线性低密度聚乙烯（LLDPE）和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）共混物由于具有成本低、密度小、加工性能好等优点，通常被用作电缆护套材料的基体。然而，LLDPE和EVA具有高度易燃性，需要添加阻燃剂才能满足严格标准的要求。目前，在电缆材料中应用最广泛的阻燃剂是氢氧化镁(MH)和氢氧化铝，但其阻燃效率低，需要高填充量的填料（超过50 %）才能达到相应的阻燃等级，这会导致复合材料的力学性能和加工性能恶化。因此，许多研究致力于开发一种阻燃协效剂，以实现LLDPE/EVA/MH（LEM）体系阻燃性能、力学性能和加工性能的平衡。
采用LOI（极限氧指数）和锥形量热测试研究了Ni2O3和OMMT组合对LEM的协同阻燃作用。与LEM相比，加入OMMT和Ni2O3后，LOI从27.2 %略增加到27.7 %。这表明组合催化剂对小火测试下的阻燃性影响较小，原因可能是催化碳化所需的温度高于700 ℃，在LOI测试中难以发挥作用。由锥形量热测试结果可见（图1a），LEM的HRR曲线有两个峰值，其中第二热释放速率峰值（pHRR2，287 kW/m2）低于第一热释放速率峰值（pHRR1，309 kW/m2）。LEM/2.5Ni2O3/2.5OMMT的pHRR1为249 kW/m2，高于LEM/5OMMT和LEM/5Ni2O3，这一结果表明，OMMT和Ni2O3对降低pHRR1没有协同作用。有趣的是，OMMT与Ni2O3的协同作用显著降低了pHRR2，LEM/2.5Ni2O3/2.5OMMT的pHRR2为94 kW/m2，仅为LEM的33 %。从图1b可以看出，OMMT/Ni2O3组合还显著降低了LEM的THR，相比LEM降低了18.3 %。由图1c和1d可知，LEM的pSPR（烟雾释放速率峰值）和TSP分别为0.029 m2/s和4.2 m2，当单独添加OMMT时pSPR没有变化，但达到pSPR的时间从250 s延长至350 s，这可能是由于蒙脱土自身层状结构的阻隔作用。加入Ni2O3和OMMT后，LEM的pSPR和TSP分别降低至0.018 m2/s和2.7 m2。此外，如图1e所示，与LEM相比，LEM/2.5Ni2O3/2.5OMMT的CO生成量也显著减少。
【阻燃机理】
图2. LEM/2.5Ni2O3/2.5OMMT复合材料的阻燃机理。
图2给出了LEM/2.5Ni2O3/2.5OMMT复合材料的阻燃机理。首先，LEM/2.5Ni2O3/2.5OMMT暴露在高温下时，MH会分解生成MgO，同时促进炭层的生成。其次，当OMMT和Ni2O3同时引入LEM时，一方面，OMMT作为固体酸催化剂，促进了烯烃类物质的生成。另一方面，Ni2O3被原位还原为金属镍，在燃烧过程中催化生成碳纳米管，生成的碳纳米管和氧化镁形成了坚固而连续的炭层，从而阻碍了热量的传递，抑制了复合材料的燃烧。
作者|武鹏伟
校审|刘杰
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