复合共混材料阻燃性的研究进展

崔海鹏，纵华康，吴帅奎

（海南大学，海南省海口 570228）

复合共混材料指的是由两种或两种以上的不同性质的材料组合而成。在实际生活中，针对不同的材质，它们的制作方法也不同。被广泛地用于汽车、建筑、制造、装修等领域。由于我国森林资源匮乏，树木砍伐严重，传统的木头材料已经被复合材料所取代，随着人们生活水平的提高，环保意识逐渐增强，人们对复合材料的需求越来越广泛。然而，由于复合材料本身易燃烧的属性，一旦遇火就可能酿成火灾，给人们财产及生命安全造成严重威胁。因此，对复合材料的阻燃性研究势在必行。

近年来，阻燃剂的使用受到了世界各地研究者的广泛关注，相关部门对阻燃剂的使用制定了严格的法规，要求开发无卤阻燃材料。因此，急需要开发阻燃性能好、污染性能低的阻燃添加剂。磷阻燃剂是目前替代卤代化合物的主要阻燃剂，可用于包括油基聚合物在内的材料的阻燃，也可用于木材等木质纤维素资源的阻燃。近年来的研究表明，人们对磷、膨胀系等阻燃剂的研究越来越多，认为它们对材料的阻燃效果较好，不产生有毒烟雾。膨胀型阻燃体系最早是在20 世纪60年代被开发出来，应用于涂料领域，而将膨胀型添加剂加入到高分子材料中则是一个相对较新的发展。当这些材料暴露在火焰中时，会产生膨胀的多细胞炭，能够保护底层材料不受火焰的影响。燃烧时，这些添加剂在聚合物材料表面形成泡沫炭，在聚合物燃烧过程中，炭的形成与可燃性之间存在一定的关系。通过在燃烧过程中促进炭质炭层的形成，可以提高泡沫的阻燃性，炭作为一个固体绝缘层，可以保护聚合物免受燃烧热，限制氧气进入聚合物，从而减少烟雾的产生。

1 EVA/LLDPE复合材料的阻燃及力学性能研究

以线型低密度聚乙烯（LLDPE）和乙烯乙酸乙烯酯（EVA）为基体，添加氢氧化镁（MH）、微胶囊化红磷（MRP）等助剂制备了不同配比的EVA/LLDPE 复合材料，用不同的界面相容剂对复合材料进行界面改性，测定了复合材料的力学性能和阻燃性能，遴选出最优配比及最佳界面相容剂。实验结果表明：EVA/LLDPE 复合材料的阻燃性能随着MH 含量的增大而提高；MH 质量分数为40%时，复合材料综合性能较好。协同阻燃剂MRP 提高了复合材料的阻燃性能，当MH、MRP、EVA、LLDPE 质量比为40 ∶10 ∶30 ∶70时，复合材料力学性能和阻燃性能较好。界面相容剂EVA-g-MAH 有效改善了阻燃剂与基体树脂的界面相容性，提高了复合材料的力学性能，复合材料燃烧时透光率达到82%，其难燃级别达到一级。

2 巴旦木壳/高密度聚乙烯基复合材料的阻燃性

为有效利用食品加工行业产生的巴旦木果实外壳，用高密度聚乙烯（HDPE）、巴旦木壳、FRW 阻燃剂为原料合成一种具有阻燃特性的复合材料。结果表明，巴旦木外壳存在丰富的孔隙结构，能够在较短时间内吸附较多的阻燃剂；当巴旦木壳载药率为15%时，巴旦木壳/HDPE 复合材料的力学性能较好，与未添加阻燃剂的复合材相比弯曲强度提升10.93%，拉伸强度提升8.19%，弹性模量提升0.88%，冲击强度提升29.44%。扫描电子显微镜观察显示，巴旦木壳的细胞壁上均匀分散着阻燃剂；当巴旦木壳载药率为5%，15%，25%时，巴旦木壳/HDPE 复合材料的极限氧指数分别为25.7%，26.5%，27.1%，高于相同条件下制备的杨木/HDPE 复合材料。锥形量热仪检测结果表明，巴旦木壳/HDPE 复合材料相比杨木/HDPE 复合材料阻燃性能更好。当载药率为15%时，巴旦木壳/HDPE复合材料的最高热释放速率、平均热释放速率、总热释放量、平均有效燃烧热、点燃时间分别为256.12kW/m2、147.50kW/m2、73.78MJ/m2、21.47MJ/kg、27s，具有较好的阻燃性能。热重分析显示，巴旦木壳/HDPE 复合材料具有较好的热稳定性。

3 环氧树脂的阻燃研究

环氧树脂是重要的热固性塑料之一，具有较高的抗拉强度和杨氏模量，具有良好的尺寸热稳定性、耐溶剂性好、成本低、易加工等，广泛应用于结构层压板、灌封剂、模塑剂的制备。与金属材料相比，环氧树脂更容易燃烧，而先进的 环氧树脂尤其适用于电路板应用，因为电路板的电气绝缘性 能对阻燃性有严格要求。卤化化合物是环氧树脂常用的共聚物或助剂，对阻燃效果较好，但含卤化物质的燃烧会产生大量有毒高温烟气，对环境发展和人体健康产生负面影响。因此，无卤阻燃剂的研究开发是近年来的一个热点。近年来，有机磷化合物作为环氧树脂阻燃剂的性能得到了很好的证明，含磷/硅的环氧树脂的阻燃材料是由含磷/硅的环氧化合物加入二胺固化剂制备，并研究了含磷/硅环氧树 脂的阻燃性能。此外，还证明了磷硅协同增强环氧树脂材料 的LOI，提高其阻燃性能。在火焰作用下，磷提供了炭化的趋势，硅提供了炭化热稳定性的增强，表现出它们各自在阻燃方面的优势。在环氧树脂组合物中同时引入磷和硅，成功 地将这两个因素结合在一起形成阻燃机理。含磷和硅的环氧树脂的LOI 在26%～36%增强。利用硅氧烷试剂代替硅烷，可以进一步提高磷硅对耐火材料的协同效应。

4 水滑石-石墨烯复合阻燃研究

水滑石是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的二维层状材料，具有主体层板金属离子组成的可调变性、主体层板电荷密度及其分布的可调变性、插层阴离子客体种类及数量可调变性和层内空间可调变性等多种结构特点，可将其引入高分子基体中，从而广泛应用于阻燃、吸附和催化等不同的领域。而石墨烯也是一种二维层状材料，是目前已知最薄、最坚硬的纳米材料，具有结构稳定、超强导电性、超高强度和优异的韧度等特性，可将其引入高分子基体中，由于其特殊的组成和结构，可广泛应用在阻燃、电子信息和生物医学等领域。因此，水滑石和石墨烯两种二维层状材料在阻燃领域均有一定的发展前景。为进一步提高高分子材料的阻燃性能，有不少研究者采用不同方法制备水滑石-石墨烯（LDHrGO）复合材料，并将其引入高分子体系中，制备聚合物基LDH-rGO复合材料，探究其阻燃性能。

5 展望

随着人类社会的发展，复合性材料的阻燃性能沿着高效、绿色、环境友好的道路发展，而且必须同时兼顾其抗老化能力、弯曲拉伸强度及冲击强度等力学性能。单一阻燃剂无法满足材料的高性能，对聚合物材料力学性能影响大，多种阻燃剂的协同效果是一个研究热点，但各种阻燃剂在复配过程中可能出现交互影响或其他新的问题，协同机制探讨及阻燃剂改性将成为阻燃剂研究的方向。