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摘要：本文聚焦于湖南產(chǎn)氧化鎂作為阻燃劑在聚乙烯材料中的應(yīng)用。通過對添加不同含量湖南產(chǎn)氧化鎂的聚乙烯復(fù)合材料進(jìn)行制備，系統(tǒng)研究了其燃燒性能、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等多方面的性能變化。實驗結(jié)果表明，適量添加湖南產(chǎn)氧化鎂能夠顯著提高聚乙烯材料的阻燃效果，同時在一定程度上保持材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。本研究為開發(fā)高性能、環(huán)保型的聚乙烯阻燃材料提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)，對推動湖南當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

一、引言

聚乙烯（PE）作為一種廣泛應(yīng)用的通用塑料，具有優(yōu)良的電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性和加工性能等特點，在包裝、建筑、電子電器等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而，聚乙烯屬于易燃材料，其極限氧指數(shù)較低，在火災(zāi)發(fā)生時容易迅速燃燒并釋放大量熱量和有毒氣體，這嚴(yán)重限制了其在一些對消防安全要求較高領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，對聚乙烯進(jìn)行阻燃改性已成為當(dāng)前研究的熱點之一。

氧化鎂作為一種無機(jī)阻燃劑，具有來源廣泛、價格低廉、無毒無害且抑煙效果顯著等優(yōu)點。湖南是我國重要的鎂資源產(chǎn)地之一，當(dāng)?shù)厮a(chǎn)氧化鎂在成本和供應(yīng)穩(wěn)定性上具有一定優(yōu)勢。探索湖南產(chǎn)氧化鎂用于聚乙烯材料的阻燃性能，不僅有助于充分利用本地資源，還能為開發(fā)高效、環(huán)保的聚乙烯阻燃材料提供新途徑。

二、實驗部分

（一）原材料與設(shè)備

1. 主要原料

- 聚乙烯（PE）：選用工業(yè)級粒料，密度為0.95 g/cm³左右。

- 湖南產(chǎn)氧化鎂（MgO）：粒度為微米級，純度達(dá)到98%以上。

2. 主要設(shè)備

包括高速混合機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、注塑機(jī)、錐形量熱儀、熱重分析儀等。

（二）樣品制備

按照不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（如5%、10%、15%、20%）將湖南產(chǎn)氧化鎂與聚乙烯在高速混合機(jī)中充分混合均勻，然后將共混物加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混造粒，得到含有不同含量氧化鎂的母料。最后使用注塑機(jī)將母料制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，用于后續(xù)的性能測試。

（三）性能測試方法

1. 燃燒性能測試

采用錐形量熱儀（CONE）測定材料的熱釋放速率（HRR）、總釋放熱量（THR）、點燃時間（TTI）等參數(shù)，以評估材料的燃燒行為。同時，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行垂直燃燒試驗（UL - 94），判斷材料的阻燃等級。

2. 力學(xué)性能測試

使用試驗機(jī)對試樣進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度測試，考察添加氧化鎂后對聚乙烯材料力學(xué)性能的影響。

3. 熱穩(wěn)定性測試

利用熱重分析儀（TGA）分析材料在不同溫度下的失重情況，確定材料的初始分解溫度和最大熱失重速率等指標(biāo)，從而評價材料的熱穩(wěn)定性能。

三、結(jié)果與討論

（一）燃燒性能分析

從錐形量熱儀測試結(jié)果來看，隨著湖南產(chǎn)氧化鎂含量的增加，聚乙烯復(fù)合材料的熱釋放速率明顯降低。例如，當(dāng)氧化鎂含量為20%時，材料的峰值熱釋放速率較純聚乙烯降低了約60%。這是因為氧化鎂在受熱時會發(fā)生分解反應(yīng)，吸收大量的熱量，并且生成的氧化鎂固體產(chǎn)物覆蓋在材料表面，形成一層致密的保護(hù)層，阻止了熱量向內(nèi)部傳遞和可燃?xì)怏w的逸出，從而起到了良好的阻燃作用。

在垂直燃燒試驗中，未添加氧化鎂的純聚乙烯樣品燃燒劇烈，完全燒毀且有滴落現(xiàn)象；而添加了一定量湖南產(chǎn)氧化鎂的樣品，其燃燒速度減緩，火焰高度降低，部分樣品甚至能夠自熄。當(dāng)氧化鎂含量達(dá)到15%以上時，材料的阻燃等級可達(dá)到UL - 94 V - 0級，表明該材料具有良好的阻燃性能。

（二）力學(xué)性能變化

適量添加湖南產(chǎn)氧化鎂對聚乙烯材料的力學(xué)性能影響較小。在氧化鎂含量低于10%時，材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度略有提高，這可能是由于氧化鎂粒子起到了異相成核的作用，使聚乙烯結(jié)晶更加完善。但隨著氧化鎂含量進(jìn)一步增加，由于顆粒團(tuán)聚等問題，材料的力學(xué)性能開始下降。不過，即使氧化鎂含量達(dá)到20%，材料的力學(xué)性能仍能滿足一般應(yīng)用要求。通過優(yōu)化加工工藝和對氧化鎂進(jìn)行表面處理等方法，可以進(jìn)一步改善材料的力學(xué)性能。

（三）熱穩(wěn)定性能改善

熱重分析結(jié)果顯示，添加湖南產(chǎn)氧化鎂后，聚乙烯復(fù)合材料的初始分解溫度有所提高。這是因為氧化鎂具有較高的熱穩(wěn)定性，它能夠延緩聚乙烯分子鏈的斷裂和降解過程。此外，氧化鎂的存在還改變了材料的熱分解機(jī)理，使得材料在高溫下的熱失重速率減慢，從而提高了材料的整體熱穩(wěn)定性。

（四）作用機(jī)理探討

湖南產(chǎn)氧化鎂對聚乙烯材料的阻燃作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是物理屏蔽效應(yīng)，即分解產(chǎn)生的氧化鎂固體產(chǎn)物覆蓋在材料表面，隔絕氧氣和熱量；二是吸熱降溫作用，氧化鎂分解過程中吸收大量熱量，降低了材料周圍的溫度；三是抑制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，氧化鎂能夠捕捉自由基，中斷燃燒過程中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；四是促進(jìn)炭化層的形成，有利于進(jìn)一步提高材料的阻燃性能。

四、結(jié)論

本研究表明，湖南產(chǎn)氧化鎂是一種有效的聚乙烯阻燃劑。適量添加湖南產(chǎn)氧化鎂可以顯著提高聚乙烯材料的阻燃性能，使其達(dá)到較高的阻燃等級，同時在一定程度上保持材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。通過對氧化鎂進(jìn)行表面處理和優(yōu)化加工工藝等手段，可以進(jìn)一步改善材料的綜合性能。該研究成果為開發(fā)基于湖南本地資源的高性能聚乙烯阻燃材料提供了技術(shù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場潛力。未來研究可以進(jìn)一步深入探究氧化鎂與其他阻燃劑的協(xié)同作用，以及在不同配方和工藝條件下對材料性能的影響，以滿足更多領(lǐng)域的特殊需求。