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摘要： 本文聚焦于浙江地區(qū)礦用電纜護(hù)套材料的安全防護(hù)需求，深入探究了氫氧化鎂作為耐高溫阻燃劑在該特定應(yīng)用場(chǎng)景下的性能特點(diǎn)、作用機(jī)制以及優(yōu)化策略。通過對(duì)原料特性分析、配方設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和性能測(cè)試評(píng)估，旨在為提升浙江地區(qū)礦用電纜的整體安全性與可靠性提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)，確保其在復(fù)雜惡劣的礦井作業(yè)環(huán)境中能有效抵御火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，保障人員生命與設(shè)備安全。

一、引言

在礦業(yè)生產(chǎn)過程中，礦用電纜承擔(dān)著傳輸電力和信號(hào)的關(guān)鍵任務(wù)，其運(yùn)行環(huán)境極為苛刻，存在著高溫、易燃易爆氣體等諸多安全隱患。一旦電纜發(fā)生故障引發(fā)火災(zāi)，將對(duì)井下作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并可能導(dǎo)致整個(gè)礦山生產(chǎn)的癱瘓。因此，提高礦用電纜的阻燃性能是保障礦山安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。氫氧化鎂作為一種環(huán)境友好型無機(jī)阻燃劑，具有良好的熱穩(wěn)定性、抑煙性和低毒性等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在電纜護(hù)套材料中得到廣泛應(yīng)用。鑒于浙江地區(qū)作為我國(guó)重要的制造業(yè)基地之一，擁有眾多從事電線電纜生產(chǎn)的企業(yè)，針對(duì)該地區(qū)礦用電纜護(hù)套原料開展氫氧化鎂耐高溫阻燃劑的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）原材料與儀器

1. 主要原材料

- 氫氧化鎂（Mg(OH)?）：工業(yè)級(jí)，粒徑分布均勻，純度高于98%。由浙江本地知名化工供應(yīng)商提供，以保證原料質(zhì)量的穩(wěn)定性和可追溯性。

- 高密度聚乙烯（HDPE）：選用適用于電纜護(hù)套制作的特定牌號(hào)，具有良好的機(jī)械性能和加工流動(dòng)性，作為基礎(chǔ)樹脂基質(zhì)。

- 其他助劑：包括偶聯(lián)劑、分散劑等，用于改善氫氧化鎂在聚合物體系中的分散性和相容性。

2. 儀器設(shè)備

- 雙輥混煉機(jī)：用于將各種原料充分混合均勻，使氫氧化鎂能夠更好地分散在 HDPE 基體中。

- 平板硫化儀：可精確控制溫度和壓力，將共混好的物料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣片，便于后續(xù)性能測(cè)試。

- 錐形量熱儀（CONE）：能夠模擬真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景下的熱輻射條件，測(cè)量材料的燃燒參數(shù)，如熱釋放速率、總釋放熱量等，從而評(píng)估其阻燃效果。

- 極限氧指數(shù)測(cè)定儀：通過改變氧氣濃度來確定材料維持燃燒所需的最低氧氣含量，即極限氧指數(shù)（LOI），該數(shù)值越高表示材料的阻燃性能越優(yōu)異。

- 掃描電子顯微鏡（SEM）：觀察微觀結(jié)構(gòu)，分析氫氧化鎂顆粒在護(hù)套材料中的分散狀態(tài)以及對(duì)材料微觀形貌的影響。

（二）樣品制備

按照不同的氫氧化鎂添加比例（例如 30%、40%、50%、60%等），準(zhǔn)確稱取相應(yīng)質(zhì)量的氫氧化鎂與一定量的 HDPE 及其他助劑一同放入雙輥混煉機(jī)中進(jìn)行熔融共混。設(shè)定合適的混煉溫度和時(shí)間，確保各組分充分混合均勻后出料。接著使用平板硫化儀將共混物料壓制成規(guī)定尺寸的標(biāo)準(zhǔn)試樣片，供后續(xù)各項(xiàng)性能測(cè)試使用。

三、結(jié)果與討論

（一）阻燃性能分析

1. 錐形量熱儀測(cè)試結(jié)果

隨著氫氧化鎂含量的增加，材料的熱釋放速率峰值顯著降低，且達(dá)到峰值的時(shí)間延遲。這表明在燃燒過程中，高含量的氫氧化鎂能夠有效吸收大量熱量并分解產(chǎn)生水蒸氣，稀釋可燃性氣體濃度，同時(shí)形成一層保護(hù)性的炭層覆蓋在材料表面，阻止熱量向內(nèi)部傳遞，從而減緩了燃燒速度。從總釋放熱量來看，同樣呈現(xiàn)出隨氫氧化鎂用量增加而減少的趨勢(shì)，進(jìn)一步證明了其良好的阻燃效果。

2. 極限氧指數(shù)變化規(guī)律

測(cè)得不同配方試樣的極限氧指數(shù)顯示，當(dāng)氫氧化鎂添加量為 50%時(shí)，材料的 LOI 值有明顯提升，超過 28%，滿足礦用電纜對(duì)阻燃性能的基本要求。繼續(xù)增加氫氧化鎂用量至 60%，LOI 雖仍有上升但幅度變小，綜合考慮成本與性能平衡，確定較適宜的添加范圍為 50%左右。

（二）微觀結(jié)構(gòu)觀察

借助掃描電子顯微鏡對(duì)試樣斷面進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過偶聯(lián)劑處理后的氫氧化鎂顆粒在 HDPE 基體中的分散性得到明顯改善，團(tuán)聚現(xiàn)象減少。均勻分散的氫氧化鎂顆粒能夠在材料受熱時(shí)迅速形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于發(fā)揮其隔熱、隔氧的作用，增強(qiáng)材料的阻燃性能。然而，過高的填充量可能會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，影響材料的力學(xué)性能，因此在保證阻燃效果的前提下需合理控制氫氧化鎂的添加量。

（三）力學(xué)性能影響

對(duì)含有不同比例氫氧化鎂的電纜護(hù)套材料進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果顯示，隨著氫氧化鎂含量的增加，材料的拉伸強(qiáng)度逐漸下降，斷裂伸長(zhǎng)率也有所降低。這是由于無機(jī)粒子的加入破壞了聚合物分子鏈間的規(guī)整排列，降低了材料的結(jié)晶度和連續(xù)性所致。但通過適當(dāng)?shù)谋砻娓男蕴幚砗凸に噧?yōu)化，可以將力學(xué)性能的損失控制在可接受范圍內(nèi)，確保電纜在實(shí)際使用過程中仍具備足夠的柔韌性和抗拉強(qiáng)度。

四、結(jié)論

本研究表明，以浙江地區(qū)生產(chǎn)的原材料為基礎(chǔ)，將氫氧化鎂用作礦用電纜護(hù)套原料的耐高溫阻燃劑是可行的。通過合理控制氫氧化鎂的添加量（約 50%）并采用有效的表面處理技術(shù)和加工工藝，能夠在保證良好阻燃性能的同時(shí)，使材料的力學(xué)性能滿足礦用電纜的使用要求。該研究成果為浙江地區(qū)乃至全國(guó)的礦用電纜生產(chǎn)企業(yè)提供了一種可靠的阻燃解決方案，有助于提高礦用電纜的安全性能，降低火災(zāi)事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)礦山行業(yè)的安全生產(chǎn)水平提升。未來還可進(jìn)一步探索氫氧化鎂與其他阻燃劑的復(fù)配使用，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同阻燃效應(yīng)，開發(fā)出更高性能的礦用電纜護(hù)套材料。