ポリ塩化ビニル（PVC）は、熱可塑性の汎用プラスチックです。優れた機械的特性、優れた耐腐食性、耐老化性、難燃性のため、メーカーは建築材料に広く使用しています。硬質PVCは、含有量が少ないため、軟質PVC材料よりも難燃性に優れていますが、 可塑剤 しかし、難燃性と煙抑制の面ではまだ改善の余地があります。これは、PVC には塩素が含まれており、燃焼時に大量の有害な酸性ガスが発生しやすいためです。ほとんどの難燃剤は価格が高く、製造プロセスが複雑なため、大量生産が難しく、真の意味での工業化に至ったものはほとんどありません。水酸化マグネシウム (MH) などの無機難燃剤は、補強の役割を果たすだけでなく、優れた煙抑制特性も示します。分解によって生成された水蒸気と酸化マグネシウムは、それぞれガス相と凝縮相で難燃性と煙抑制の役割を果たします。
GY-3000、HX-3000、GY-6000 水酸化マグネシウム粉末、三酸化アンチモンからなる相乗的な難燃剤システムが硬質 PVC 材料の機械的特性と難燃性に及ぼす影響を研究するために、研究者らは次の表に示す処方を設計しました。
| 三酸化アンチモンと酸化亜鉛の相乗難燃システムの配合表 | |||||||||||
| 配合成分 | 処方コード | ||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| ポリ塩化ビニル | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 亜鉛粉末（GY-616） | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 酸化亜鉛 GY-3000 | – | – | 4 | 8 | 12 | – | – | – | – | – | – |
| 酸化亜鉛 HX-3000 | – | – | – | – | – | 4 | 8 | 12 | – | – | – |
| 酸化亜鉛 GY-6000 | – | – | – | – | – | – | – | – | 4 | 8 | 12 |
| 三酸化アンチモン | – | 5 | 4 | 3 | 2 | 4 | 3 | 2 | 4 | 3 | 2 |
| 亜鉛-カルシウム 複合スタビライザー | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 |
| ステアリン酸 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| PEワックス | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| コア | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 撮影監督 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 酸化亜鉛 GY-3000、HX-3000、GY-6000 の基本的な物理的パラメータ | |||||
| ブランド | D50（μm） | D97（μm） | 比表面積（m²/g） | 白さ（°） | 油吸収値（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 |
研究者は配合表の比率に従って材料を混合し、押出機バレルに入れます。次に、押出機は混合物を180℃～195℃で5mmの薄いシートに加工します。その後、研究者はそれを酸素指数（80mm×10mm×5mm）、煙密度（25mm×25mm×3mm）、引張強度（150mm×10mm×5mm）、衝撃（80mm×10mm×5mm）のサンプルに適したサイズにカットします。
研究者はレーザー粒度分析装置を使用して粉末の粒度と分布を測定します。また、BET 表面積計を使用して比表面積をテストします。
白さ: GB/T 5950-2008規格に準拠してテスト済み。
油吸収: DB/T 5211.15-2014 規格に準拠してテスト済み。
実験テストの結果は次のとおりです。
| 式 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 引張強度（Mpa） | 27.35 | 28.28 | 24.71 | 18.84 | 25.33 | 27.88 | 26.95 | 27.10 | 26.02 | 28.21 | 28.93 |
| 衝撃強度（Mpa） | 3.27 | 4.55 | 4.00 | 3.20 | 2.81 | 3.99 | 3.90 | 4.13 | 3.18 | 4.18 | 5.43 |
| 酸素指数LOI（%） | 36.80 | 43.80 | 46.80 | 47.60 | 46.60 | 46.20 | 46.40 | 45.60 | 45.80 | 46.80 | 47.00 |
| 最大煙濃度（%） | 93.61 | 84.98 | 82.45 | 75.75 | 72.48 | 80.69 | 84.29 | 75.48 | 84.14 | 89.23 | 74.64 |
| 煙の濃度レベル | 68.25 | 64.75 | 63.52 | 61.97 | 55.31 | 62.78 | 65.48 | 61.92 | 67.24 | 64.41 | 61.74 |
酸素指数: GB/T 2406.2-2009 規格に準拠してテスト済み。
煙の密度: GB/T 8627-2007 規格に準拠してテスト済み。
機械的性質: GB/T 1040.1-2006規格およびGB/T 1843-2008規格に準拠して、塑性引張特性および片持ち梁衝撃強度試験を実施しました。
表からわかるように、難燃剤を添加していない場合の引張強度は27.3MPaですが、Sb₂O₃のみを添加したPVCの引張強度は28.3MPaとわずかに向上しています。GY-3000にMHを添加すると、製品の引張強度がわずかに低下します。HX-3000の引張強度は低下せず、配合番号5（Sb₂O₃ 1部をMH 4部に置き換えたもの）の引張強度は27.8MPaです。これは、表面処理後にHX-3000とPVCの相溶性が向上し、機械的特性が向上することを示しています。
MH複合材料にGY-6000を4部添加すると引張強度は低下しますが、添加するMHの量が増えるにつれて引張強度は徐々に増加し、最大28.9MPaに達します。これは他の配合に比べて大幅に高い値であり、MHの粒子サイズが小さいためPVCとの接触面積が増加し、引張性能が向上したことを示しています。
表からわかるように、難燃剤なしの衝撃強度は3.27 MPaですが、Sb₂O₃のみを添加したPVCの衝撃強度は4.55 MPaと大幅に向上しています。MH複合材料にGY-3000を4部添加すると、衝撃強度は4 MPaに大幅に向上します。しかし、含有量が増え続けると、複合材料の衝撃強度は低下します。活性HX-3000の衝撃強度は大幅に向上し、4.13 MPaに達し、表面処理により機械的特性が効果的に向上していることがわかります。GY-6000 MH複合材料の衝撃強度は最大の増加を示しています。MHをさらに添加すると、衝撃強度は急速に増加し、最大5.42 MPaに達し、他の配合よりも大幅に高くなっています。これは、粒子サイズが細かくなるとマイクロスフィアの強化効果が向上し、衝撃靭性が大幅に向上することを示唆しています。
表の酸素指数データから、水酸化マグネシウムを添加すると、PVC複合材料の酸素指数が大幅に向上することがわかります。GY-3000を8部添加すると、酸素指数は最大47.6%に増加します。HX-3000の酸素指数はわずかに低くなりました。これは、外表面の界面活性剤の影響によるものと考えられますが、難燃剤を含まないPVCよりも依然として高くなっています。GY-6000をさらに添加すると、酸素指数が増加し、最大47%に達します。
煙抑制データによると、難燃剤を添加すると、PVC 複合材料の煙密度レベルが大幅に低下します。Sb₂O₃ のみを使用すると、最大煙密度が 85% に低下しますが、GY-3000 は最高の煙抑制効果を発揮します。GY-3000 の量が増えるにつれて、煙抑制効果は向上し続け、最小煙密度が 72.5% に低下します。HX-3000 と GY-6000 の煙抑制効果は GY-3000 よりもわずかに低く、最小最大煙密度値はそれぞれ 75.48% と 74.64% です。
結論
さまざまなタイプと成分の水酸化マグネシウム複合材料の難燃性、煙抑制性、および機械的特性を研究した結果、次の結論が得られました。
水酸化マグネシウムを添加すると、PVC複合材料の酸素指数が大幅に向上します。GY-3000を8部添加すると、酸素指数は最大47.6%に達します。GY-6000の添加量が増えるほど、酸素指数は大きくなり、最大酸素指数は47%に達します。
GY-3000は最も優れた煙抑制効果を発揮します。GY-3000の添加量が増えるにつれて、煙抑制効果は向上し続け、最小煙密度は72.5%まで低下します。HX-3000とGY-6000の煙抑制効果はGY-3000よりもわずかに低く、最小最大煙密度はそれぞれ75.5%と74.6%です。
GY-6000 MHを12部添加した複合材料の引張強度と衝撃強度は最も高く、それぞれ28.9 MPaと5.4 MPaに達します。
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