经验分享| 陶瓷化聚烯烃能不能耐火?怎么评价其耐火功能?
近年来,陶瓷化聚合物复合材料是防火材料领域兴起的热门研究对象,主要应用是电线电缆防火领域的陶瓷化硅橡胶、陶瓷化聚烯烃两类材料,国内陶瓷化硅橡胶的研究报道较多和相关产品已经处于市场成熟期,深圳沃尔核材股份、南京东爵有机硅、瓦克化学等大型有机硅企业都相应推出陶瓷化硅橡胶产品,随着市场的成熟和技术的不断进步,陶瓷化硅橡胶下游产品种类也丰富多样,包括陶瓷化复合带、陶瓷化自粘带等,但近两年有机硅上游原材料价格的持续上涨,加之生产陶瓷化硅橡胶对设备和工艺要求较高,且成本压力较大和国家相关标准未及时出台,市场产品比较混乱,严重制约了陶瓷化硅橡胶的大规模工业应用。
陶瓷化聚烯烃材料的出现,由于其成本相比陶瓷化硅橡胶较低,且对设备和工艺要求相对简单,引起了市场的广泛关注,2002年意大利专利是目前较早的文献报道,2006年南京工业大学王庭慰教授带领的研究小组在国内也开始陶瓷化聚烯烃材料的研究,并在配方设计、陶瓷化机理及存在的问题方面取得了一定的成果,其成瓷机理与陶瓷化硅橡胶有本质的不同,主要是以聚合物(EVA、PE、POE等聚烯烃材料)为基体,加适量的陶瓷化粉(含Si、Ca、Al等无机矿物粉)及其它助剂(碱金属助溶剂,如氧化钙、氧化锌、硼酸、硼酸锌等氧化物)经混炼而成的高分子复合材料,在一定的温度条件下,陶瓷粉中的Si、Ca、Al等形成骨架,通过助溶剂配合在较低温度下生成液相,从而有利于烧结成型,形成一定强度和自支撑能力的陶瓷状瓷化物,起到隔火隔热作用。
目前陶瓷化聚烯烃材料存在的关键问题主要有陶瓷粉烧结温度高、耐火稳定性差、挤出加工表面粗糙等,结合市场目前对陶瓷化聚烯烃材料反馈的问题,除上述三个方面,还有低温成瓷性、快速成瓷效果、阻燃和耐火功能同时具备、950℃是否能起到关键的耐火功能四个方面的问题,我们采用三种不同温度的烧制手段,对市场现有陶瓷化聚烯烃产品进行了成瓷效果对比,也对其基础力学性能进行了分析,其条件分别是:
烧制方式(低温和高温)
酒精灯烧制(温度范围:500-700℃),主要考察低温成瓷性和成瓷速度;
马弗炉恒温烧制(温度范围:950℃+15min),主要参考GB/T12666.6的A级标准,即在950~1000℃火焰中燃烧测试试验;
丁烷喷灯烧制(温度范围:>1000℃),主要考察实际火灾高温环境的成瓷性和防火功能。
下面来看看对比结果,大家对上面的几个方面疑问就有答案了,这样的考察也为陶瓷化聚烯烃的研究提供了一些启发和思路,也可以从现有市场产品的角度让本领域产品开发人员反思低温成瓷的必要性、阻燃和耐火兼具备的可能性、陶瓷化聚烯烃材料的耐高温能力等问题。
酒精灯烧制条件下(温度范围:500-700℃):
1#样品:产生严重熔滴现象,烧制5分钟后出现体积收缩(玻璃态物质融化现象),逐步变成半透明状,有一定的结壳和强度,属于玻璃物质,离火不自熄灭;
2#样品:没有熔滴现象,结壳良好,速度快,烧制5分钟后没有出现明显体积收缩,燃烧后物质为黑色状,形状保持良好但没有强度(粉状),离火不自熄灭。
丁烷喷灯烧制条件下(温度范围:>1000℃):
1#样品:严重熔滴现象,体积收缩严重,最后成透明玻璃态;
2#样品:没有熔滴现象,结壳良好,烧制一段时间后有一定体积收缩,燃烧后物质有强度且形状保持较好,但随着着火时间的增加,也慢慢开始体积收缩,着火下的燃烧物为软质(区别与陶瓷化硅橡胶,在1000度以上燃烧后不熔,形状保持良好,不会出现玻璃状收缩)。
马弗炉烧制条件下(温度范围:950℃+15min):
1#样品:形成黑色硬壳,着火条件下为软质(在1000度温度下冷却后虽可以形成硬壳,但在着火条件下为软质,实际火灾环境软质燃烧残余物不能起到隔火隔热功能);
2#样品:上部为粉状,下部为透明玻璃状。
力学性能及加工性能评价:
相信通过上面对陶瓷化聚烯烃材料不同烧制条件的考察,大家对该技术目前存在的问题应该有自己的见解,众一高材也在致力于开发聚烯烃用的陶瓷化填料,但我们不盲从,真正的耐火功能是我们始终关注的重点和努力的方向,共勉之。
成都众一高材科技有限公司是西南地区唯一一家集研发、生产、材料检测为一体的有机硅陶瓷化耐火材料专业制造商,致力于提供有机硅陶瓷化防火材料的整体解决方案,耐火材料产品包括:复合陶瓷化粉(有机硅材料专用,适用有机硅基体含高温胶、液体胶及硅油)、陶瓷化硅橡胶、陶瓷化聚烯烃。