El cloruro de polivinilo (PVC) es un plástico termoplástico de uso general. Los fabricantes lo utilizan ampliamente en materiales de construcción debido a sus excelentes propiedades mecánicas, buena resistencia a la corrosión, propiedades antienvejecimiento y retardancia de llama. Aunque el PVC rígido tiene mejores propiedades retardantes de llama que los materiales de PVC blando debido a la pequeña cantidad de plastificante Además, todavía necesita mejoras en términos de retardo de llama y supresión de humo. Esto se debe a que el PVC contiene cloro, que puede producir fácilmente una gran cantidad de gases ácidos nocivos durante la combustión. Los altos precios de la mayoría de los retardantes de llama y su complejo proceso de preparación dificultan la producción en masa, por lo que muy pocos logran una verdadera industrialización. Los retardantes de llama inorgánicos, como el hidróxido de magnesio (MH), no solo desempeñan un papel de refuerzo, sino que también exhiben buenas propiedades de supresión de humo. El vapor de agua y el óxido de magnesio producidos por su descomposición desempeñan un papel retardante de llama y supresor de humo en la fase gaseosa y la fase condensada, respectivamente.
Para estudiar los efectos de un sistema retardante de llama sinérgico compuesto de polvo de hidróxido de magnesio GY-3000, HX-3000, GY-6000 y trióxido de antimonio sobre las propiedades mecánicas y retardantes de llama de materiales de PVC rígido, los investigadores han diseñado la fórmula que se muestra en la siguiente tabla.
| Tabla de formulación del sistema retardante de llama sinérgico de trióxido de antimonio y óxido de zinc | |||||||||||
| Componentes de la formulación | Código de formulación | ||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| CLORURO DE POLIVINILO | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Polvo de zinc (GY-616) | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| Óxido de zinc GY-3000 | – | – | 4 | 8 | 12 | – | – | – | – | – | – |
| Óxido de zinc HX-3000 | – | – | – | – | – | 4 | 8 | 12 | – | – | – |
| Óxido de zinc GY-6000 | – | – | – | – | – | – | – | – | 4 | 8 | 12 |
| Trióxido de antimonio | – | 5 | 4 | 3 | 2 | 4 | 3 | 2 | 4 | 3 | 2 |
| Zinc-Calcio Estabilizador compuesto | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 |
| Ácido esteárico | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| Cera de PE | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| CPE | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| Director de fotografía | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Parámetros físicos básicos del óxido de zinc GY-3000, HX-3000, GY-6000 | |||||
| Marca | D50 (μm) | D97 (μm) | Área de superficie específica (m²/g) | Blancura (°) | Valor de absorción de aceite (mL/100g) |
| GY-3000 | 3.538 | 11.16 | 12.566 | 92 | 34 |
| HX-3000 | 3.564 | 11.25 | 11.864 | 92 | 28 |
| GY-6000 | 1.37 | 3.596 | 20.877 | 95 | 36 |
Los investigadores mezclan los materiales según las proporciones de la tabla de fórmulas y los colocan en el cilindro de la extrusora. Luego, la extrusora procesa la mezcla en láminas delgadas de 5 mm a 180 ℃-195 ℃. Luego, los investigadores las cortan en tamaños correspondientes para muestras de índice de oxígeno (80 mm × 10 mm × 5 mm), densidad de humo (25 mm × 25 mm × 3 mm), resistencia a la tracción (150 mm × 10 mm × 5 mm) e impacto (80 mm × 10 mm × 5 mm).
Los investigadores miden el tamaño de las partículas y la distribución del polvo utilizando un analizador láser de tamaño de partículas. Analizan el área de superficie específica utilizando un medidor de área de superficie BET.
Blancura:Probado de acuerdo con la norma GB/T 5950-2008.
Absorción de aceite:Probado de acuerdo con la norma DB/T 5211.15-2014.
Los resultados de las pruebas experimentales son los siguientes:
| Fórmula | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Resistencia a la tracción (Mpa) | 27.35 | 28.28 | 24.71 | 18.84 | 25.33 | 27.88 | 26.95 | 27.10 | 26.02 | 28.21 | 28.93 |
| Resistencia al impacto (Mpa) | 3.27 | 4.55 | 4.00 | 3.20 | 2.81 | 3.99 | 3.90 | 4.13 | 3.18 | 4.18 | 5.43 |
| Índice de oxígeno LOI (%) | 36.80 | 43.80 | 46.80 | 47.60 | 46.60 | 46.20 | 46.40 | 45.60 | 45.80 | 46.80 | 47.00 |
| Densidad máxima de humo (%) | 93.61 | 84.98 | 82.45 | 75.75 | 72.48 | 80.69 | 84.29 | 75.48 | 84.14 | 89.23 | 74.64 |
| Nivel de densidad del humo | 68.25 | 64.75 | 63.52 | 61.97 | 55.31 | 62.78 | 65.48 | 61.92 | 67.24 | 64.41 | 61.74 |
Índice de oxígeno:Probado de acuerdo con la norma GB/T 2406.2-2009.
Densidad del humo:Probado de acuerdo con el estándar GB/T 8627-2007.
Propiedades mecánicas:Se llevaron a cabo pruebas de propiedades de tracción plástica y de resistencia al impacto de vigas en voladizo de acuerdo con la norma GB/T 1040.1-2006 y la norma GB/T 1843-2008.
Como se puede observar en la tabla, la resistencia a la tracción sin ningún retardante de llama es de 27,3 MPa, y la resistencia a la tracción del PVC con Sb₂O₃ añadido solo mejora ligeramente hasta 28,3 MPa. La adición de MH a GY-3000 da como resultado una ligera disminución de la resistencia a la tracción del producto. La resistencia a la tracción de HX-3000 no disminuye, y la resistencia a la tracción de la fórmula n.º 5 (que reemplaza 1 parte de Sb₂O₃ con 4 partes de MH) es de 27,8 MPa. Esto indica que la compatibilidad de HX-3000 con PVC mejora después del tratamiento de la superficie, mejorando así las propiedades mecánicas.
Cuando se añaden 4 partes de GY-6000 al material compuesto de MH, la resistencia a la tracción disminuye, pero a medida que aumenta la cantidad de MH añadida, la resistencia a la tracción aumenta gradualmente, alcanzando un máximo de 28,9 MPa. Esto es significativamente más alto que en otras fórmulas, lo que sugiere que el tamaño de partícula más pequeño de MH aumenta su área de contacto con el PVC, lo que conduce a un mejor rendimiento de tracción.
Como se puede ver en la tabla, la resistencia al impacto sin ningún retardante de llama es de 3,27 MPa, y la resistencia al impacto del PVC con Sb₂O₃ añadido solo se convierte significativamente en 4,55 MPa. La adición de 4 partes de GY-3000 al material compuesto MH aumenta en gran medida la resistencia al impacto a 4 MPa. Sin embargo, a medida que el contenido continúa aumentando, la resistencia al impacto del material compuesto disminuye. La resistencia al impacto del HX-3000 activo aumenta significativamente, alcanzando 4,13 MPa, lo que demuestra que el tratamiento de la superficie mejora eficazmente las propiedades mecánicas. La resistencia al impacto del material compuesto MH GY-6000 muestra el mayor aumento. Con más MH añadido, la resistencia al impacto aumenta rápidamente, alcanzando un máximo de 5,42 MPa, que es significativamente más alto que otras fórmulas. Esto sugiere que el tamaño de partícula más fino conduce a un efecto de endurecimiento de microesferas mejorado, mejorando en gran medida la tenacidad al impacto.
Los datos del índice de oxígeno de la tabla muestran que la adición de hidróxido de magnesio mejora significativamente el índice de oxígeno del material compuesto de PVC. La adición de 8 partes de GY-3000 aumenta el índice de oxígeno hasta un máximo de 47,6%. El índice de oxígeno del HX-3000 fue ligeramente inferior. Esto puede deberse al efecto del surfactante en la superficie exterior, pero sigue siendo superior al del PVC sin ningún retardante de llama. Al añadir más GY-6000, el índice de oxígeno aumenta, alcanzando un máximo de 47%.
Los datos de supresión de humo muestran que la adición de retardantes de llama reduce significativamente el nivel de densidad de humo del material compuesto de PVC. El uso de Sb₂O₃ solo reduce la densidad máxima de humo a 85%, mientras que GY-3000 proporciona el mejor efecto de supresión de humo. A medida que aumenta la cantidad de GY-3000, su efecto de supresión de humo continúa mejorando, reduciendo la densidad mínima de humo a 72,5%. Los efectos de supresión de humo de HX-3000 y GY-6000 son ligeramente inferiores a los de GY-3000, siendo los valores mínimos de densidad máxima de humo 75,48% y 74,64%, respectivamente.
Conclusión
Al estudiar las propiedades ignífugas, de supresión de humo y mecánicas de los materiales compuestos de hidróxido de magnesio con diferentes tipos y componentes, las conclusiones son las siguientes:
El índice de oxígeno de los materiales compuestos de PVC con la adición de hidróxido de magnesio mejora significativamente. Cuando se añaden 8 partes de GY-3000, el índice de oxígeno alcanza un máximo de 47,6%. Cuanto más GY-6000 se añade, mayor es el índice de oxígeno, llegando a un máximo de 47%.
El GY-3000 tiene el mejor efecto de supresión de humo. A medida que aumenta la cantidad de GY-3000 agregada, el efecto de supresión de humo continúa mejorando, y la densidad mínima de humo disminuye a 72,51 TP3T. Los efectos de supresión de humo de HX-3000 y GY-6000 son ligeramente inferiores a los de GY-3000, con densidades mínimas y máximas de humo de 75,51 TP3T y 74,61 TP3T, respectivamente.
La resistencia a la tracción y la resistencia al impacto del material compuesto con 12 partes de GY-6000 MH añadidas son las más altas, alcanzando 28,9 MPa y 5,4 MPa, respectivamente.
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