Policloreto de vinila (PVC) é um plástico termoplástico de uso geral. Os fabricantes o usam amplamente em materiais de construção devido às suas excelentes propriedades mecânicas, boa resistência à corrosão, propriedades antienvelhecimento e retardamento de chamas. Embora o PVC rígido tenha melhores propriedades retardantes de chamas do que os materiais de PVC macio devido à pequena quantidade de plastificante adicionado, ainda precisa de melhorias em termos de retardamento de chama e supressão de fumaça. Isso porque o PVC contém cloro, que pode facilmente produzir uma grande quantidade de gases ácidos prejudiciais durante a combustão. Os altos preços da maioria dos retardantes de chama e seu complexo processo de preparação dificultam a produção em massa, então muito poucos alcançam a verdadeira industrialização. Retardantes de chama inorgânicos, como hidróxido de magnésio (MH), não apenas desempenham um papel de reforço, mas também exibem boas propriedades de supressão de fumaça. O vapor de água e o óxido de magnésio produzidos por sua decomposição desempenham um papel de retardante de chama e supressão de fumaça na fase gasosa e na fase condensada, respectivamente.
Para estudar os efeitos de um sistema retardante de chamas sinérgico composto por pó de hidróxido de magnésio GY-3000, HX-3000, GY-6000 e trióxido de antimônio nas propriedades mecânicas e retardantes de chamas de materiais rígidos de PVC, os pesquisadores desenvolveram a fórmula mostrada na tabela a seguir.
| Tabela de formulação do sistema retardante de chamas sinérgico de trióxido de antimônio e óxido de zinco | |||||||||||
| Componentes da formulação | Código de Formulação | ||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| PVC | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Pó de zinco (GY-616) | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| Óxido de Zinco GY-3000 | – | – | 4 | 8 | 12 | – | – | – | – | – | – |
| Óxido de Zinco HX-3000 | – | – | – | – | – | 4 | 8 | 12 | – | – | – |
| Óxido de Zinco GY-6000 | – | – | – | – | – | – | – | – | 4 | 8 | 12 |
| Trióxido de antimônio | – | 5 | 4 | 3 | 2 | 4 | 3 | 2 | 4 | 3 | 2 |
| Zinco-Cálcio Estabilizador Composto | 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 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 |
| Documento de trabalho | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Parâmetros físicos básicos do óxido de zinco GY-3000, HX-3000, GY-6000 | |||||
| Marca | D50 (μm) | D97 (μm) | Área de superfície específica (m²/g) | Brancura (°) | Valor de absorção de óleo (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 |
Os pesquisadores misturam os materiais de acordo com as proporções na tabela de fórmulas e os colocam no cilindro da extrusora. A extrusora então processa a mistura em folhas finas de 5 mm a 180℃-195℃. Então os pesquisadores as cortam em tamanhos correspondentes para amostras de índice de oxigênio (80 mm × 10 mm × 5 mm), densidade de fumaça (25 mm × 25 mm × 3 mm), resistência à tração (150 mm × 10 mm × 5 mm) e impacto (80 mm × 10 mm × 5 mm).
Os pesquisadores medem o tamanho das partículas e a distribuição do pó usando um analisador de tamanho de partículas a laser. Eles testam a área de superfície específica usando um medidor de área de superfície BET.
Brancura: Testado de acordo com a norma GB/T 5950-2008.
Absorção de óleo: Testado de acordo com a norma DB/T 5211.15-2014.
Os resultados dos testes experimentais são os seguintes:
| Fórmula | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Resistência à Tração (Mpa) | 27.35 | 28.28 | 24.71 | 18.84 | 25.33 | 27.88 | 26.95 | 27.10 | 26.02 | 28.21 | 28.93 |
| Resistência ao 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 oxigênio LOI (%) | 36.80 | 43.80 | 46.80 | 47.60 | 46.60 | 46.20 | 46.40 | 45.60 | 45.80 | 46.80 | 47.00 |
| Densidade Máxima de Fumaça (%) | 93.61 | 84.98 | 82.45 | 75.75 | 72.48 | 80.69 | 84.29 | 75.48 | 84.14 | 89.23 | 74.64 |
| Nível de densidade de fumaça | 68.25 | 64.75 | 63.52 | 61.97 | 55.31 | 62.78 | 65.48 | 61.92 | 67.24 | 64.41 | 61.74 |
Índice de oxigênio: Testado de acordo com a norma GB/T 2406.2-2009.
Densidade da fumaça: Testado de acordo com a norma GB/T 8627-2007.
Propriedades mecânicas: Os testes de propriedades de tração do plástico e de resistência ao impacto da viga em balanço foram realizados de acordo com as normas GB/T 1040.1-2006 e GB/T 1843-2008.
Conforme visto na tabela, a resistência à tração sem qualquer retardante de chama é de 27,3 MPa, e a resistência à tração do PVC com Sb₂O₃ adicionado sozinho é ligeiramente melhorada para 28,3 MPa. Adicionar MH ao GY-3000 resulta em uma ligeira diminuição na resistência à tração do produto. A resistência à tração do HX-3000 não diminui, e a resistência à tração da fórmula nº 5 (que substitui 1 parte de Sb₂O₃ por 4 partes de MH) é de 27,8 MPa. Isso indica que a compatibilidade do HX-3000 com o PVC é melhorada após o tratamento de superfície, aumentando assim as propriedades mecânicas.
Quando 4 partes de GY-6000 são adicionadas ao material composto de MH, a resistência à tração diminui, mas conforme a quantidade de MH adicionada aumenta, a resistência à tração aumenta gradualmente, atingindo um máximo de 28,9 MPa. Isso é significativamente maior do que em outras fórmulas, sugerindo que o tamanho menor de partícula de MH aumenta sua área de contato com PVC, levando a um desempenho de tração aprimorado.
Como visto na tabela, a resistência ao impacto sem qualquer retardante de chama é de 3,27 MPa, e a resistência ao impacto do PVC com Sb₂O₃ adicionado sozinho torna-se significativamente 4,55 MPa. Adicionar 4 partes de GY-3000 ao material composto MH aumenta muito a resistência ao impacto para 4 MPa. No entanto, à medida que o conteúdo continua a aumentar, a resistência ao impacto do material composto diminui. A resistência ao impacto do HX-3000 ativo é significativamente aumentada, atingindo 4,13 MPa, mostrando que o tratamento de superfície melhora efetivamente as propriedades mecânicas. A resistência ao impacto do material composto GY-6000 MH mostra o maior aumento. Com mais MH adicionado, a resistência ao impacto aumenta rapidamente, atingindo um máximo de 5,42 MPa, o que é significativamente maior do que outras fórmulas. Isso sugere que o tamanho de partícula mais fino leva a um efeito de endurecimento de microesferas aprimorado, melhorando muito a resistência ao impacto.
Os dados do índice de oxigênio na tabela mostram que adicionar hidróxido de magnésio melhora significativamente o índice de oxigênio do material composto de PVC. Adicionar 8 partes de GY-3000 aumenta o índice de oxigênio para um máximo de 47,6%. O índice de oxigênio do HX-3000 foi ligeiramente menor. Isso pode ser devido ao efeito do surfactante na superfície externa, mas ainda é maior do que o PVC sem qualquer retardante de chama. Adicionar mais GY-6000, o índice de oxigênio aumenta, atingindo um máximo de 47%.
Os dados de supressão de fumaça mostram que a adição de retardantes de chama reduz significativamente o nível de densidade de fumaça do material composto de PVC. Usar Sb₂O₃ sozinho reduz a densidade máxima de fumaça para 85%, enquanto o GY-3000 fornece o melhor efeito de supressão de fumaça. À medida que a quantidade de GY-3000 aumenta, seu efeito de supressão de fumaça continua a melhorar, reduzindo a densidade mínima de fumaça para 72,5%. Os efeitos de supressão de fumaça do HX-3000 e do GY-6000 são ligeiramente inferiores aos do GY-3000, com os valores mínimos de densidade máxima de fumaça sendo 75,48% e 74,64%, respectivamente.
Conclusão
Ao estudar as propriedades retardantes de chama, supressão de fumaça e mecânicas de materiais compósitos de hidróxido de magnésio com diferentes tipos e componentes, as conclusões são as seguintes:
O índice de oxigênio de materiais compostos de PVC com a adição de hidróxido de magnésio é significativamente melhorado. Quando adicionadas 8 partes de GY-3000, o índice de oxigênio atinge um máximo de 47,6%. Quanto mais GY-6000 adicionado, maior o índice de oxigênio, com o índice máximo de oxigênio atingindo 47%.
O GY-3000 tem o melhor efeito de supressão de fumaça. Conforme a quantidade de GY-3000 adicionada aumenta, o efeito de supressão de fumaça continua a melhorar, com a densidade mínima de fumaça caindo para 72,5%. Os efeitos de supressão de fumaça do HX-3000 e do GY-6000 são ligeiramente menores do que os do GY-3000, com densidades mínimas máximas de fumaça de 75,5% e 74,6%, respectivamente.
A resistência à tração e a resistência ao impacto do material compósito com 12 partes de GY-6000 MH adicionadas são as mais altas, atingindo 28,9 MPa e 5,4 MPa, respectivamente.
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