阻燃石头纸性能研究

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石头纸是一种以聚烯烃、矿物填料和其他外加剂为原料经熔融共混挤压加工而成的一种新型合成纸。石头纸的生产过程相比传统纤维纸更加安全环保,石头纸还具有防水、防虫、耐撕、耐折等多种特性,在装饰用纸、包装用纸以及文化用纸等领域有广泛的应用前景。但是,石头纸的阻燃性能较差,容易引发火灾,这限制了石头纸的广泛应用。为了推动石头纸的生产和应用,需要开发性能优越的阻燃石头纸。由于石头纸的发展历程较短,关于石头纸的基础研究很少,研究原料对阻燃石头纸性能的影响对阻燃石头纸的开发具有重要的意义。本文通过改变阻燃石头纸原料的种类、配比和添加量,在单一变量时,采用双辊开炼机制备了一系列阻燃石头纸,探究了 HDPE/LLDPE/PP配比,填料、阻燃剂和外加剂的种类及添加量对阻燃石头纸的阻燃性能、力学性能和表面微观结构的影响。主要结论如下:(1)随着HDPE添加比例的增加,阻燃石头纸的极限氧指数先升后降,UL-94垂直燃烧等级基本不变,拉伸强度升高,撕裂强度总体先升高后降低,表面网状结构呈现从无到有,从稀疏到致密的趋势。网状结构中的聚乙烯结晶长径比大,呈细针状时,阻燃石头纸具有相对较高的拉伸强度。当 12.5 g HDPE(12.5 wt.%)与 4 g LLDPE(4 wt.%)共混时,阻燃石头纸具有最佳的综合性能,添加35 g氢氧化镁阻燃剂的石头纸极限氧指数达到27.8,UL-94垂直燃烧等级达到V-0级(1.6 mm),拉伸强度达到4.9 MPa,撕裂强度达到3.9 kN·m-1,耐折次数超过1000次。(2)随着填料碳酸钙添加量的增加,阻燃石头纸的极限氧指数和UL-94垂直燃烧等级提高,拉伸强度和撕裂强度下降,耐折次数不变。随着碳酸钙粒径的减小,阻燃石头纸的极限氧指数略有下降,UL-94垂直燃烧等级不变,拉伸强度和撕裂强度升高。添加40g 10000目碳酸钙(38.83 wt.%)时,阻燃石头纸的综合性能最好,添加35 g氢氧化镁阻燃剂的石头纸极限氧指数达到27.4,UL-94垂直燃烧等级达到V-0级(1.6 mm),拉伸强度达到5.4 MPa,撕裂强度达到4.2 kN·m-1,耐折次数超过1000次。(3)随着阻燃剂McA添加量的增加,阻燃石头纸的极限氧指数和UL-94垂直燃烧等级升高,拉伸强度先升后降,撕裂强度下降,耐折次数降低。添加35 gMcA(33.98 wt.%)时,阻燃石头纸具有最好的综合性能,其极限氧指数达到28.8,UL-94垂直燃烧等级达到V-0级(0.8 mm),拉伸强度达到7.2 MPa,撕裂强度达到2.9 kN·m-1,耐折次数超过1000次。McA在阻燃石头纸燃烧时会受热分解产生氮气,起到发泡和阻燃的作用。同时McA能够促进阻燃石头纸中的聚乙烯发生炭化,形成炭层,隔绝热量和氧气,发挥出优良的阻燃效果。(4)随着分散剂十二烷基硫酸钠添加量的增加,阻燃石头纸的极限氧指数和UL-94燃烧等级都先升后降,拉伸强度下降,撕裂强度变化量较小。添加1g十二烷基硫酸钠(0.98 wt.%)时,阻燃石头纸具有最好的综合性能,添加35 g氢氧化镁阻燃剂的石头纸极限氧指数达到27.4,UL-94垂直燃烧等级达到V-0级(1.6 mm),拉伸强度达到5.4 MPa,撕裂强度达到3.8 kN-m-1,耐折次数超过1000次。随着TPP添加量的增加,阻燃石头纸的极限氧指数下降,UL-94垂直燃烧等级不变,拉伸强度下降,撕裂强度先升后降。TPP对提高阻燃石头纸的耐折次数具有关键作用。添加6 g TPP(5.83 wt.%)时,阻燃石头纸具有最好的综合性能,添加35 g氢氧化镁阻燃剂的石头纸极限氧指数达到27.2,UL-94垂直燃烧等级达到V-0级(1.6 mm),拉伸强度达到5.7 MPa,撕裂强度达到3.4 kN·m-1,耐折次数超过1000次。随着偶联剂钛酸酯添加量的增加,阻燃石头纸的极限氧指数先下降再上升再下降,UL-94垂直燃烧等级不变,拉伸强度下降,撕裂强度先升后降。添加2 g钛酸酷(1.93 wt.%)时,阻燃石头纸具有最好的综合性能,添加35 g氢氧化镁阻燃剂的石头纸极限氧指数达到27.6,UL-94垂直燃烧等级达到V-0级(1.6 mm),拉伸强度达到5.4 MPa,撕裂强度达到4.3 kN·m-1,耐折次数超过1000次。随着阻燃协效剂分子筛添加量的增加,添加McA的阻燃石头纸的极限氧指数先升后降,UL-94垂直燃烧等级不变,拉伸强度下降,撕裂强度先升后降。添加2 g分子筛(1.92 wt.%)时,添加McA的阻燃石头纸具有最好的综合性能,添加35 g McA阻燃剂的石头纸极限氧指数达到28.8,UL-94垂直燃烧等级达到V-0级(0.8 mm),拉伸强度达到5.9 MPa,撕裂强度达到3.6 kN·m-1,耐折次数超过1000次。
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