乙二胺磷酸盐及硅氧烷阻燃高密度聚乙烯/三元乙丙橡胶弹性体及作用机理
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“科创甬江 2035”重点研发计划国际科技合作项目(2024H020)


Ethylene Diamine Phosphate and Siloxane Flame Retarded HDPE/EPDM Blends and Mechanism
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    摘要:

    为提升高密度聚乙烯/ 三元乙丙橡胶(HDPE/ EPDM)交联弹性体的阻燃性能,以乙二胺磷酸盐(EDAP)和乙烯基三甲氧基硅烷为阻燃剂,构建了磷-硅协同阻燃体系 HDPE/ EPDM/ 25EDAP/ 1Vsi。 通过热重分析、极限氧指数、垂直燃烧测试、锥形量热、拉伸及体积电阻率测试等手段,研究了该体系对 HDPE/ EPDM 材料热稳定性、阻燃性能、力学及绝缘性能的影响, 并从气相和固相角度探讨了阻燃机理。 结果 表 明, 与 HDPE/ EPDM 相 比, HDPE/ EPDM/25EDAP / 1VSi 不仅热稳定性提高,且 LOI 值提高到 23.0% ,达到 UL94 V-0 级,热释放速率峰值(pHRR)和总热释放量(THR)分别降低了 42.5% 和 22.0% 。 从阻燃机理看,固相中,磷-硅结构协同提高了残炭的抗氧化能力,促进了成炭;气相中,热解产生的含磷自由基和氨气能抑制燃烧。 力学性能方面,HDPE/ EPDM/ 25EDAP/ 1VSi 的拉伸强度和断裂伸长率比 HDPE/ EPDM 分别提高了 4.8% 和 80.5% ,体积电阻率增加 19.8% 。 该磷-硅协同阻燃体系在电线电缆用绝缘及护套材料领域具有良好应用潜力。

    Abstract:

    To enhance the flame retardancy of high-density polyethylene / ethylene propylene diene monomer (HDPE / EPDM) crosslinked elastomers, a phosphorus-silicon synergistic flame retardant system (HDPE / EPDM/ 25EDAP / 1VSi) was constructed using ethylenediamine phosphate ( EDAP) and vinyltrimethoxysilane as flame retardants. The effects of this system on thermal stability, flame retardancy, mechanical properties, and electrical insulation of HDPE / EPDM were investigated through thermogravimetric analysis (TGA), limiting oxygen index (LOI), vertical burning test (UL94), cone calorimetry, tensile testing, and volume resistivity measurements. The flame retardant mechanism was explored from both gas-phase and solid-phase perspectives. The results demonstrate that compared to pure HDPE / EPDM, HDPE / EPDM/ 25EDAP / 1VSi exhibits improved thermal stability, with its LOI value increasing to 23.0% and achieving UL94 V-0 rating. The peak heat release rate (pHRR) and total heat release (THR) are reduced by 42.5% and 22.0% , respectively. Mechanistically, in the solid phase, the phosphorus-silicon structure synergistically enhances the antioxidant capacity of char residue and promotes char formation. In the gas phase, phosphorus-containing radicals and ammonia generated during pyrolysis effectively suppress combustion. Regarding mechanical properties, the tensile strength and elongation at break of HDPE / EPDM/ 25EDAP / 1VSi are increased by 4.8% and 80.5% , respectively, compared to HDPE / EPDM, while the volume resistivity is improved by 19.8% . This phosphorus-silicon synergistic flame retardant system demonstrates significant potential for applications in insulation and sheath materials for wires and cables.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

项赛飞, 吴郑前, 吴金康, 张 艳, 贺锡挺, 应建波, 曹贞虎.乙二胺磷酸盐及硅氧烷阻燃高密度聚乙烯/三元乙丙橡胶弹性体及作用机理[J].高分子材料科学与工程,2026,42(5):120-128. Saifei Xiang, Zhengqian Wu, Jinkang Wu, Yan Zhang, Xiting He, Jianbo Ying, Zhenhu Cao. Ethylene Diamine Phosphate and Siloxane Flame Retarded HDPE/EPDM Blends and Mechanism[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2026,42(5):120-128.

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