光固化膨胀阻燃涂层的制备及交联聚乙烯的热老化与机理的研究

摘要

本论文针对用于电线电缆的聚乙烯树脂高耐热高阻燃的要求，一方面研究了抗氧剂的种类和分子量对XLPE热老化进程的影响，揭示了抗氧剂的分子量和分子结构对延缓XLPE老化的重要性;另一方面研究了高膨胀阻燃涂层的阻燃特性和热解特性的影响因素，揭示涂层组成、结构与性能内在本质关系;同时优化阻燃体系，初步探讨其用于XLPE防火保护的可行性。主要研究工作如下:
　　 (1)从膨胀阻燃体系的要素出发，首先用两种光活性单体三（丙烯酰氧基乙基）磷酸酯(TAEP)和三聚氰胺丙烯酸酯(MAAR)制备了磷氮体系的高膨胀阻燃涂层。通过对燃烧性能以及碳渣形貌的表征发现当TAEP与MAAR的质量比为2/1时，燃烧时可以形成表面致密、内部有许多大尺寸的薄壁泡孔结构的高膨胀炭层。通过对阻燃涂层的热解过程的研究发现固化膜的热解有着自己的独特性:含磷部分对气源部分的降解有着明显的催化作用;多种可燃气体甚至毒性气体CO的生成量比两者单独生成的都低。但所形成的高膨胀炭层在高温下仍有不少被氧化降解。为此，我们又制备了含磷氮硅和磷氮硼的阻燃涂层。通过对燃烧性能研究发现当涂层有合适的磷氮硅比或者磷氮硼比时，燃烧时既能形成高膨胀的蜂窝状炭层，又能够有效提高炭层的机械强度。对它们热解过程的研究发现含硅和含硼陶瓷前驱体的加入均对膨胀阻燃涂层的热解性能造成显著影响:炭渣在高温下的耐氧化性显著提高;多种气体的释放量显著降低;均可以有效抑制有毒气体CO的释放。
　　 (2)基于延缓抗氧剂的物理损失以及化学消耗的理念，首先研究了不同分子量的受阻酚类抗氧剂对XLPE老化进程的影响，发现受阻酚类抗氧剂分子量越高，XLPE的老化进程越缓慢。其次研究了不同辅助抗氧剂与主抗氧剂1010复配稳定的XLPE的老化进程，发现硫醚类与受阻酚类抗氧剂的协同抗氧效果远比亚磷酸酯类与受阻酚类之间的协同效果好。第三，合成了一种高分子量的含硫受阻酚抗氧剂，并将其对XLPE的稳定效果与工业上两种同类抗氧剂进行比较，发现对于该类抗氧剂，硫原子的化学环境十分关键，不直接键接在受阻酚的对位上的或者直接与两个受阻酚相连的抗氧剂有较好的耐辐照性，其稳定的XLPE也体现出较高耐老化性。
　　 (3)基于前面对高膨胀阻燃涂层的研究，将TAEP/MAAR/SiMA体系用于XLPE的防火保护中。锥形量热仪结果表明TAEP/MAAR/SiMA体系对XLPE有一定的防火保护作用，受热时可以有效生成高膨胀蜂窝状的炭层，对质量和热量的传递有较好的延迟效应。但由于XLPE与涂层或者膨胀炭层在受热时变形程度差异较大，导致了涂层或者炭层破裂，引发了其保护的XLPE燃烧，结果是总热释放量和质量损失程度相差无几。
　　 (4)为了说明本论文所制备的阻燃耐热XLPE电缆料的优点，我们将高膨胀阻燃涂层涂覆的高耐热XLPE的性能与氢氧化铝阻燃的XLPE的性能进行比较，发现氢氧化铝阻燃的XLPE的力学性能、体积电阻率、耐热老化性明显恶化，原因在于大量无机粉体的加入导致了界面问题的产生。另外，虽然膨胀阻燃涂层处理的XLPE的总惹释放量与纯XLPE相差无几，但其热释放和质量损失更为缓和。

目录

声明

摘要

缩略语中英文对照表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 交联改性技术的研究进展

1．3 抗氧剂的研究概况

1．3．1 碳自由基捕捉剂

1．3．2 烷基过氧自由基捕捉剂

1．3．3 氢过氧化物分解剂

1．3．3 金属粒子钝化剂

1．3．4 抗氧剂效能的影响因素

1．4 聚乙烯阻燃研究的新思路-有机膨胀阻燃涂层

1．5 紫外光固化阻燃防火涂层

1．5．1 有机磷光固化体系

1．5．2 有机氮光固化体系

1．5．3 有机硅光固化体系

1．5．4 有机硼阻燃体系

1．5．5 有机膨胀光固化体系

1．5 本论文的研究思路、研究内容和意义

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究思路和研究内容

参考文献

第二章 光固化膨胀阻燃涂层的制备及阻燃、热解性能研究

2．1 引言

2．2 磷氮系光固化膨胀阻燃涂层的制备及阻燃、热解性能研究

2．2．1 概述

2．2．2 实验部分

2．2．3 结果与讨论

2．2．4 本节小结

2．3 陶瓷前驱体对膨胀阻燃涂层阻燃、热解性能的影响

2．3．1 概述

2．3．2 实验部分

2．3．3 结果与讨论

2．3．4 本节小结

2．4 本章小结

参考文献

第三章 抗氧剂的种类、分子结构及分子量对XLPE热老化性能影响研究

3．1 引言

3．2 受阻酚抗氧剂分子量大小对XLPE老化进程的影响研究

3．2．1 概述

3．2．2 实验部分

3．2．3 结果与讨论

3．2．4 本节小结

3．3 辅助抗氧剂的种类及分子量大小对XLPE老化进程影响研究

3．3．1 概述

3．3．2 实验部分

3．3．3 结果与讨论

3．3．4 本节小结

3．4 含硫受阻酚抗氧剂的结构及分子量对XLPE老化的影响

3．4．1 概述

3．4．2 实验部分

3．4．3 结果与讨论

3．4．4 本节小结

3．5 本章小结

参考文献

第四章 高膨胀阻燃涂层在XLPE中的应用研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料

4．2．2 火焰法处理XLPE表面

4．2．3 XLPE表面涂层的制备手段

4．2．4 表征手段

4．3 结果与讨论

4．3．1 XLPE表面极性提高方法及表征

4．3．2 阻燃性能

4．4 本章小结

参考文献

第五章 氢氧化铝和涂层阻燃的XLPE的各性能比较

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 原料

5．2．2 氢氧化铝阻燃的XLPE的制备

5．2．3 表征手段

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同的阻燃方式对XLPE力学性能的影响

5．3．2 不同的阻燃方式对XLPE热老化性能的影响

5．3．3 不同的阻燃方式对XLPE体积电阻率的影响

5．3．4 不同的阻燃方式对XLPE燃烧性能的影响

5．4 本章小结

第六章 全文总结、创新之处及进一步工作展望

6．1 本论文工作总结

6．2 本论文的创新之处

6．3 本论文的不足之处

6．4 进一步工作展望

致谢

博士期间发表的学术论文