广源集团探究针状硅灰石在低烟无卤线缆中的协效阻燃效果

硅灰石的化学式为CaSiO3，含SiO2为51.75%、CaO为48.25%。属于一种链状偏硅酸盐晶体，是三斜晶系的单链硅酸盐矿物，矿物原料通常呈片状、放射状或纤维状集合体，白色微带灰色，玻璃光泽， 硬度为4.5～5.0，密度为2.78～2.91g/cm3。

针状硅灰石原矿形貌 针状硅灰石微观结构形貌

据文献资料报道，针状硅灰石是一种无机硅系阻燃剂，具有耐高温、耐火和阻燃的作用，其阻燃机理是在复合材料燃烧过程中形成坚实的无定型硅保护层，能够很好的隔绝保护层内物质产生的热量和可燃性气体向外层传播，使材料达到自熄，从而达到实现协效阻燃效果。特别是在当今低烟无卤阻燃线缆成为线缆行业关注热点和大力发展之际，针状硅灰石的协效阻燃应用值得深入研究和推广。本实验采用针状硅灰石（GY-4000）与氢氧化镁/氢氧化铝进行搭配使用，考察其阻燃效果和力学性能，为下游客户应用提供数据支持。

1 实验部分

1.1 主要原材料

EVA，牌号，6110M，扬子石化巴斯夫有限责任公司；相容剂，牌号，MC218，宁波能之光新材料科技股份有限公司；LLDPE，牌号，218WJ，沙比克；氢氧化镁，牌号，HX-3000，江西广源化工有限责任公司；针状硅灰石，牌号，GY-4000，江西广源化工有限责任公司；氢氧化铝，市售。

1.2 主要仪器及设备

开炼机：KY-3203，东莞市厚街开研机械设备厂；压片机：KY-3201-A型，东莞市厚街开研机械设备厂；激光粒度仪：3000E型，英国马尔文公司；万能力学性能实验机：型号UTM-1422；承德金建检测仪器有限公司；全自动氧指数测定仪：型号JF-5，承德金建检测仪器有限公司；烟密度测试仪：型号ATS-JCY-03，上海埃提森仪器科技有限公司。

1.3 性能测试

拉伸、断裂性能测试：采用承德金建检测仪器有限公司UTM-1422型，按GB/T1040-2006测试，拉伸速率为100mm/min；

氧指数测试：采用承德金建检测仪器有限公司JF-5型，按照GB/T2406.2-2009标准进行测试；

烟密度测试：采用上海埃提森仪器科技有限公司ATS-JCY-03型，按照GB/T8627-2007标准进行测试；

1.4 粉体的物理性能指标

表1 粉体的物理性能指标

注：粒径由欧美克P0P6激光粒度仪测试

1.4 样品制备

按配方称取原料进行配料，经充分搅拌后在双辊开炼机混炼，混炼温度150℃，混炼时间15min；将混炼好的物料称取一定质量在小型压片机上压片，温度175℃，保压15min；将压制好的片材经自动取样器裁剪成标准样条进行相关测试。

2 实验与结果讨论

2.1.1 针状硅灰石搭配氢氧化镁实验

表2 实验配方

2.1.2 实验结果

从上图中可以看出，随着针状硅灰石GY-4000的添加量逐渐提升，氧指数呈先增加后下降趋势，在添加量为10wt%时，氧指数最大为32.4，这表明针状硅灰石GY-4000在10wt%的添加量情况下，协效阻燃效果最好；拉伸强度随着针状硅灰石的添加呈增大趋势，表明针状硅灰石的补强效果比氢氧化镁要好。

2.2.1 针状硅灰石搭配氢氧化铝实验

表3 实验配方

2.2.2 实验结果

从上图中可以看出，随着针状硅灰石GY-4000的添加量逐渐提升，氧指数也呈先增加后下降趋势，在添加量为5wt%时，氧指数最大为44.5，这表明针状硅灰石GY-4000在5wt%的添加量情况下，协效阻燃效果最好，在添加量为10wt%时，氧指数为44.0，比单纯氢氧化铝氧指数要高出0.5；拉伸强度随着针状硅灰石的添加呈增大趋势，表明针状硅灰石的补强效果比氢氧化铝要好。

2.3.1 针状硅灰石搭配氢氧化铝和氢氧化镁实验

表4 实验配方

2.3.2 实验结果

从上图中可以看出，随着针状硅灰石GY-4000的添加量逐渐提升，氧指数从37.2上升至37.4然后下降到34.6，在添加量为5wt%时，氧指数最大为37.4，这表明针状硅灰石GY-4000在5wt%的添加量情况下，协效阻燃效果最好；拉伸强度随着针状硅灰石的添加呈增大趋势，表明针状硅灰石的补强效果较好。

3 结论

以上三个实验表现的规律性基本一致，针状硅灰石GY-4000替代量在5份时氧指数提升，针状硅灰石GY-4000替代量超过10份后，氧指数呈下降趋势；拉伸强度随着针状硅灰石GY-4000的添加量增加而增大。