫描电镜（SEM)对膨胀炭层的 微观结构进行了观察和分析。
[0186] 图5图6为膨胀阻燃聚丙烯复合材料锥形量热测试后残留炭层内表面的SEM图 片，其中图5、图6分别对应PP/IFR和PP/IFR/MS310。由图可以看出，PP/IFR经过燃烧之 后形成的炭层表面较为疏松，存在大小不一的孔洞，致密性较差；而PP/IFR/MS310燃烧形 成的炭层表面结构致密、完整，几乎没有孔洞，能起到更好隔热、隔氧作用，保护内部未燃烧 材料，提高材料的阻燃性能。
[0187] 在PP/IFR/MS310体系中，六硅酸镁可以与APP相互作用，在多聚磷酸分子链间形 成桥键（Si-O-P或Mg-O-P)，促进交联成炭，增加膨胀炭层的致密性，提高阻燃性能；Si-O-P 或Mg-O-P键更加稳定，能够抑制多聚磷酸热解产生P2O5的过程，减少炭层的塌陷和破裂，提 高热稳定性，延长膨胀炭层的有效阻隔时间。
[0188] 4聚丙烯复合材料的力学性能
[0189] 利用万能试验机研究了膨胀阻燃聚烯烃的力学性能，结果如图表5所示。由表5 可知，添加25%的IFR后，拉伸强度和冲击强度降低。添加单一阻燃协效剂后，拉伸强度和 冲击强度相对于添加IFR后变化不大，此时阻燃剂协效剂与膨胀阻燃体系具有显著的协效 作用。进一步加入复合协效剂后发现，拉伸强度和冲击强度相对于添加IFR后有所增加，相 对于纯聚丙烯的力学性能变化不大。本发明的阻燃剂既可以保证良好的阻燃性能又不影响 聚丙烯的力学性能。
[0190] 表5膨胀阻燃聚烯烃的力学性能
[0191]
[0193] 综上所述，适量的硅镁氧化物能够显著提高膨胀阻燃聚丙烯复合材料阻燃性 能。添加lwt%的六硅酸镁，氧指数由38. 1提高到42. 0,提高了 10. 2%，热释放速率峰值 (PHRR)和总释热量（THR)分别降低了 72kW/m2和llMJ/m2,燃烧时间由685s提高到894s， 降解过程延长，阻燃性能显著提高。
[0194] 六硅酸镁能够显著增强材料热稳定性，提高炭层致密性和完整性。添加lwt%的 六硅酸镁，起始分解温度和最大分解温度分别提高了 31和13°C，残炭量由6. 3wt%增加到 12. 5wt%，膨胀炭层的致密程度和完整性显著提高，隔热、隔氧效果显著增强，复合材料的 热稳定性显者提尚。
[0195] 其他硅镁复合氧化物对膨胀型阻燃剂也有很好的协效作用。
[0196] 不同类型的硅镁复合氧化物的混合物有协同作用，对膨胀型阻燃剂的协效作用增 加。
[0197] 硅镁复合氧化物与乙酰丙酮铁复合可以明显的提高阻燃聚丙烯的阻燃性能，提高 其热稳定性，氧指数最高为47. 2。
[0198] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种阻燃聚丙烯，其特征在于，所述阻燃聚丙烯的配方组分按重量份数计为：阻燃 协效剂0. 5-3份、膨胀型阻燃剂10-25份和聚丙烯75-90份。2. 根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述阻燃协效剂为硅镁复合氧化 物和/或乙酰丙酮铁。3. 根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述阻燃协效剂为硅镁复合氧化 物和乙酰丙酮铁时，硅镁复合氧化物：乙酰丙酮铁重量份数比为0. 4-1:0. 3-0. 9。4. 根据权利要求1-3任一所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述硅镁复合氧化物为六 硅酸镁、海泡石和凹凸棒石中的一种或几种的混合物。5. -种根据权利要求1至4任一所述的阻燃聚丙烯的制备方法，其特征在于，所述制备 方法包括以下步骤：按比例取所述阻燃协效剂、膨胀型阻燃剂和聚丙烯混合均匀，通过螺杆 挤出造粒得到膨胀阻燃聚丙烯。
【专利摘要】本发明公开了一种阻燃聚丙烯及其制备方法，阻燃聚丙烯的配方组分按重量份数计为：阻燃协效剂0.5-3份、膨胀型阻燃剂10-25份和聚丙烯75-90份。本发明的有益效果是：原料来源丰富，无需改性处理生产工艺简单易于工业化，不同协效剂的配合能够显著提高膨胀阻燃聚合物的阻燃性能，表现出良好的协效作用。
【IPC分类】C08K5/053, C08K3/34, C08K3/32, C08L23/12, C08K5/07
【公开号】CN105086142
【申请号】CN201510510855
【发明人】王海增, 郝建港, 张芳华, 李铭新, 王彦玲, 王良民
【申请人】山东旭锐新材有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月20日