勃姆石对杨木粉/PP复合材料的力学及阻燃性能影响

施成涛 梁晓燕 姜洪丽

化学与制药工程学院，山东第一医科大学(山东省医学科学院)，山东 泰安 271016

木塑复合材料作为一种通用环保型材料，因为兼具塑料和木材的双重属性，以其性价比高、加工方便、可回收利用等优点，在许多领域有着广泛的应用前景，如应用于门窗、地板、室外座椅、栅栏、海边铺地板、防潮板等[1-2]。随着复合材料应用领域的不断扩大，材料的安全性愈来愈成为人们关注的重点。但由于组成复合材料的杨木粉与聚丙烯塑料都容易燃烧，使得复合材料也易燃，因而赋予材料良好的阻燃性能是材料研究中的重中之重[3-6]。

由于近年来环保呼声日益增高，故而阻燃剂的添加使材料在获得良好阻燃性能的同时，也要充分考虑对环境的影响。低烟、无卤、无磷成为阻燃剂研究的方向。本实验选取了勃姆石为阻燃剂，对杨木粉/PP复合材料的力学性能、流变性能及阻燃性能进行了研究。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚丙烯(PP)，320，茂名实华东成化工有限公司；杨木粉，颗粒直径≤0.250 mm，实验室自制；马来酸酐接枝PP(MAPP)，818A，茂名石化公司；勃姆石，实验室自制；抗氧剂1010，青岛旭昕化工有限公司；润滑剂EBS，广州润锋化工有限公司。

1.2 主要仪器设备

微型锥形双螺杆挤出机，SJZS-10A型，武汉市瑞鸣塑料机械制造公司；微型注射机，SJS-15型，武汉市瑞鸣塑料机械制造公司；氧指数仪，ZKHW型，青岛中科恒维智能科技有限公司；转矩流变仪，RM-200A型，哈博电气制造公司；万能材料试验机，AGS-X型，日本岛津。

1.3 实验材料的制备

杨木粉干燥→原料混合→双螺杆挤出机挤出→注射成型→冷却定型→性能测试。

1.4 测试与表征

力学性能测试：拉伸强度参照GB/T1040-2006。氧指数测试：氧指数参照GB/T2406-94测试。流变性能：采用转矩流变仪记录体系的平衡扭矩，测试条件：转速80 r/min，最大加料量50 g。

2 结果与讨论

2.1 力学性能分析

杨木粉/PP复合材料力学性能测试的结果见图1。图中的3条曲线分别表示3种不同杨木粉/PP比例体系(PP中都含一定比例的MAPP)的复合材料的拉伸强度随勃姆石填充量的变化。由图1可知，在勃姆石添加相同的情况下，复合材料的拉伸强度随着杨木粉含量的增加而增大，如25%添加量的勃姆石，杨木粉∶PP = 30∶70比例体系中，复合材料的拉伸强度为16.20 Mpa，而杨木粉∶PP=50∶50的体系中，材料的拉伸强度为18.94 Mpa，增大了16%。在相同杨木粉/PP比例体系中，随勃姆石填充量增加，复合材料的拉伸强度也随之增大，但增幅较平缓，比如杨木粉∶PP = 40∶60的体系，勃姆石填充量由20%到30%时，材料的拉伸强度由17.40 Mpa增大到17.96 Mpa，增幅仅为3.2%，这可能是因为勃姆石在PP中添加量较多，其分散性变差，增强效果不明显。

2.2 流变行为分析

图2是加工时间为200 s时，勃姆石填充量对复合体系的平衡扭矩影响。平衡转矩反映了物料的流动性能，该值越低，表明流动性越好。由图2我们可以看出，勃姆石的加入使得复合体系的的平衡扭矩变大，流动性能变差，表明勃姆石的加入增加了复合材料中PP的表观黏度。勃姆石是无机阻燃剂中的一种，但为了达到良好的阻燃效果，填充量一般比较大，这必然导致树脂在混炼成型时的流动性变差，从而使双螺杆挤出机的挤出速度变慢。

图1 勃姆石填充量对材料拉伸强度的影响

图2 勃姆石填充量对材料流变性能的影响

2.3 阻燃性能分析

勃姆石填充量对复合材料阻燃性能的影响见表1。由表可以看出，杨木粉/PP复合材料属于易燃体系，材料的氧指数为21～22。杨木粉和PP比为30∶70时，复合材料氧指数为21.7，而比例为50∶50的材料氧指数为22.0，随着杨木粉含量的增加，材料氧指数略有提高，但并不明显。在相同杨木粉/PP比例体系中，随着勃姆石填充量的增大，材料的氧指数也随之增加，在勃姆石填充量不变的情况下，随杨木粉含量的增加，材料的氧指数也随之增大。如在杨木粉∶PP=40∶60体系中，勃姆石填充量20%和35%时，材料的氧指数为23.5，25.6；在30%勃姆石填充量，在杨木粉︰PP为30∶70体系，40∶60体系，50∶50体系，氧指数分别为24.4，24.7和25.2。

表1 不同杨木粉/PP配比下的LOI

3 结 论

(1) 在勃姆石添加量相同的情况下，材料的拉伸强度随木粉含量增加而增大；在相同杨木粉/PP比例体系中，材料的拉伸强度随勃姆石的增加缓慢增大。勃姆石的填充，使得复合材料的流动性变差。

(2) 氧指数实验结果表明，杨木粉含量增加，其氧指数有轻微提高。勃姆石的填充，增强了材料的阻燃性能；随着勃姆石填加量的增加，复合材料的氧指数增大。