含环三磷腈衍生物的辐照交联聚乙烯基复合材料的制备及阻燃性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210557

摘要/Abstract

摘要：

将具有阻燃剂和辐照敏化剂双重功能的含烯丙基环三磷腈（CP-Allyl），通过熔融共混的方式引入到由低密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物组成的基体中，制备了一系列基于有机-无机阻燃复配剂的新型无卤阻燃聚乙烯基复合绝缘材料。进一步通过100~190 kGy剂量下的电子束辐照，实现了复合材料的辐照交联，并建立了辐照剂量与交联度以及材料性能的关系。研究结果表明，含有功能性环三磷腈衍生物的辐照交联复合材料具有优良的力学强度、阻燃性和电绝缘性能。力学强度在14.5 MPa以上，极限氧指数为28.2%~32.4%，电阻达到2.47×10¹² Ω以上，因而有希望在电线电缆领域获得应用。

关键词: 辐照交联, 环三磷腈, 交联网络, 阻燃性

Abstract:

An allyl functionalized cyclotriphosphazene， which is expected to serve as flame retardant and irradiation sensitizer， is introduced into the matrix composed of low-density polyethylene and ethylene vinyl acetate copolymer by melt blending. Based on the organic-inorganic complex flame retardants， a family of new halogen-free flame retardant insulating composites is prepared. Furthermore， the irradiation crosslinking of the composites is conducted by electron-beam irradiation at the irradiation doses of 100~190 kGy， and the relationship between irradiation dose and properties is investigated. The results indicate that the irradiation crosslinked composites containing functional cyclotriphosphazene have excellent mechanical strength， flame retardancy and electrical insulation properties， and they may be promising for wire and cable applications.

Key words: Irradiation crosslinking, Cyclophosphazene, Cross-linked networks, Flame retardancy

中图分类号:

O631

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图/表 9

表1 含有机?无机阻燃剂的辐照交联PE基复合材料的配方

Table 1 Formulation of the irradiation?crosslinked PE?based composites containing organic?inorgance flame retardants

样品 Sample	聚乙烯添加量 PE/phr	乙烯?醋酸乙烯共聚物添加量EVA/phr	氢氧化镁添加量 Mg（OH）₂/phr	氢氧化铝添加量 Al（OH）₃/phr	有机阻燃剂添加量 CP?Allyl/phr
Composite?0	100	40	100	100	0
Composite?1	100	40	100	100	2
Composite?2	100	40	100	100	5
Composite?3	100	40	100	100	8
Composite?4	100	40	100	100	10
Composite?5	100	40	100	100	15

图1 复合材料的熔融指数（A）和辐照剂量与凝胶含量（B）之间的关系

Fig.1 Melt index （A） and relationship between irradiation dose and gel content （B） of the composites

图2 含有烯丙基官能化环三磷腈的交联 PE/EVA 网络示意图

Fig.2 Illustration of cross-linked PE/EVA networks containing allyl-functionalized cyclotriphosphazene

图3 CP-Allyl粉末和Composite-X试样的SEM照片（A. CP-Allyl粉末； B-F. Composite-1、2、3、4和5）

Fig.3 SEM photos of CP-Allyl powder and Composite-X specimens （A.CP-Allyl powder； B-F.Composite-1，2，3，4 and 5）

图4 不同辐照剂量下复合材料的LOI值

Fig.4 LOI values of the composites under different irradiation doses

图5 基于有机-无机阻燃剂的交联PE/EVA 网络的建议阻燃机制

Fig.5 A suggested flame retardancy mechanism of cross-linked PE/EVA networks based on organic-inorganic flame retardant

图6 复合材料在照射剂量为100 kGy 的热失重曲线

Fig.6 Thermogravimetric curves of composites at irradiation dose of 100 kGy

图7 复合材料在不同照射剂量下的拉伸应力（A）和断裂伸长率（B）

Fig.7 Tensile stress （A） and elongation at break （B） of the composites under different irradiation doses

表2 复合材料的绝缘性能

Table 2 Insulation properties of the composites

样品 Sample	电阻 Resistance/Ω	体积电阻率 Volume resistivity/（Ω·cm）	电容 Capacitance/pF	介电常数 Permittivity
Composite?0	2.75×10¹²	5.68×10¹⁴	55	2.8
Composite?1	3.81×10¹²	8.04×10¹⁴	57	2.8
Composite?2	2.71×10¹²	5.97×10¹⁴	58	2.7
Composite?3	2.93×10¹²	5.93×10¹⁴	58	3.0
Composite?4	2.47×10¹²	4.57×10¹⁴	53	3.0
Composite?5	2.94×10¹²	5.89×10¹⁴	54	2.8

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