无机矿物无毒阻燃填料及其在复合材料中的应用

第一篇：无机矿物无毒阻燃填料及其在复合材料中的应用

中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

无机矿物无毒阻燃填料及其在复合材料中的应用

摘要：文章主要介绍主要无机阻燃剂的类型、性质以及不同阻燃剂的阻燃机制，同时介绍主要的无机矿物阻燃剂及在复合材料中的应用。

关键字：无机矿物

阻燃

复合材料

1概述

1.1阻燃剂

按阻燃剂与被阻燃材料的关系，阻燃剂可分为添加型和反应型两大类。前者与基材中的其他组分不发生化学反应，只是以物理方式分散于基材中，多用于热塑性高聚物。后者作为高聚物的单体，或者作为付诸实际而参与合成高聚物的化学反应，最后成为高聚物的结构单元，多用于热固性高聚物。

阻燃剂是在20世纪50年代后期随高分子材料的兴起而逐渐发展起来的。高分子材料作为三大支柱性材料之一已经广泛应用到国民经济和日常生活的各个方面，但是由于大多数高分子材料都是易燃的，接连不断的火灾给人们带来灾难性的伤害，因此各国对高分子材料的阻燃问题给予高度重视，制定出越来越严格和阻燃相关的法律法规。随着多种类型的阻燃剂相继出现，阻燃材料的研究也越来越深入。我国的阻燃科学起步较晚，从60年代开始发展，直到80年代得以加速。且主要以卤系阻燃为主，约占整个阻燃剂的80%。而目前国外的阻燃剂以无机体系为主，占总体的50%一60%，并且主要以氢氧化镁、氢氧化铝为主，如表1所示。

表1国内外不同种类的阻燃剂所占比例对比

单位

% 研究发现，火灾发生时造成人员伤亡的致命因素是材料燃烧产生的浓厚烟雾和有毒的腐蚀性气体。据报道，美国近几年发生的大火灾中，死亡者80%是因有毒烟雾窒息而死的。2000年12月25日，河南洛阳东都商厦特大火灾中遇难的309人，几乎都是遭到室内装饰材料燃烧生成的有毒气体和烟雾伤害而中毒或者窒息身亡的，可见材料燃烧产生毒烟问题的严重性。因此，材料的抑烟有时比阻燃更重要。近年来，在研究、选择和评价阻燃剂与阻燃材料时，低毒性、低成烟性也成为两个 中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

重要的指标。特别是多澳二苯醚类阻燃剂产生的“二嗯英问题”，欧洲阻燃协会已经提出了禁用多澳二苯醚的法案，荷兰首先实施，其它国家如德国开始仿效，《欧盟电子电机中危害物禁用指令》从2006年7月1日全面禁止PBB等澳系阻燃剂在电子产品中的使用。卤系阻燃因其用量少、阻燃效率高且实用范围广，成为市场的主流，但阻燃的同时也产生大量的腐蚀性和有毒气体，由此引发的二嗯英(Dioxin)问题得到人们的广泛关注。自欧盟2003年2月颁布了关于《限制有害物质》(RoHs)之后，含卤阻燃剂的使用受到了很大的冲击。因此，有必要开发燃烧时发烟量低，且不产生有毒、腐蚀性气体，环境友好的新型高效阻燃剂。

一般阻燃剂按其化学成分可以分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两大类。无机阻燃剂

2.1氢氧化镁(MH)氢氧化镁Mg(OH)2，白色固体粉末，不溶于碱性物质，受热分解为氧化镁和水，340°C时为初始分解温度，430°C左右分解速度最快，到490°C时己经完全分解。氢氧化镁晶体属于+2价金属水合物族，晶体结构是层状的CdI2型，形成连续的六边形，Mg和OH层互相重叠，1个镁离子被6个氢氧根离子配合，形成Mg(OH)6八面体。标准状态下：

Mg(OH)2(s)→MgO(s)+H2O(g)；△

H=81.0KJ/mol

氢氧化镁是当前公认具有填充、阻燃和抑烟三重功能的化学助剂，具有无毒、无腐蚀和低价等优点。氢氧化镁的高温分解反应为吸热反应，当高分子材料燃烧时，可吸收部分燃烧热，燃烧时Mg(OH)2释放出大量的水蒸气可稀释高分子材料中可燃性气体的浓度，燃烧产生的金属氧化物是炭层的主要成分，可延缓热量及氧气进入被阻燃聚合物材料的基体中。因而氢氧化镁的加入可延缓阻燃高聚的热降解速度，减慢和抑制高聚物的燃烧，并促进炭化和抑烟。但氢氧化镁在阻燃高分子材料时，要想达到理想的阻燃效果，添加量是很大的，这将严重的影响高分子材料的物理机械性能。

2.2氢氧化铝(ATH)氢氧化铝又称为氧化铝的水合物，有三水合氧化铝A12O3·3H2O(即Al(OH)3)和一水合氧化铝A12O3·H2O(即AlO(OH))。但在这些化合物的本身晶格沙中并不含有水分子，只是在加热时，才会分解成水和氧化铝，这一点与所有的水合物的性质是相同的。氢氧化铝是典型的两性氢氧化物，它既能溶于强酸，又能溶于强碱，分别生成铝盐溶液和偏铝酸盐溶液。氢氧化铝可用来制备铝盐，作为吸附剂、媒染剂和离子交换剂，也用于作耐火材料、防火布等的原料。

氢氧化铝是用量最大和应用最广的无机阻燃添加剂。氢氧化铝作为阻燃剂不仅能阻燃，而且可以防止发烟、不产生滴下物、不产生有毒气体，因此，获得较广泛的应用，使用量也在逐年增加。

2+

-中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

使用范围:热固性塑料、热塑性塑料、合成橡胶、涂料及建材等行业。氢氧化铝集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身。

2.3硼酸锌(BZ)硼酸锌作为阻燃剂，是一种新型的、性能优异的阻燃剂，外观呈白色粉末，熔点为980°C，密度为2.8g/cm，具有热稳定性高、粒度细、体积质量小、易分散、无毒等显著特点，可广泛应用于高层建筑的橡胶配件、地毯、电梯电缆、电器塑料、电缆塑料护套、电视机外壳和零件中。在阻燃酚醛塑料、阻燃涂料、阻燃聚氯乙烯电缆护套中，硼酸锌阻燃剂己达到了较满意的阻燃效果。

硼酸锌在高于300°C时失去结晶水，对阻燃复合材料起到吸热冷却作用。在燃烧过程中，硼酸锌中约有38%以氧化锌或氢氧化锌的形式进入气相，对可燃性气体进行稀释，使材料燃烧速率降低，增加其阻燃性。

2.4聚磷酸铵(APP)聚磷酸铵其聚合度大小可分为低聚、中聚以及高聚三种，其聚合度大小与水溶性密切相关，聚合度越高水溶性越小，反之则水溶性越大。按其结构特点可以分为结晶形和无定形。聚磷酸钱的分子通式为（NH4）（n+2)PnO(3n+1)，当n为10-20时，为水溶性；当n大于20时，为难溶性。按其结构可分为结晶型和无定形型。结晶态聚磷酸按为水不溶性和长链状聚磷酸盐。有I到V型五种变体。聚磷酸钱也属于膨胀型阻燃剂。它是含氮、磷量高、无毒无味、不产生腐蚀气体、吸湿性小、热稳定性高、是一种性能优良的非卤阻燃剂。

2.5红磷(P)红磷，略带棕色或紫红的无定形粉末，具有光泽。密度为2.34g/cm，加热易升华，在43KPa压强下加热至590°C处于熔融。汽化后再凝华可得白磷。难溶于水、二硫化碳、乙醚、液氨等，微溶于无水乙醇，有毒但无气味，燃烧时产生白烟有毒。化学稳定性比白磷差，在常温下稳定，难与氧反应。以还原性为主，约260°C着火。与卤素、硫反应时皆作为还原剂。用于生产安全火柴、有机磷农药、制磷青铜等。

红磷作为阻燃剂，具有抑烟、低毒、高效特征，但红磷在空气中易氧化变质，易自然。长期存放会缓慢释放出磷化氢气体，该气体有剧毒。与高分子材料相容性差，通常不能直接与高分子材料作用，需对其进行表面处理，处理方法主要是微胶囊化。

2.6无机硅(Si)系阻燃剂

无机硅系阻燃剂包括硅酸盐阻燃剂(一种是喷雾干燥硅酸盐(IPS)，另一种是膨胀型硅酸盐(IPG))、硅胶一碳酸钾阻燃体系、阻燃聚合物/无机物纳米复合材料、陶瓷前体聚合物阻燃剂(这类聚合物都是含硅化合物，其中有聚碳硅(PCS)、聚硅苯乙烯(PSS)、倍半硅氧烷(550)等)。

中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

2.7可膨胀石墨

可膨胀石墨是近年出现的一种新型无卤阻燃剂，它是由天然石墨经浓硫酸酸化处理，然后水洗、过滤、干燥后在900-1000°C下膨化制得。可膨胀石墨膨胀的初始温度为220°C左右，一般在220℃开始轻微膨胀，230-280°C迅速膨胀，之后体积可达原来的100多倍，甚至280倍。可膨胀石墨在阻燃过程中起到以下作用:在高聚物表面形成坚韧的炭层，将可燃物与热源隔开;膨胀过程中大量吸热，降低了体系的温度;膨胀过程中，释放夹层中的酸根离子，促进脱水碳化，并能结合燃烧产生的自由基从而中断链反应。可膨胀石墨与磷化合物、金属氧化物复合使用，能产生协同作用，加入很少量就能达到阻燃目的。

3.阻燃机理

含有阻燃剂的材料在燃烧过程中，阻燃剂是在不同反应区内(气相、凝聚相)多方面起作用的。对于不同材料来说，阻燃剂的作用表现也可能不一样。总的来看，阻燃的作用过程就是切断燃烧循环中的某个环节，使燃烧反应不能继续的过程。在一般情况下，物质产生燃烧的必要条件是：可燃物、氧元素和热源，三者缺一不可。因此，只要抑制了三要素之中的任何一个，均可达到阻燃的目的。而阻燃剂之所以具有阻燃效果，其对于燃烧反应的影响表现在下列几个方面：(1)在燃烧反应的热作用下，位于凝聚相内的阻燃剂热分解，而这个分解过程是吸热的，这样可使凝聚相内温度上升减慢，延缓了材料的热分解速度；(2)燃剂受热分解后，释放出所谓的连锁反应自由基阻断剂，使火焰反应在链锁反应的分枝过程中断，减缓了气相反应速度；(3)催化凝聚相热分解固相产物—焦化层或泡沫的形成，加强了这些层状硬壳阻碍热传递的作用，从而使凝聚相温度保持在较低的水平，使气相反应原料(可燃性气体热分解产物)的形成速度降低，起到了“釜底抽薪”的作用；(4)在热作用下，阻燃剂出现吸热性相变，物理性地阻止凝聚相内温度升高。总之，阻燃剂作用表现为多方面，在不同空间内起作用，综合性地使燃烧反应速度变慢或者使反应的引发(热自燃)变得困难，达到抑制、减少火灾危害的目的。

为了预防灾的发生，或发生火灾以后阻止或延缓火灾的发展，往往用阻燃剂对易燃材料进行燃处理，使易燃材料转变成难燃材料或不燃材料，或者仅炭化而不着火、不发烟，或虽炭化、着火和发烟，但燃烧难以扩展。阻燃机理是个复杂的问题，迄今尚有许多现象无法解释，但是在过去三十年中对聚合物的阻燃研究有了很大的发展，一些理论己经被人们普遍接受。一般来说，阻燃机理可以分为以下四种类型：

(1)聚相阻燃机理

高温下阻燃剂在聚合物表面形成凝聚相，通过隔绝空气、阻止热传递、降低可燃性气体释放量 中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

来达到阻燃目的。形成凝聚相隔离膜的方式有两种:一是阻燃剂在燃烧温度下分解成不挥发的玻璃状物质，包覆在聚合物表面，这种致密的保护层起到了隔离膜作用，如硼系和卤化磷类阻燃剂具有这类特征；二是利用阻燃剂的热降解产物促进聚合物表面迅速脱水碳化，形成碳化层，单质炭不产生火焰的蒸发燃烧和分解燃烧，能起到隔热屏蔽作用，避免基体聚合物进一步分解，从而减少了可燃气体的生成量，达到阻燃保护的效果。磷系阻燃剂被认为是凝聚相阻燃机理的典型例子，但是并非所有的磷系阻燃剂均为凝聚相阻燃机理。

(2)自由基捕获机理

在聚合物燃烧过程中，生成的大量游离基促进气相燃烧反应，如能设法捕获并消灭这些游离基，切断自由基链锁反应，就可以控制燃烧，进而达到阻燃的目的。卤系阻燃剂的阻燃机理就属此类[。自由基一般具有很高的能量，反应速度非常快，所以燃烧的程度由自由基的增殖程度而定。当有含卤阻燃剂存在时，则含卤阻燃剂在高温下会分解产生卤化氢，而卤化氢能把自由基捕获，从而将自由基的链锁反应切断，这样聚合物热分解产生的自由基通过上述途径变成了水，既吸收了热量，降低了聚合物的温度，又在聚合物表面留下一层炭化层，从而使火焰熄灭。

(3)冷却机理

阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其它吸热反应时，会降低聚合物表面和燃烧区域的温度，防止热降解，进而减少了可燃性气体的挥发量，最终破坏维持聚合物持续燃烧的条件，达到阻燃目的。氢氧化铝、氢氧化镁及硼类无机阻燃剂颇具代表性。

(4)协同作用机理

将现有的阻燃剂进行复配，使各种阻燃机理共同发生作用，在降低阻燃剂用量的同时可以起到更好的阻燃效果。此外，协同体系还具有成本低、抑烟性好等优点，例如用红磷包覆的氢氧化铝对ABS树脂进行阻燃改性，随着用量的增加ABS氧指数也不断增加，且在一定范围内成线性关系。从燃烧现象看，ABS阻燃性能改善的同时，发烟程度逐步降低，产生的灰粉逐步减少，结炭也越来越好，当包覆红磷用量达到9%时，不仅能使氧指数提高到30.6，而且己经有效抑制了燃烧发展，其效果远大于单用氢氧化铝。

协同作用机理可以表现多种模式，主要表现如下: ①阻燃剂可能产生大量的非燃烧气体，冲淡供给火焰的氧或燃烧所需的可燃气体浓度，从而达到阻燃的目的；②阻燃剂可能增加燃烧体系的热容或使可燃物含量降低到可燃的最低限度水平之下，进而产生阻燃效果；③阻燃剂的热降解可以降低聚合物的表面温度和阻滞聚合物的降解；④燃烧过程中，阻燃剂与基体材料中的某些组分发生反应而转化成陶瓷状的无机炭化层，这种焦化层能够阻滞气相和凝固相的传热与传质，降低了材料的热分解温度，因而有利于材料的阻燃。

中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

另外，聚合物材料的可燃性无疑是和燃烧热密切相关的，材料点燃火焰被移走后，如果有足够的热量释放并返回到材料，使材料继续分解，则燃烧成为自扩展行为。因此人们也期待较低的燃烧热使材料的可燃性降低而难燃性增加。OheMatsanra曾提出燃烧热和聚合物氧指数之间有一定的相互关系，经过阻燃处理的聚合物比未经处理的聚合物燃烧热低。但是也有不同的看法，认为燃烧热和阻燃性之间并不存在令人信服的相互关系，例如具有高燃烧性的硝化纤维具有较低的燃烧热，而自熄级的聚乙烯却有非常高的燃烧热。

4无机矿物无毒阻燃填料分类及应用

4.1水镁石 4.1.1.水镁石简介

水镁石是一种天然矿物，主要成分是Mg(OH)2，是自然界含镁量最高的矿物。水镁石具有层状结构，一般以块状和纤维状形态存在[14]。由于Mg(OH)2是一种近年来快速发展的新型低烟无卤阻燃材料，主要应用于高分子领域中作为一种环保型阻燃剂，替代如磷类、卤类等易产生环境污染的传统阻燃剂。因此，Mg(OH)2无机粉体用作聚合物材料的阻燃剂，兼具填充、阻燃、抑烟、环保、无一次危害等优点，越来越被广泛运用[15-l6]。另外，水镁石在我国蕴藏量很丰富[14]，将其开发成具有高附加值的新型产品具有十分重大的意义。

4.1.2 水镁石阻燃机理

天水镁石的阻燃机理[17]为：水镁石作为一种填料添加到高分子材料中，降低了高分子材料中聚合物可燃材料的含量，提高了材料的热稳定性。

Mg(OH)2发生热分解反应：

反应时大量吸热，降低温度，使材料不易着火；生成MgO沉积在材料表面，起隔绝空气的作用；产生大量水蒸气，消耗大量热量；水蒸气吸收烟雾，起消烟作用。水镁石的结构与Mg(OH)2极为相似，具有无毒、无腐蚀性、稳定性好、不挥发、高温下不产生有毒气体等优点。

4.1.3水镁石在复合材料中应用

表2是纤维水镁石对PP的燃烧效果分析[18]。

中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

表2氧指数及样品（纤维水镁石+聚丙烯）燃烧情况

从表2中可以看出:随着纤维水镁石的加人，氧指数逐渐提高，且无烟出现，在纤维水镁石：聚丙烯为70：100时，已达到了阻燃抑烟效果。

表3为溶解氧(OI)随体系中水镁石添加量的变化情况[19]。从结果可知，水镁石的加入对HDPE的燃烧性能有显著影响。添加50%的水镁石后，材料的OI值从17.7%上升到24.1%，从易燃材料转变为具有自熄性的材料。研究确认，当水镁石的质量分数在60%以下时，尽管随其添加量增加，材料的OI值可进一步上升，但变化的幅度较小；只有当水镁石的质量分数达60%以上时，体系的OI值才有可能发生突变，并最终稳定在27%左右。

表3水镁石对复合体系燃烧性能的影响

卢永定[20]采用化学作用与机械力结合的方法，将天然纤维水镁石剥分到纳米级，并采用有机分散剂将其均匀分散，然后使用常规工业挤出设备制备水镁石纳米纤维/PP复合材料。在这种纳米复合 中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

材料中，纳米纤维均匀分散，与PP高分子材料结合牢固，对即复合材料的性能明显改善。

大连理工大学的丰世凤使用行星式高能球磨机，在球磨过程中加入助剂，制得超细改性水镁石粉。考察了球磨参数及助剂用量对粉体粒度及表面改性效果的影响。使用激光粒度分析、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、活化率测试、接触角测试、沉降时间测试对粉体的粒度、形貌和改性效果进行了表征。结果表明所得水镁石粉体D90由 32.75μm降到1.26μm，且形貌均匀晶型保持完好，在助磨剂添加量为0.2%、表面活性剂添加量为2%时所得超细改性水镁石粉体与原粉相比，活化率提高到98.5%、接触角增大到131度、沉降时间延长到22.5h。

表4水镁石矿处理前后粒度对比

表5水镁石原粉与超细改性水镁石粉的比表面积

图1处理前后水镁石粉的扫描电镜照片

并将超细改性水镁石粉添加到不饱和聚醋树脂中，加入固化助剂，在常温常压下制得水镁石/聚酷人造石。考察了树脂的种类及水镁石添加量对聚酷人造石性能的影响。使用氧指数仪(LOI)和锥形量热仪(CONE)对聚醋树脂和水镁石/聚醋人造石进行了阻燃性能测试。LOI数据表明:随着水镁石添 中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

加量的增加，氧指数在提高，添加50份时达到31.3，比聚醋树脂提高了11%；CONE数据显示，添加50份水镁石粉制得的聚醋人造石与聚酷树脂相比:引燃时间由80s延长到153s，热释放速率降低4/5，生烟速率和总生烟量降低2/3。

表6 水镁石与MTP-156树脂不同质量比下固化后的测试数据及结果

图2水镁石添加量对氧指数的影响

中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

力学性能测试的弯曲强度由27.69MPa提高到40.75MPa，冲击强度从2.1kJ·cm-2提高到了3.3kJ.cm-2。然后采用非等温DSC方法对水镁石/聚酷人造石及聚醋树脂进行固化动力学分析，考察水镁石对不饱和聚酷树脂固化性能的影响，得到聚酷人造石和聚酷树脂的固化反应活化能分别为34.5KJ/mol和18.1KJ/mol。表明水镁石的添加对树脂的固化性能有抑制作用。

图3 水镁石添加量对聚酯人造石冲击强度的影响

4.2坡缕石 4.2.1坡缕石简介

坡缕石（凹凸棒土）素有“千土之王”、“万用之土”的称号，在工业和其它多种行业上具有特种用途。坡缕石是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。其理想分子式为：(Mg，Al，Fe)5Si8O20(HO)2(OH2)4·nH2O，理论化学成分为：SiO2 56.96%；(Mg，Al，Fe)O 23.83%；H2O 19.21%。成份中常有Al、Fe混入，Al2O3替代部分MgO。坡缕石晶体呈毛发状或纤维状，在电子显微镜下呈长柱状或针状，白、灰、浅绿或浅褐色，硬度一般为2-3，当加热到700-800°C时，硬度可能提高到5，密度2.05-2.32g/cm3。具有很大的比表面积和吸附能力，很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，是一种少见的矿物。

4.2.2坡缕石阻燃机理

坡缕石（PLS）是继蒙脱土、高岭土之后又一种重要的天然纳米纤维状硅酸盐粘土，为典型的纳米级针状粉体，具有作为聚合物材料增强填充剂的条件；其次，坡缕石含有各种形式的水，随着温度的不同水的释放方式不同，是理想的天然阻燃剂；最后，坡缕石的中空棒状结构，决定了它有 中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

很强的吸附性、胶体性和催化性，是理想的抑烟剂和吸附剂。

4.2.3坡缕石在复合材料中应用

西北师范大学的张哲次将坡缕石引入 LLDPE 阻燃性能研究，分别研究了无卤阻燃剂氢氧化镁、红磷、多聚磷酸胺、坡缕石和其他阻燃剂单独阻燃LLDPE的阻燃能力，以及坡缕石与各种阻燃剂复配的阻燃效果，并制得了LLDPE复合材料。根据氧指数和水平垂直燃烧实验测试，坡缕石复配体系是有效的、可行的。复配阻燃剂对LLDPE具有较好的阻燃效果及综合性能，LLDPE 复合材料属于较好的阻燃材料。复合材料通过了电镜表征；通过 TG 分析了其热降解性；通过万能力学试验机等仪器测试了其物理性能。阻燃剂经过表面改性后能使复合材料的抗拉强度等力学性能得到提高，经测试，复合材料的力学性能和阻燃性能均达到最大值，断裂伸长率为75.142%，抗拉强度为7.282MPa，氧指数为30.5，材料的燃烧性能达到UL 94V-0级，因此其具有潜在的工业应用价值。

图4不同坡缕石复配阻燃添加量对氧指数影响

中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

图5 含量25%坡缕石添加量复合材料热重曲线图

3.3无机复合阻燃填料

3.3.1无机复合阻燃填料简介

单一的无机阻燃填料要在高聚物基复合材料中填充量较大时才能产生阻燃效果，这样在满足阻燃要求的同时却影响胶料的加工性能并导致填充材料力学性能下降。因此，超细化、活性化、复合化成为无机阻燃填料发展的趋势，即通过不同结构、粒形、化学成分和阻燃性能的无机阻燃剂的复合，使各种无机阻燃剂相互配合，取长补短，提高阻燃剂的阻燃效率，同时，通过超细粉碎和表面改性处理赋予无机阻燃填料一定的补强性能，从而不致恶化基材的力学性能及电气性能，甚至还有所改善。

目前已有一些关于无机复合阻燃填料在PVC中应用的研究报道,如氧化锑和氢氧化铝在柔性(软）PVC电线和电缆中的复合应用；用ZHS包覆的Al(OH)

3、Mg(OH)2以降低PVC的发烟量和填充量；Sb2O3与其它金属氧化物并用;氢氧化铝与镁、锌及碳酸钙复配应用;氢氧化镁、氢氧化铝、红磷等复合型阻燃剂；Sb-A型复合阻燃剂;三氧化二锑、氢氧化铝、硼酸锌等复合无机阻燃剂；以氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑为主体的FZY复合阻燃抑烟剂;采用Sb2O3、CaCO3和金属氧化物复配的阻燃剂等。

3.3.2无机复合阻燃填料在PVC中的应用

中国矿业大学四季春等人以超细Al(OH)

3、Mg(OH)

2、煅烧高岭土、白炭黑等为基本组分经超 中国地质大学（北京）

期末考试论文专用

细粉碎和复合表面改性制备的超细活性无机复合阻燃填料填充阻燃PVC电缆料,其力学性能和电性能可达GB/T 8815—2002标准规定,氧指数达35·6 %，烟密度为174·7。这种超细活性无机合阻燃填料具有高效阻燃、填充增强和电绝缘性三种功能。

表7 阻燃填料的配方(质量分数,%)表8 加入TFR1和其它阻燃填料PVC的氧指数(%)

表9 TFR填充阻燃PVC的性能

中国地质大学（北京）

期末考试论文专用 结论

无卤化、超细化、活性化、功能化、复合化是阻燃剂发展的主流和趋势。我国塑料、橡胶工业的快速发展对阻燃剂的需求特别是对无毒、高效、功能型无机复合阻燃剂的需求将更迫切。因此，我们必须加快无机复合阻燃剂的开发与应用，以满足高分子材料工业及消费者的需要，不断迎接新的挑战。

参考文献：

[1]丰世凤.超细改性水镁石的制备及在聚酯材料中的应用研究.天津理工大学.硕士论文.2008.[2]张小伟，刘淑鹏.非金属矿物填料在塑料中的应用[J].上海塑料.2008，3（143）：7-10.[3]张哲.坡缕石复配阻燃剂阻燃LLDPE的性能研究.西北师范大学.硕士论文.2008.[4]李鑫，叶俊伟等.水镁石超细改性一体化处理及其阻燃应用研究.中国颗粒协会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会.2008.12.[5]四季春，郑水林等.无机复合阻燃填料在软质聚氯乙烯中的应用研究[J].机械工程材料.2004，28（12）：26-28.[6]霍蛟龙.无卤无磷改性氢氧化镁阻燃EVA的研制.东华大学.硕士论文.2011.[7] 俞祥兴.氢氧化镁阻燃剂的开发和应用[J].电线电缆1998，8(l):27一30 [8] 吴勇.氢氧化镁阻燃剂及其表面改性[J].消防技术与产品信息，1999，8(6):22一24 [9] ]余仁.阻燃剂氢氧化镁的制备及其应用[J].化工矿物与加工，2000，12(3):26一27 [10] 杜高翔，郑水林，李杨.超细氢氧化镁粉的表面改性及其高填充聚丙烯的性能研究[J].中国塑料，2004，18(7):75一79 [11]四季春，孙丽丽等人.无机阻燃剂的开发应用现状研究[J].中国非金属矿工业导刊.2003，3（34）：26-30.[12] 麦堪成，李政军，裘翌听，等.FPP对Al(0H)3/PP复合材料的流动性、阻然性和结晶行为的影响【J].高分子材料科学与工程，2002，18(3):150一154.

第二篇：复合包装材料在酸奶软包装中的应用

复合材料在药品包装上的应用及发展方向

酸奶传统上常采用玻璃、陶瓷瓶罐进行包装。随着包装技术、新型包装材料的发展和包装设备的现代化，塑料、复合软包装材料及容器在酸奶及其它乳品包装中已经占据主导地位。当然，传统的玻璃、陶瓷容器仍有一定量的应用，并且为了满足高档消费的需求，金属容器包装的酸奶（尤其是酸奶饮品）在市场上也已经出现。这里主要介绍塑料及复合软包装材料在酸奶及酸奶饮品包装中的应用。

一 复合包装材料在酸奶软包装中的应用

复合包装材料是指将两种或两种以上具有不同特性的材料复合在一起，形成具有综合性质的、更完美的包装材料。在很多情况下，单一性质的包装材料不能够满足包括酸奶在内的食品包装的要求，所以，在食品包装生产过程中，常将两种或两种以上包装材料复合在一起，利用它们的综合性能，以达到食品包装的要求。应用于食品包装中的复合包装材料主要是各种复合包装薄膜，所谓复合包装薄膜，是指以纸、玻璃纸、塑料薄膜、金属箔等柔性包装材料为基础，经过涂布复合、层压复合、共挤复合等各种复合加工方法所得到的具有综合性能的柔软性复合包装材料。

对于短期流通和消费的酸奶，可以使用塑料包装材料进行包装。常用于酸奶包装的塑料材料包括单体塑料材料和多层塑料复合材料（如多层复合聚乙烯材料）。塑料包装材料包装酸奶属于一次性销售包装，并且一般需要在低温下贮存和销售，常见的推荐保藏温度有2～4℃、2～6℃、2～8℃和0～4℃等温度范围，其中以2～6℃的温度范围最为常见；常见的推荐保质期有14天、16天、20天、24天、30天等保存期限，其中最常见的为14天（一般是在2～6℃下保存），较少见的为30天（一般是在0～4℃保存）。

塑料材料与纸质材料、玻璃材料和金属材料相比有很多优点和特性，如透明度好、防水防潮性好、良好的耐性（如耐油性、耐药品性、耐低温性）、良好的加工性和适宜的机械强度，同时，塑料材料的价格便宜、比重小。当然，塑料材料在耐腐蚀性方面不如玻璃材料，在机械强度方面不如金属材料，在印刷适性方面不如纸张，但是，只要进行合理的选择，并结合先进的塑料处理和加工技术，塑料材料在酸奶等乳品方面有着广阔的应用前景。

常用于包装酸奶的塑料材料或塑料复合材料主要有：①聚乙烯+二氧化钛。在生产聚乙烯薄膜时，添加白色的二氧化钛所生产出来的聚乙烯薄膜有一定阻光性能，可以起到一定的遮光作用，这是由于白色的二氧化钛使得聚乙烯薄膜呈现白色半透明或不透明状态，在很大程度上改善了聚乙烯材料对酸奶包装的缺点（透明性），以适应酸奶对包装材料的不透明的要求。②多层复合高密度聚乙烯材料。常用的主要有三层结构的高密度聚乙烯（中层为含炭的黑色高密度聚乙烯、内层和外层为含二氧化钛的白色高密度聚乙烯）和五层结构的高密度聚乙烯

采用塑料材料进行酸奶包装的主要包装形式有袋型、瓶型和杯型，其中，袋型包装常用的材料多为聚乙烯+二氧化钛材料和多层复合高密度聚乙烯材料两种，瓶型包装和杯型包装常用的材料多为聚乙烯材料和聚苯乙烯材料两种。

扁平袋包装形式 采用扁平袋包装酸奶时，一般是将印刷好的片状塑料薄膜安装在自动灌装机的包装材料供应部位，在包装的过程中完成制袋、灌装和封口操作，袋的封合方式多为背面中间封合、两端封口的方式。这种包装方式的包装成本较低，包装工艺和包装技术成熟，易于操作。扁平袋一般进行较简单的装潢设计和印刷，并且图案是连续的，一般要保证每一个袋上有一个完整的图案。

扁平袋包装酸奶时，每袋的容装量（包装规格）一般以净含量“多少克”或“多少毫升”在包装袋上标明，如常见的有：125克、227克、250克、125ml、243ml、250ml等。同时，这种形式的包装，常常是将多个小袋（常见的有四袋、五袋、六袋、八袋、十袋）装入一个较大的透明塑料袋中作为一个销售单元进行包装；有时，某些品牌的酸奶有一系列的口味，如原味、草莓味、山芋味、南瓜味、蜜桃味、苹果味、荔枝味等等，在进行集合包装时，也常常将不同口味的小袋袋装酸奶装入一个大袋中作为一个包装单元或销售单元进行包装。

三面封口的柱形袋包装 这种袋型包装常用于豆浆的包装，近年来在酸奶的包装中应用越来越多。在生产过程中，采用先进的“充气带压灌装”工艺灌装，是将印刷好的两个片状塑料薄膜进行对齐热封，先进行两侧纵向封合，再进行一端横向封合，然后再进行袋口一端的封合，袋口一端尺寸逐渐缩小，最后形成和吸管尺寸类似的小口。袋型呈圆柱形，袋口预留有很小的切口，以方便撕开，饮用时轻轻从切口处撕开即可饮用。这种形式的包装一般也仅仅进行简单的装潢印刷，并且在开口处印刷有“小心喷溅”等警示语（由于采用带压灌装工艺进行灌装，所以容器内气压稍高于大气压，开口时酸奶容易喷溅）。

采用三面封口的柱形袋包装酸奶，其规格多为每袋250克或250ml。同时，与扁平袋包装酸奶类似，这种形式的包装也常常采用同种口味的酸奶多袋集装，或不同口味的酸奶配合进行多袋集装，来作为一个销售单元进行包装

二．复合材料在酸奶包装上的现状

食品包装与人们的日常生活息息相关，食品包装的迅猛发展，既丰富了人们的生活，也逐渐改变着人们的生活方式，世界各国对食品包装的发展十分重视，已经形成了一个世界性的高技术，高智能的产业领域，我国的食品与包装工业也得到了飞速的发展，成为国名经济中的重要产业，随着人们生活水平的不断提高，对食品及其包装的高质量，多样化要求也越来越高，食品包装在储运流通中，在现代市场营销策略中都起到重要的作用。

过去的十年是中国乳品市场高速发展的十年，从均质牛奶到新鲜屋，从利乐砖到无菌袋，鲜乳市场逐渐进入了品牌整合后相对集中的状态，而在各大乳品企业为争夺中国乳品第一激战正酣时，酸奶最为一种营养丰富易于消化的饮料从市场里形形色色的乳制品中脱颖而出，这时候酸奶的包装外观则成了吸引消费者的首要工具。

从全球范围来看，酸奶也算是进入商业化比较晚的一个乳品种类。法国达能公司在上世纪40年代才将其领入商业化生产之路。而对于我国来说，酸奶在十多年前只是作为各个地方乳品企业的点缀产品。由于奶源不充足，冷链系统还不完善，虽然利润一直不错，但产量却大受限制。

酸奶传统上常采用玻璃、陶瓷瓶罐进行包装。随着包装技术、新型包装材料的发展和包装设备的现代化，塑料、复合软包装材料及容器在酸奶及其它乳品包装中已经占据主导地位。当然，传统的玻璃、陶瓷容器仍有一定量的应用，并且为了满足高档消费的需求，金属容器（主要是三片罐）包装的酸奶（尤其是酸奶饮品）在市场上也已经出现。

三、复合包装在酸奶包装上的前景和方向

面对鲜乳这种复杂而又极易腐败的液体食物，包装储存就不可避免地成为其最重要环节之一。包装对食品的保护性、方便储运和消费、便于货架展示，提高商品价值、增加花色品种的功能，在乳品包装上获得了最充分的体现。

保质、营养、卫生、安全、食用方便，对于乳品包装的这些要求不断促进了其包装方式、包装结构、包装机械的发展和进步。乳品包装与乳品加工技术相辅相成，乳品包装促使了无菌包装系统的发展。

包装已成为乳品品牌的重要载体，对包装的依赖度之高在食品工业中是绝无仅有的。利乐包、利乐枕、百利包几乎成了乳制品本身品牌的一部分。乳品包装直接影响到乳品的质量、档次和市场销售，乳品市场的竞争在一定程度上演化为乳品包装的竞争。

消费市场促使乳品包装分化，多层次的社会消费群有着不同的消费倾向。乳品包装促进了乳品消费市场的扩大，乳品包装使得乳品的保质期延长、饮用更方便、运输更容易，安全卫生更有保证。

四、我在复合材料在酸奶包装上的应用及发展方向的想法和建议

包装的绿色化是整个包装工业的发展趋势，乳品包装由于其使用的广泛度更是首当其冲的要求，乳品包装不断朝“4R+1D”方向发展，即低消耗、低数量、再利用、再循环和可降解的方向。乳品包装的绿色化应体现为全过程全方位的绿色化，从原料制造到回收利用，每一个环节都要节能、省料、高效、无害。

一是绿色材料的使用，聚乳酸作为完全生物降解材料，在一些发达国家已制成容器包装乳制品。爱克林包装由于树脂含量很少，也是一种较环保包装。新型玻璃瓶的使用也在增长。用PET材料代替PS材料制杯，盖膜和标签采用纸类材料等。

二是包装设计精确化，不产生过度包装的设计。容器的壁厚均匀化并减薄，大容量的包装桶设计相对减少了材料用量。

三是生产过程中采用柔版印刷方式，使用水性油墨，消除了化学溶剂的污染。四是包装材料的回收利用，对于环保性差的无菌砖包装，已开发了三种回收技术：

水力再生浆技术，将利乐包审的纸浆分离出来，生产再生纸，而将其中的铝箔和塑料成分挤压成粒，成为塑铝制品的原料；2)塑木技术。利乐包本身含有优质的纸质纤维和塑料，把它们碾碎挤压，可直接生产成室内家具、室外园艺设施、工业托盘等塑木产品；3)彩乐板技术。将利乐包直接粉碎、热压处理，制成彩乐板，然后再加工成为果皮箱等既美观又耐用的产品。

《包装复合材料》结课

论文

复合材料在酸奶包装上的应用及发展方向

2011/6/12

学

院：轻工与纺织学院

班

级：包装工程081班

学

生：杨

晶

学

号：2 0 0 8 1 0 3 0 3 2

指 导

老

师：王

维

第三篇：计算机在无机非金属材料配方设计中的应用

计算机在无机非金属材料配方中的应用

前言：随着计算机的日益普及，计算机在各行各业已运用得越；计算机科学的概述；计算机科学的简介：计算机科学（英语：comput；计算机科学的发展，现状：计算机领域是一个需要不断；计算机科学技术的不断完善，让计算机进入到越来越多；无机硅酸盐材料的概述；无机硅酸盐材料的简介:无机非金属材料(inorg；磷酸盐、硼酸盐等物质组成计算机在无机非金属材料检测生产中的应用。

计算机科学的概述

计算机科学的简介：计算机科学（英语：computer science，有时缩写为CS）是系统性研究信息与计算的理论基础以及它们在计算机系统中如何实现与应用的实用技术的学科。它通常被形容为对那些创造、描述以及转换信息的算法处理的系统研究。计算机科学包含很多分支领域；有些强调特定结果的计算，比如计算机图形学；而有些是探讨计算问题的性质，比如计算复杂性理论；还有一些领域专注于怎样实现计算，比如编程语言理论是研究描述计算的方法，而程序设计是应用特定的编程语言解决特定的计算问题，人机交互则是专注于怎样使计算机和计算变得有用、好用，以及随时随地为人所用。

计算机科学的发展，现状：计算机领域是一个需要不断创新的领域，计算机的软硬件在实际的操作运用中会遇到很多的问题，而技术的不断完善更新是计算机科学技术发展的一个重要方面。旧的技术已经不能满足社会对于计算机的需求，而新的技术应运而生，当新的技术被运用到计算机中，计算机会有更高的性能、更灵巧的外观以及跟实用的操作。计算机的硬件方面在采用更多的材料，让其更好地为计算机的功能而服务。而计算机的软件系统，是根据人们的意见反馈以及市场预期，在做着关于观念上最终到技术上的持续创新，让计算机的操作更加接近现代的需要。

计算机科学技术的不断完善，让计算机进入到越来越多的领域。计算机所涉及到的科学运算、过程检测与控制、数据处理、计算机辅助系统等功能，让计算机所涉及的领域逐渐增多，涉及到人类社会的军事、教育、医疗、商业、文化、经济、政治等各个方面。计算机科学技术的加入，使得社会的面貌和生产方式发生了巨大的改变，加快了人们的学习、工作效率，让计算机去计算和操作一些数据和过程，减省人力物力的消耗，提高社会运转效率。

无机硅酸盐材料的概述

无机硅酸盐材料的简介:无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。

主要物理化学性能：在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

主要应用领域：无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活息息相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。

计算机技术在无机非金属材料中的应用

检测分析方面的应用：通过对检测机构的日常工作的考察与分析，我们发现检测机构的工作特点为:工作流程清晰，分工明确，责任明确，需协同工作完成一个检测任务，这些都符合网络管理的要求，为建立内部网络系统提供了可行性。同时发现与检测业务有关的日常工作主要由以下几个部分组成:检测任务管理、检测仪器设备管理、日常业务学习培训、与质监站联系。我们可以从这几个方面着手进行相应的软件设计与开发。通过相应的软件，我们可以提升我们检测的准确性和智能化，如混凝土抗压、抗渗、混凝土配合比设计、水泥化学分析等，都可以通过软件实现全自动化或者半自动化，大大的解放了劳动力资源。

例如：1.在功能陶瓷制备过程中,掺杂改性和生产条件控制是制备这类高性能材料的重要手段,由于材料组分和工艺条件对其性能影响很大,且组分间还可能发生复杂的交互作用,因此,如何优化配方和工艺是高性能功能陶瓷材料研究的重点。在传统数学方法无法分析的情况下，将计算机技术用于功能陶瓷研究中,建立数学模型，可以很好地对组分和工艺过程进行优化。

2.混凝土的性能评价与预测一直是学术界与工程界的研究难点，常规的预测模型主要基于某几项指标，形式因个人的理解不同而各异。而一种仿生模型——人工神经网络则能很好地解决这个难题，试验尝试用BP 人工神经网络对多种配后比的混凝土进行抗裂性能评价与预测，结果表明此模型的可靠度很高，效果良好。该方法用于掺矿物掺和料混凝土抗裂性能预测方面是可行的。计算机模拟技术在无机非金属中的应用：

1.分子筛研究方面：近年来,计算机模拟作为一种有效的方法已经广泛用于固体材料，尤其是微孔材料，如分子筛的研究。在结构、热力学、吸附分离和催化等性质的研究中取得了成功。中国科学院山西煤炭化学研究所王建国等总结了计算机模拟：包括分子力学方法(能量最低化、分子动力学和蒙特卡罗方法)、量子化学方法(半经验算法和从头算法)和密度函数方法及其在分子筛若干研究领域诸如吸附、扩散、形状选择反应、分子筛骨架-模板剂相互作用、分子与 分子筛酸性位的结合以及分子筛骨架、表面结构中的应用。北京化工大学张现仁等采用巨正则蒙特卡罗方法研究了甲烷在两个不同孔径的MCM-41中不同温度下的吸附等温线和其在孔中的相行为和排列方式。北京大学朱丽荔等用巨正则蒙特卡罗方法研究了邻二甲苯和间 二甲苯在ITQ-1分子筛中的吸附特征。

2.晶体材料方面：晶体的性能决定其内部结构、成分和缺陷的分布状态。通常人们或是希望获得高度完整 的晶体即成分均匀、结构完整、缺陷甚少的晶体；或者是为了获得某种物理性能，力图生长出具有预定的成分或者缺陷分布状态的晶体，所以晶体生长是晶体研究的必要环节。到目前为止，对晶体生长的数值模拟研究已有30余年的历史。浓度场和温度场对晶体生长有直接影响。

晶体生长过程中，溶质在晶体和熔体中都不是均匀的，晶体和熔体中的溶质浓度随空间位置而变化，在晶体和熔体的全部空间中，每一点都有确定的浓度，而不同点的浓度不完 全相同并且还与时间有关。苏伟等采用有限差分法对使用Cz法生长Nd∶YAG激光晶体过程中熔体内和晶体内Nd3+ 浓度场进行数值模拟研究。晶体拉速、晶体直径和坩埚尺寸都对熔体内和晶体内Nd3+ 浓度场有影响。对勾形磁场中直拉硅单晶浓度场的数值模拟研究，提出在非均匀轴对称勾形磁场中利用磁控提拉法生长硅单晶。

无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。

普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。特种无机非金属材料的特点是：①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的{TodayHot}超硬性质;导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象,例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏电阻材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料，例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。

沿革 旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30～40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷（见半导体陶瓷）等。50～60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结构陶瓷、氧化铝透明陶瓷、β－氧化铝快离子导体陶瓷、气敏和湿敏电阻陶瓷等。至今，又出现了变色玻璃、光导纤维、电光效应、电子发射及高温超导等各种新型无机材料。

分类 无机非金属材料的名目繁多，用途各异，因此，还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的（传统的）和特种的（新型的）无机非金属材料两大类。前者指以硅酸盐为主要成分的材料并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料；例如：碳化硅,氧化铝陶瓷,硼酸盐、硫化物玻璃，镁质、铬镁质耐火材料和碳素材料等。

无机非金属材料在现实生活中有着很广泛的应用，简单的举几个例子生活中的日用陶瓷，工业陶瓷，玻璃，建筑用的水泥，现在新型的墙体砖等等，在社会的基础建设中材料是不可少的无机材料所涉及的方面也是很广泛的，目前为止还没有什么新型材料可以替代无机非金属材料的地位，因为传统非金属材料工业的原料来源是最广泛的也是最便宜的是地球上最多的：粘土，岩石等矿物。而新型的非金属材料更是基础建设乃至国防建设的重要方面：比如说航空用陶瓷，隐形飞机使用的吸收电磁波的材料等等都是无机非金属材料的范围。这个专业现阶段处于过渡时期，传统的无机材料在社会建设中广泛应用，但是从事传统的无机材料工作工资比较低，而从事新型材料研究和开发就比较大的发展空间了

我国是一个经济和社会正在迅速发展的世界大国，高新技术产业的快速发展、传统产业的技术进步与结构调整、环保国策的全面落实，以及在未来20年全面建设小康社会发展目标的实施，将给我国非金属矿物材料带来前所未有的挑战和发展机遇。紧紧抓住这一难得的历史机遇，加速非金属矿物材料的研发和生产，不仅可以满足我国经济、科技和社会发展对非金属矿物材料日益增长的需求，促进非金属矿产资源的综合利用，全面提升我国非金属矿加工应用的水平，而且还将成为国民经济发展的新增长点，促进我国高新技术产业、传统产业及环保产业的全面发展和进步。今后我国非金属矿物材料的发展方向主要包括非金属矿物材料的基础理论及应用基础理论研究，非金属矿物材料的深加工装备技术研究，发展优势非金属矿种的深加工产品技术研究，逐步实现产品标准化、系列化、配套化，纳米材料技术研究，智能材料技术研究等几个方面。

国家发展与改革委员会在制定建材工业“十五”规划中，非金属矿物材料行业的发展方针和主要目标就是发展非金属矿深加工装备技术，围绕建筑、石化、汽车、机电、环保等产业的需要，发展超细粉碎、精细提纯、表面改性与改型、超微细和微孔技术，复合与制品技术。发展高性能摩擦材料、绝缘材料、密封材料、工程塑料功能填料、电子工程材料和环保矿物材料，提高产品的科技含量和产业化水平。在技术装备水平、产品质量、规格品种等方面尽快缩小与国际先进水平的差距，加大非金属矿大型低能耗及专用设备的研发，非金属矿成套装备的综合集成和工程化转化。

近年来，在微米技术上出现的非金属矿物的纳米技术是以化学的方法制备的。这是一门新技术。非金属矿物纳米材料是纳米材料的重要组成部分。目前，主要纳米非金属材料有纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、纳米碳管、纳米棒、纳米丝、纳米电缆、纳米金刚石、纳米半导体、纳米陶瓷材料以及聚合物-黏土矿物纳米复合材料等。其中聚合物-黏土矿物纳米复合材料已成为日本、美国、德国等发达国家近年来材料科学研究的热点。我国的纳米技术将在未来20年后变成主导技术，现在它有一个孕育期、生长期和高速发展期，纳米技术必定代替现在的微米技术。就目前而言，现在还处于孕育期。当今世界的主导技术还是微米技术，或者说是刚刚进入微米技术与纳米技术交叉阶段，纳米技术的应用所占比重还很小，甚至不到1%.权威专家预测，纳米技术与信息技术和生物技术成为21世纪社会经济发展的3大支柱。它将引起加工技术、信息技术、材料技术、分子生物技术、微电子技术等领域的革命性变化，引发一场新的产业革命。

智能材料是指具有对环境可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料，它是由非金属矿物复合制备而成，由日本高木俊宜教授于20世纪90年代首先提出了智能材料概念，它是新材料中的佼佼者。由它制成的合金、复合物、流体、塑料、玻璃、陶瓷等物件，在应用时，既可感知环境条件的变化，又可根据需要作出相应反应。智能材料是功能陶瓷发展的更高阶段，它是人类社会的需求和现代科学技术发展的必然结果。日前，欧洲科学家已研制出能协助清除汽车所排放的包括氧化氮在内的废气的生态涂料，氧化氮气体是会形成烟雾和引发人类呼吸道疾病的污染源。据悉，当生态涂料涂在建筑物表面后，能吸附和消除氧化氮气体，这种作用长达5年，直到其神奇功能耗竭为止。生态涂料的神奇奠基在直径仅20纳米的光触媒二氧化钛和碳酸钙微粒上，它与聚硅氧烷树脂混合而产生作用。由于微粒非常细小，这种涂料是清澈透明的，能添加各种颜料调成想要的颜色。聚硅氧烷具有相当多的细孔，能让氧化氮气体通过后被吸附在二氧化钛微粒上。二氧化钛微粒吸收太阳光中的紫外线，利用其能量产生化学反应将氧化氮气转化成硝酸，再利用碱性的碳酸钙予以中和。如此一来仅会释出“无害”的二氧化碳、水和硝酸钙，这些副产品将被雨水等冲刷流失。

进入21世纪，科学技术发展日新月异，科技进步和创新已成为增强各个国家及地区综合实力的主要途径和方式。党的十六届五中全会已提出自主创新的战略，全国科技大会也提出加强自主创新，建设创新型国家。2006年2月，中共中央和国务院发布、实施《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》，经过15年的努力，使我国进入创新型国家的行列。今后我国非金属矿物材料行业的发展主要目标也就是围绕着发展方向进行创新。因此，我们应该首先认清形势，大力加强科研队伍建设和培养，建立国家实验室或科技开发中心，组建一支在国内甚至国外都有影响的科研机构，利用自身的优势和国家的扶持，在较短的时间里加快发展，加强产学研结合，加快科技成果转化，提高全行业整体水平，实现跨越式发展，走出一条非金属矿物材料自主创新发展的新路子。

总结

计算机技术在无机非金属材料中的应用是非常广泛的，不仅仅是以上提到的几点，还有图像模拟，辅助设计，数据分析等等，并且随着材料科学以及计算机科学的不断发展，这两门学科的联系还将日益密切，相信在不久的将来会有更多的计算机技术成功应用到无机非金属材料的生产过程中，为材料科学的蓬勃发展贡献突出的力量。

参考文献：

①于忠《计算机在建筑工程材料中的应用》四川建筑科学研究，2001（3）②尹君《计算机网络在无机非金属材料中的应用》材料导报,2006 ,20(11)③黄春华，沈东，夏春秋《计算机网络技术在建筑材料检测机构中的应用》《工程质量》, 2001(10)④董荣胜，古天龙，蔡国永，谢春光《计算机科学与技术方法论》人民邮电出版社, 2002, 29(1)⑤陈泉水《无机非金属材料物性测试》化学工业出版社, 2013 三亿文库3y.uu456.com包含各类专业文献、各类资格考试、应用写作文书、外语学习资料、高等教育、生活休闲娱乐、计算机在无机非金属材料检测生产中的应用(小论文)29等内容。

计算机材料应用论文

——计算机在无机非金属材料配方中的应用

专业：

无机非金属

班级：

无机1302

学号：

201226910312

姓名：

冯换晖

指导教师：

栗政新

第四篇：无机非金属材料在生物医学的应用

无 机 非 金 属

材 料 在 生

物 医 学 的 应 用

所谓无机非金属材料（inorganic nonmetallic materials），就是指是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。传统的无机非金属材料在其化学组成上主要属于硅酸盐范畴。无机非金属材料种类繁多，具体可分为陶瓷，水泥，耐火材料，复合材料，非金属矿物材料等。其生产过程特点：一是共性，即有关原料，粉制备，成型等一系列过程。二是个性，即每种无机非金属材料都具有各自的特性。无机非金属材料在生物医学方面的应用主要是在以生物陶瓷材料，以及陶瓷基复合材料等的应用为主。

生物陶瓷材料主要包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物复合材料三类。其应具有生物相容性，力学相容性；与生物组织有优异的亲和性；灭菌性并具有很好的物理、化学稳定性等。这类无机非金属材料在医学方面的应用主要介绍：生物惰性的氧化铝陶瓷，氧化锆陶瓷；生物活性的羟基磷灰石(HAP),生物活性玻璃，微晶化生物活性玻璃；生物陶瓷的性能要求：第一，生物相容性要求生物相容性是指植入人体内的生物医用材料及各种人工器官、等医疗器械，必须对人体无毒性、无致敏性、无刺激性、无遗传毒性和无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。第二生物力学与生物学性能要求材料的力学性能与机体组织的生物力学性能相一致，不产生对组织的损伤和破坏作用。第三，具有良好的加工性和临床操作性生物陶瓷植入的目的，是通过人工材料替代和恢复各种原因成的牙和骨缺损，就要求植入的生物陶瓷具有良好的加工成形性，且在临床治疗过程中，操作简便，易于掌握。第四，具有耐消毒灭菌性能生物陶瓷材料是长期植入体内的材料，植入前须进行严格的消毒灭菌处理。生物惰性陶瓷主要是指其化学性能稳定，生物相容性好的陶瓷材料。AL203陶瓷是以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其具有良好的机械强度，高的耐磨损等性能。其成型的工艺与陶瓷材料成型工艺大体相同，主要是粉末的制备，成型以及烧结。而在医用方面的氧化铝陶瓷材料则是α-Al2O3多孔陶瓷材料，其制备过程中对孔径的控制要求极为严格。因此多采用的是溶胶凝胶法改善氧化铝多孔陶瓷孔径分布的控制、相变、纯度及显微结构。用溶胶一凝胶法制备氧化铝多孔陶瓷的工艺为：采用铝粉在氯化铝溶液中水解，得到铝溶胶，并直接将成孔剂与之混合，进行成型、烧成制得产品。这样被用于制作人工髋关节、人造膝关节、人工牙根和骨骼固定螺钉及修补角膜等。但由于氧化铝陶瓷同样具有脆性大，机械加工困难等特点，其用于医用还需进一步的研究应用。现有在羟基磷灰石引用AL203来达到人工骨的修复。其特点是利用羟基磷灰石良好的生物活性和生物相容性以及AL203的高强度，高机械性能特点来提高其综合的力学性能，能够很好的弥补AL203的不足。很好的满足了人工骨的修复需求。氧化锆陶瓷是以稳定的立方型氧化锆ZrO2为主晶相的陶瓷。具有优异的力学（最高的断裂韧性）和耐磨和耐腐蚀性等性能。其主要应用在机械，电工方面。而在医用领域的应用则是以氧化锆生物陶瓷材料应用的。其制备方法是各种沉淀法如共沉淀法获得超细的氧化锆粉末，然后通过干成型或湿成型法成型后进行烧结而成的。在医用中，氧化锆烤瓷牙是最常用的。烤瓷牙的好坏直接影响到患者的身体健康，而用氧化锆材质的烤瓷牙由于没有金属内冠层，牙齿透明度好，光泽度极佳，更有效避免了牙齿过敏和牙龈黑线等问题，具有足够好的遮色能力，能够完美解决牙患者的牙齿美容需求，而且氧化锆材质的强韧性弥补了普通烤瓷牙易蹦缺的缺点，生物相容性好，不刺激口腔粘膜组织，易于清洁，是目前国内外最优质的烤瓷牙。生物活性是指移植材料的分界面激发特定的生物反应，最终导致在材料和组织之间的骨形成。这类陶瓷在生物体内基本不被吸收，材料有微量溶解，能促进种植体周围新骨组成，并与骨组织形成牢固的化学键结合。羟基磷灰石(hydroxyapatite，简称HA 或HAP)羟基磷灰石是人体和动物骨骼的主要无机成分，结构上与天然骨盐大体一致，有极好的生物相容性、骨传导性以及骨键合能力，无毒副作用，用于骨修复及替代材料。但同时，其自身强度较低，力学性能较差。羟基磷灰石主要是通过水热反应以及沉淀法获得的。其同时也可以用于义眼片。这里由于其的力学性能不是很好，因此导致了在运用的过程中不是很好的满足医学的需求。在以羟基磷灰石为原料，在其中添加氧化铝以增加其综合的机械性能的办法很好的改善了羟基磷灰石的力学性能，同时还利用了其生物相容性。

同时，纳米羟基磷灰石在医用方面也有应用。n H A是一种性能优良的无机陶瓷材料、生物学活性好。n H A粒子的大小为 1～1 0 0 n m，由于其与 H A相比具有溶解度较高、比表面积(S S A)大的优点，因而具有更好生物学活性，骨植人体的伸强度更高，疲劳抗力也相应提高。最主要的是其可以匹配人体不同地方骨的生长速度相应的降解速度，而且与人体不产生排斥反应。因此其在医学领域的应用被广泛关注，但大多数还属于临床应用阶段，用于实际还需要一定的时间和条件。

生物活性玻璃与普通玻璃的不同之处在于其具有生物活性，能够很好的与生物组织相容。将生物玻璃植入人体骨缺损部位，它能与骨组织直接结合，起到修复骨组织、恢复其功能的作用。其制备技术与普通玻璃大体相同，但是为了保护其的生物活性性能，常常采用溶液-凝胶法制备其粉体。由于其机械强度较低，也因此一般用于较小的骨修复材料，如耳小骨、指骨，人工牙齿及关节。最值得一提的是生物玻璃对癌症的治疗，主要是在生物玻璃中加入一些磁性物，铁酸锂或者其他热源性材料，用于热种子治疗癌症肿瘤。

微晶玻璃属于复合材料，将加有晶核剂的特定组合的玻璃，在有控条件下进行晶化热处理，成为具有微晶体和玻璃相均匀分布的材料。其比普通玻璃的机械性能强，并且在光亮度和其他力学性能上都要比普通玻璃好。微晶玻璃有很多种，一般用于生物医学的称为生物微晶玻璃 也可以称为微晶陶瓷。其之所以称为微晶玻璃是因为结晶后在显微镜下可以看见其析出了许多细小的晶粒。微晶玻璃也是生物玻璃，在用于医学领域时，一般在是其表面生成羟基磷灰石等生物活性材料而成的或者在玻璃组成中引入 CaO 和P2O5,通过热处理得到优良的羟基磷灰石。用于牙齿的修复等，特别是其中的可切割生物微晶玻璃，由于其可以通过机械加工的方法制成不同形状的样品而不会破坏其生物活性，因此多用于骨替复材料。其与单纯的羟基磷灰石相比，由于含有一定量的玻璃相，因此可以在很大范围内调整组分，适应性更强。同时其化学稳定性更好，由于玻璃相存在又可以根据要求的不同制作成不同形状的医用替代材料。当然，医用微晶陶瓷材料也采用了一些增韧方法，如自身增韧，金属增韧，纤维增韧等，用于进一步提高其机械强度。

陶瓷基复合材料是一类以陶瓷为基体，在其中加入一些增韧材料而形成的复合材料。如以HAP为基体的陶瓷材料，在其中加入纤维或者一些晶须来增加自身的强度，以达到医用的高强度使用的要求。也可以采用颗粒增韧的方法来提高。这类复合材料在医用上主要用于骨替代材料等。

当然，同时还有其他种类的复合材料用于医学方面。可见，无机非金属材料在生物医学领域的应用非常的广泛。在我国，上海硅酸盐研究所在生物医用材料与组织工程、生物纳米技术及生物材料表面工程等三方面开展了研究，用无机非金属制作的人工骨，骨植入材料以及生物陶瓷取得了很大的进步。还有华东理工大学研制了磷酸钙人工骨(CPC)，它可自行固化，具有生物相容性，能降解吸收，可在人体骨缺损部位准确塑形。这些都只是用于生物领域的一小部分。从当今社会科技发展的速度来看，未来无机非金属材料的应用会越来越重视，尤其是其在生物领域的作用会受到更为广泛的关注。

文献摘要：

1，无机非金属复合材料及其应用 刘雄亚 郝元恺等，化学工业出版社 2006年。

2，无机非金属材料制备方法 高积强等，西安交通大学2009 3，无机非金属材料性能 贾德昌等，科学出版社 2008年

4，生物陶瓷的应用发展，展望 钱国栋，王民权 浙江大学 材料科学与工程第49期

5，氧化铝陶瓷的应用 张小锋 于国强 姜林文 景德镇陶瓷学院 6，氧化铝陶瓷的应用发展 朱志斌 郭志军 刘英 王慧 陈秀峰

(山东中博先进材料股份有限公司 淄博 2 5 5 0 3 1)7，氧化铝陶瓷生产工艺中的质量控制, 付 鹏 刘卫东 吴细桂

(华南理工大学材料学院 广州 510641)8, a一氧化铝在新型氧化铝陶瓷中的应用 张丽娅 王向丽 崔建奇(中国长城铝业公司)9，氧化锆材料种类及应用任永国1，刘自强1，杨 凯 2，周焕忠 2，顾幸勇（北京晶莱陶瓷制品有限公司，北京 101500； 景德镇陶瓷学院，景德镇 333000）10，氧化锆陶瓷制备及其应用 黄 勇，何锦涛，马 天

（清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084）

11，惰性生物陶瓷在人工髋关节的应用 刘庆 张洪 北京积水潭医院 矫形骨科(北京 100035)12，人工关节材料的研究进展 陈铁柱李晓声 中国现代医药杂志2009年10月第ll 13，生物活性种植牙的研究进展 医学生家园

14，生物医用微晶陶瓷的研究进展 余丽萍，肖汉宁，胡鹏飞（1.湖南大学 材料科学与工程学院，； 2.湖南师范大学 化学化工学院，）

15，微晶玻璃制作 Special Column 专栏

16, 功能微晶玻璃的研究现状及发展趋势 肖汉宁 赵运才 刘付胜聪湖南大学材料科学与工程学院

17, 用于治疗癌症的生物玻璃 王昱，殷海荣(陕西科技大学材料科学与工程学院)18，陶瓷基复合材料的机理、制备、生产应用及发展前景

（姓名：王珍 学号：Z09016203）

19，陶瓷基复合材料的进展及应用 徐海江(航空航天部三部)20, 羟基磷灰石生物材料的研究现状、制备及发展前景 方丽 周永强 张卫珂。马景 云(1陕西科技大学材料科学 与工程学院)(2温州大学制笔重点实验室)(3山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室)21,纳米羟基磷灰石粉体生物活性的研究 武汉理工大学 22，先进复合材料 鲁云等主编 机械工业出版社 2004年 23，多孔材料引论 刘培生等编 清华大学出版 2005年 24，生物陶瓷材料 谈国强等编

25，无机非金属纳米微粒的制备方法 孟季茹 赵 磊 梁国正 秦宇(西北工业大学)26，无机非金属材料微孔构造形成方法 徐慧忠

27，生物玻璃治疗胫骨骨折的疗效观察 郝思春，孙俊英 等 2004年 28，纳米羟基磷灰石研究进展 黄路 段晓明 南华大学研究生院 29，羟基磷灰石义眼移植研究 唐志强 倪建同 江苏省泰州市第四人民眼科中心

30，生物陶瓷材料（Bioceramic materia）陈德敏(上海第二医科大学附属第九人民医院，上海生物材料研究测试中心)31，无机非金属材料工艺学 王琦等主编 中国建材工业出版社 2005年

32，羟基磷灰石骨修复材料 张阳德 乐园 赵锌崎 中南大学卫生部肝胆肠卫生中心。

33生物医用纳米羟基磷灰石的制备及应用 中国组织工程研究与临床应用 李颖华 曹丽华。

34，生物活性玻璃陶瓷人工骨材料的研究进展 山东压料大学附属基院(2 5 o o 1 2)汤继文 张玉德 春梅

第五篇：低烟无卤阻燃护套料在应用中的几个问题

低烟无卤阻燃护套料在应用中的几个问题

张国栋

摘要：本文介绍了低烟无卤护套料在应用中出现的几个典型的问题，包括挤出加工困难、护套易开裂、材料热变形很难通过等问题，目的是抛砖引玉，共同探讨。关键词：阻燃；挤出；开裂；热变形

一、前言

近几年来，随着国民经济的迅速发展，特别是电力、电子及信息化等行业的发展尤为迅速，使得与之配套的阻燃电线电缆用量剧增，由于人们对线缆的环保、安全要求越来越高，传统的PVC护套材料虽然阻燃性能好、价格低廉、容易加工，但由于其燃烧时会放出大量的卤化氢气体和浓烟，造成火灾的“二次危害”，对人体健康及环境损害很大。当今人们越来越重视环保，特别是应用在地铁、船舶、建筑、家用电器等对环保要求较高的环境，低烟无卤材料护套的电线电缆，得到了广泛的应用，并有愈演愈烈之势。

目前线缆行业里应用较为广泛的是热塑性低烟无卤聚烯烃材料，聚烯烃基料以EVA为多，几年应用下来，发现几个问题，再次提出来探讨一下。

二、挤出加工问题

说到这个问题，就不能不提一下此种阻燃材料的阻燃基理。聚烯烃是无卤材料，纯碳氢化合物，燃烧时分解出水和二氧化碳，不产生明显的烟雾和有毒的腐蚀性气体，其本身是可燃的，要加入无卤的阻燃剂组成无卤阻燃材料。要达到要求的阻燃效果，需添加大量的阻燃填充剂Al(OH)3或Mg(OH)2，填充量150份以上。这种水合金属氧化物受热后，会释放结晶水，吸收大量热量，从而抑制聚合物温度上升，延缓热分解，来阻止燃烧。另外，脱水分解所产生的水蒸气，能稀释可燃性的气体，从而起到阻燃效果。

但是，添加大量的阻燃剂后，会使材料的机械性能明显降低，由于无卤阻燃护套料中含有较多的氢氧化铝或氢氧化镁填充剂，导致胶料硬度高，挤塑时生热大，护套挤制困难。特别是使用普通PE的高压缩比螺杆生产时，螺腔内压力过大易导致剪切生热，使实际温度比设定的温度高许多，容易引起物料过热机械分解，吸出水分，从而使线缆在离模后表面粗糙，有气孔，影响护套的机械物理性能。经过生产实践，加强对主机温度的控制可以消除此种现象，挤出机各段都要有风冷装置，并保证功率足够，使各区的温度不要超过170℃。另外采用低压缩螺杆，也可以大大降低材料的剪切热，其压缩比在1.1～1.5：1之间，长径比在20～25：1之间即可，此种螺杆加工无卤阻燃护套的工艺性能较优异且能大大提高生产效率，由于无机阻燃剂氢氧化铝或氢氧化镁的加入，使无卤阻燃电缆料极易吸潮，为了达到更加的挤塑质量，一般在生产前需对无卤阻燃料进行烘干，烘干温度控制在60～80℃（最高不得超过90℃）、时间控制在4小时左右。

无卤阻燃料挤出加工中的关键工艺因素之一是挤出模具的设计。挤出模具分三种形式：挤压式、挤管式和半挤压式。三种形式的模具均可用于挤制此料。挤压式模具是模芯没有管状承径部分，模芯缩在模套承径后面。料流是靠压力通过模套实现最后定型的，挤出的塑胶层结构紧密、外表平整。由于在模口处产生较大的反作用力，会出现离模膨胀，一般模套内径比成品外径小5%左右，但使用挤压式模具，护套偏心调节困难，厚薄不易控制。挤管式模具模芯有管状承径部分，模芯口端面伸出模套口或持平。固有挤出速度快、生产操作简单、偏心易调节、护套厚薄容易控制等优点，但该模具类型的缺点是塑胶层致密性差、外表不如挤压式模具圆整。半挤压式模具模芯有管状承径部分但比较短。模芯承径的端面缩进模套口面，这是挤压式与挤管式的过渡形式，通常在大规格挤包及护层要求紧密时采用。如果采用半挤压式或挤管式模具，模具的拉伸比不能太大，1.5～2.0之间即可。

三、护套开裂问题

使用低烟无卤阻燃护套的电缆在敷设时或在电缆盘上护套即开裂的情况，几年来已经发生过多次，由于在聚烯烃中添加了大量的无机阻燃料，使材料的机械物理性能急剧下降，相对于HDPE护套，抗拉强度下降了近40%，断裂伸长率下降了近65%，如果在护套加工时温度和模具选配的不够合理，非常容易在合胶缝处出现开裂现象。笔者曾经做过一次破坏性试验，选用了七家不同生产厂家的同类型低烟无卤阻燃护套材料，采用相同的设备和相同的工艺，做同一种产品，产品在护套前采用0.3mm厚的铝塑复合带纵包，各做了100mm，缆芯充入了150kPa的氮气。使用相同的盘具收线（为了提高应力，采用了较小的收线盘径，线盘的筒体直径为缆径的10倍左右），放在阳光下暴晒，时值盛夏6月底，天公作美，没有出现阴雨天气，环境温度变化为25℃～35℃，实际电缆表面的温度要高于35℃，甚至达到50℃～60℃，经过7个昼夜的暴晒，电缆内的气压均变为0，经检查，电缆表面均出现不同程度的开裂，多数为纵向开裂，开裂处多在铝带的搭接缝处，个别在合胶缝处，同样情况的PE护套则不会出现此类现象。

由此可见，为了提高材料的阻燃性能而添加了大量的无机阻燃剂，导致护套的机械性能降低，希望材料厂商在满足材料阻燃要求的同时，提高材料的耐热应力开裂性能和抗撕性能，以避免护套在应用时开裂现象的发生。此外，无卤阻燃材料在进行护套加工时的工艺也会影响到开裂性能，如塑化不良，导致合胶缝处粘结不好，使护套在合胶缝处的抗撕强度低导致开裂；温度控制不良使护套内产生气孔导致强度和伸率下降导致开裂等。模具的选配不当也会导致材料的塑化不良或者使护套内产生应力，在模具设计时要考虑模具的拉伸及模芯与模套的锥度要合适。冷却时第一段水槽采用50℃左右的水温为宜，可以在一定程度上减小和释放护套在挤塑过程中的内应力，减少开裂现象的发生。在产品和工艺结构设计上也要尽量使护套前的半成品表面光滑圆整，如纵包金属带，可以考虑在金属带处反方向以一定的节距绕扎一定强度的扎纱，控制金属带的回弹，见效无卤护套内部的应力集中，也可以避免开裂的发生。此外，成品线缆的贮存也应避免阳光的长时间暴晒。

四、关于热变形指标的讨论

国内外相关标准中，针对热变形指标的规定有所不同，下表是几个涉及到通信线缆及材料的几个标准对热变形指标的规定。

标准名称 IEC60092-359 EN50290-2-27 GB/T 19666 YD/T 1113 YD/T 1119 YD/T 1120 YD/T 886 试验温度（℃）80±2 80±2 80±2 90 100 试验时间（h）4（D≤12.5）6（D＞12.5）4 4（D≤12.5）6（D＞12.5）1注：GB/T 2951.6等同采用IEC60811-3-1 我厂曾经送过几次无卤阻燃材料进行抽检，按YD/T 1113标准考核热变形指标均不合格，变形率均达到了100%，已经压穿了，与检测中心沟通，得知无论是国产的还是进口材料，此项指标均不合格，都达不到YD/T 1113标准的要求，该标准中规定，测试热变形指标的测试方法是依据PVC材料标准GB/T 8815，该标准考核PVC还是可以的，考核低烟无卤阻燃材料值得探讨。

另外，我们国家的标准也不统一，甚至邮电行业的几个标准也不一致，YD/T 1113与YD/T 886及YD/T 1119、YD/T 1120之间的试验温度规定就不同。GB/T 19666与IEC 60092-359的要求相同，试验时间与电缆的外径有关，而欧洲标准与IEC标准又不相同。这些标准的不一致会带来很多不便，材料的生产和使用单位在进行检测时容易出现判据不统一的情况，给材料的应用带来不便。此外，邮电行业的几个标准对材料的命名也不统一，YD/T 886和YD/T 1119都命名为“低烟无卤阻燃聚烯烃”，YD/T 1120则命名为“低烟无卤阻燃聚乙烯”，现在大量应用的是以EVA为基材的无卤材料，YD/T 1120的命名覆盖的不够全面，命名应与YD/T 886相同。

目前，低烟无卤阻燃材料应用范围越来越广，每年的用量越来越大，希望相关标准的制定部门能够结合实际，编制一套可供广大材料的生产商和使用商有效参考的标准。

五、结束语

低烟无卤阻燃材料虽然已经大规模的应用在地铁、船舶、高层建筑、家用电器、移动基站等对安全及环保要求较高的场合，但由于在聚烯烃中添加了大量的无机阻燃填充剂，使材料的机械性能大大降低，使之应用受到一定的限制。可喜的是，有些材料厂商如DOW化学、北欧化工已经在开发新型的无卤阻燃材料，如新型膨胀型阻燃料、加入纳米的无卤阻燃料等。希望有关的研发和生产厂商能够开发出性能更加平衡的材料，同时能够降低单位长度线缆的护套成本，有效地推进无卤阻燃技术的应用。

低烟无卤聚烯烃阻燃料

产品简介: 该产品无卤、低发烟量、高阻燃、热塑型的聚烯烃注塑料，适用于分支电缆注塑头及各种接插件。可直接制成各种颜色或加入聚烯烃类色母料。该材料具有较好的物理机械性能及良好的阻燃性能，断裂伸长率高，耐开裂性能好，加工性能特别优良。绿色环保符合欧ROH指令。

一.性能典型值

性 能 单位 典型值 测试方法 密度 g/cm3 1.10 GB1033 原始拉伸强度 Mpa 6 GB/T1040 原始断裂伸长率 ﹪ 350 GB/T1040 冲击脆化温度（-35℃）通过 GB5470 20℃体积电阻系数 ΩM 2×1012 GB1410

击穿电压力 MV/m 32 GB1408

氧指数 ﹪ 31 GB1408 烟密度 有焰 50 GB8323

无焰 92 PH值 5.4 IEC754-2 电导率 µ s/cm 9.1 IEC754-2

以上列数据是本产品的典型值,不作产品的标准考核值

二.良好的物理性能

断裂伸长率

传统的ATH低烟无卤阻燃电缆料的断裂伸长率只有240%左右，我公司生产的低烟无卤阻燃电缆料的断裂伸长率可以达到300%以上。

从另一个方面说，断裂伸长率的好坏直接影响着低烟无卤阻燃料的耐环境开裂性能的好坏，断裂伸长率大，耐环境开裂性能就好。

耐环境开裂性能

耐环境开裂性能远远优于传统的低烟无卤阻燃料。

成型收缩率小，一般在0.5%左右.三.加工技术

本产品加工性能优良，可在普通柱塞式、螺杆式注塑机上成型，注塑温度为：150-180℃左右，可根据具体情况进行调整。一般情况下，最高温度不应超过200℃。

四.高效的阻燃性能 氧指数：氧指数在30以上。

燃烧时炭化速度快，成膜性好，短时间点燃后离火自熄。

五.高标准的环保性能

无卤，无铅，无硫/锑，低烟，低腐蚀，符合欧洲绿色环保要求。

六.可自由配色可以根据生产需要自由添加聚烯烃类色母料，色母料加入闪要进行烘干（70℃，4小时），加入比例在0.5%左右。

七.突出的性价比

我公司生产的低烟无卤阻燃料的密度在1.10~1.15g/cm2之间，传统ATH低烟无卤阻燃料的密度一般在1.45~1.55g/cm2之间，综合性价比突出，可大幅度降低材料用量，可降低生产成本，具有价格优势。

八.储存和包装

应放置在阴凉通风、干燥的地方，建议在6个月内使用。

采用25kg聚乙烯内膜、纸塑复合袋包装。开包的料没有用完时一定要重新密封在放。低烟无卤聚烯烃阻燃护套料（绝缘料）

产品简介： 本产品以聚烯烃类聚合物为基材，添加新型高效无卤膨胀型阻燃剂及各种助剂，采用的先进的配方体系，经混炼挤出造粒而成，与传统的低烟无卤阻燃料相比，具有无可比拟的优点。主要应用于电力电缆、控制电缆、通信电缆、光缆，产品标准

参见Q/PYS001-2005。

一.性能典型值

项 目 单 位 典 型 值 试验方法

绝 缘 料 护 套 料

密度 g/cm3 1.02 1.03 GB1033 熔融指数 g/10min 0.6 0.6 GB3682 拉伸强度 MPa 14 13 GB/T1040 断裂伸长率 % 560 540 GB/T1040

热老化100℃×168h

拉伸强度变化率 % 11 10 GB/T2951.2 断裂伸长率变化率 % 13 12 GB/T2951.2 20℃体积电阻率 Ω.m 3×1015 8×1014 GB1410

氧指数 % 35 32 GB/T2406 介电强度 MV/m 30 27 GB/T1408.1 卤酸释放量 mg/g 0 0 GB/T17650.2 燃烧气体PH值 ＿ 5.8 5.5 GB/T17650.1 烟密度（有焰）＿ 105 115 GB/T8323

二.优异加工性能： 对设备的要求：

传统的ATH低烟无卤阻燃电缆料粘度大，挤出压力大，对挤出设备有较高的要求，要求挤出机配备专用螺杆和大功率的电机（特别是生产大型号的电缆时）。我公司生产的低烟无卤阻燃电缆料无需专用设备，对挤出机螺杆和电机功率没有特别的要求，可以适应BM螺杆，能在普通的PVC挤出设备上高速挤出，成缆挤出时电机电流小，在同样的条件下，只有传统ATH低烟无卤阻燃料的四分之一左右。对螺杆和机筒的磨擦小，电机的负荷小，有利于保护设备和电机。

挤出速度

由于我公司生产的低烟无卤阻燃电缆料粘度小，挤出电流小，同样的条件下可以达到传统ATH低烟无卤阻燃料挤出速度的2-4倍，能大大缩短生产时间和提高生产效率。例如：￠120挤出机，普通型螺杆，电机功率30KW，生产线缆直径为34.7mm的电缆时，线速度可达到7m/分，电机电流为60A。生产线缆直径为21.7mm的电缆时，线速度可达到12m/分，电机电流为60A。

又如：￠150挤出机，普通型螺杆，电机功率160KW，生产线缆直径为26.5mm的电缆时，线速度可达到15m/分，电机电流为240A。生产线缆直径为41.2mm的电缆时，线速度可达到9m/分，电机电流为260A。

熔体拉伸比：

由于采用了先进的配方体系，我公司生产的低烟无卤阻燃电缆料在挤出成型时熔体粘度好，在保证表面光洁度的情况下，熔体拉伸比可以达到2-4倍，而且熔体不破裂、不断胶，配模容易。

加工温度：

加工温度范围宽，可以从150~200度的范围内自由设定。参考挤出温度：1区 2区 3区 4区 5区 机头

160℃ 165℃ 170℃ 175℃ 180℃ 190℃

可自由配色可以根据生产需要自由添加聚烯烃类色母料，色母料加入闪要进行烘干（70℃，4小时），加入比例在0.5%左右。

三.良好的物理性能

断裂伸长率

传统的ATH低烟无卤阻燃电缆料的断裂伸长率只有240%左右，我公司生产的低烟无卤 阻燃电缆料的断裂伸长率可以达到450%以上。

从另一个方面说，断裂伸长率的好坏直接影响着低烟无卤阻燃料的耐环境开裂性能的好坏，断裂伸长率大，耐环境开裂性能就好。

耐环境开裂性能

耐环境开裂性能远远优于传统的低烟无卤阻燃料。

四.高效的阻燃性能 氧指数：氧指数一般在30~36之间，可以根据客户的要求进行调整。

通过VW-1单根垂直燃烧试验。

结合电缆结构设计可通过IEC60332-3中A类、B类或C类成束燃烧试验。

燃烧时炭化速度快，成膜性好，短时间点燃后离火自熄。

五.突出的性价比

我公司生产的低烟无卤阻燃料的密度在1.10~1.15g/cm2之间，传统ATH低烟无卤阻燃料的密度一般在1.45~1.55g/cm2之间，其性价比如下：

类别 密度 价格 元/立方分米 按密度比值计算性价比

我公司生产的阻燃料 1.10 23500 25.85 23500

传统ATH阻燃料 1.45 18000 26.10 18000X1.45/1.10=23727

通过比较可以看出，我公司生产的阻燃料综合性价比突出，可大幅度降低材料用量，可降低生产成本，具有价格优势。

六.高标准的环保性能

无卤，无铅，无硫/锑，低烟，低腐蚀，符合欧洲绿色环保要求。

七.成本节约

设备改造费用节约：使用传统的ATH低烟无卤阻燃料时，有时需要更换螺杆和电机（直

流），费用在30000元左右。

电能和人工费用节约：同样的条件下，我公司生产的低烟无卤阻燃料要比使用传统的ATH低烟无卤阻燃料的生产速度快2~3倍，每吨料可节约人工费用约400元左右。每吨料可节约电费约1000元左右。

设备磨损：传统的ATH低烟无卤阻燃料粘度大，挤出压力大，对螺杆和机筒的磨擦大，对电机的损坏大，有利于保护设备和电机，从而节约了设备维护费用。

八.储存和包装

应放置在阴凉通风、干燥的地方，建议在6个月内使用。采用25kg聚乙烯内膜、纸塑复合袋包装。开包的料没有用完时一定要重新密封在放。

无卤低烟隔氧层阻燃电力电缆的设计、制造和检测

（二）星期一 2004年7月26日 11:35:00 来源：中国电线电缆网

关键 阻燃电力电缆摘要 无卤低烟隔氧层阻燃电力电缆的设计、制造和检测。特变电工新疆新缆厂 卢红超 卢玉莲 4..试制过程中出现的问题及解决办法在试制过程中技术关键问题主要有如下几点： 4.1.成缆由于填充采用的是阻燃填充，里面含有AL（OH）

3、Mg（OH）2等成分，它的抗拉强度特别小，因此在试制过程当中模子必须合适。开始我们选用普通填充用的模子，结果发现填充经常断，并且表面发粘，经过分析我们得知其主要原因是因为填充抗拉强度比较小，而模子太小由于摩擦致使其中的AL（OH）

3、Mg（OH）2分解所致，后来我们把填充根数减少，但这样一来电缆成缆便不圆整了，后来我们决定把并线模适当增大，同时在成缆机上加上抱闸使放线也带上张力，这样既能保证电缆的圆整又能避免填充的发粘分解现象。4.2.低烟无卤护套挤出 ●设备型号的选择和挤塑机各区温度的控制。在护套首次挤出中我们在普通挤出机上进行试制，挤出过程中出现挤出表面毛糙，绝缘和护套中出现了大量的微孔，再次挤出过程中，我们对

字体：大 中 小 其进行了分析，阻燃热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由于其配方体系发生了变化，无卤低烟阻燃聚烯烃护套料中添加了大量的水合金属氧化物以及消烟剂、增塑剂、稳定剂、加工助剂，致使其工艺挤出性能较差，而且在不同的挤出设备上，因挤出机的螺杆结构不同，冷却方式的不同，挤出温度也有所不同而存在着很大的差异：无卤低烟阻燃料对加工温度非常敏感，其加工温度通常在160～170℃之间，低于这个温度该料将不能完全塑化，会造成机头挤出压力过大，挤出难于进行，高于这个温度塑料将发生分解，造成绝缘或护套表面粗糙而且在护套中将出现大量气孔，这就要求对挤出设备有非常高的要求。通过我们对对挤出机的螺杆结构、长径比、直径、转速、模具、冷却等装置进行理论分析，得出：螺杆直径越大，加工能力越大。长径比越大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机生产能力，但长径比过大时，会使塑料受热时间增长易引起降解，并增大挤出机的功率消耗；长径比过短，易引起混炼的塑化不良。经过实践表明，普通电缆料目前使用的通常是长径比L/D为20或25的螺杆，因为无卤低烟阻燃聚烯烃电缆料中含有高填充的氢氧化镁、氢氧化铝，在长径比L/D为25的螺杆中受热时间较长后无机阻燃剂分解造成挤出表面变差；就螺杆压缩比、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒间隙等方面而言，压缩比越大、螺杆与料筒间隙越小对塑料产生的剪切作用和挤压力越大，容易引起物料机械分解。螺杆的选择也是无卤低烟阻燃料挤出的关键，屏障式螺杆、销钉型螺杆、双螺纹螺杆都不适应无卤低烟阻燃料的挤出，这些都对阻燃聚烯烃电缆料的挤出不利，易造成不良挤出表面，挤出设备中另一影响阻燃聚烯烃电缆料挤出性能的因素是挤出机的冷却装置，因阻燃聚烯烃电缆料都含有一定数量的填充，在挤出过程中会摩擦生热，这就要求挤出机要有较好的冷却装置才能保证稳定地控制工艺温度。因此，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料更加要求挤出机要有良好的冷却装置，经多次实践表明，热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料只有保证控温良好，才能做到挤出表面稳定，这是由该类材料的本性所决定的。阻燃热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料与非阻燃聚烯烃电缆料不同之处在于前者含有阻燃填充剂，由于其配方体系发生了变化，致使挤出温度也有所不同，而且在不同的挤出设备上，因挤出机的螺杆结构不同，冷却方式的不同而存在着很大的差异。对于阻燃聚烯烃电缆料来说，挤塑时螺杆转速设置也是一个不容忽视的问题，基其配方特点，挤塑时它不可能达到普通阻燃聚烯烃电缆料那样快的螺杆转速，其原因主要为：

1、螺杆转速快，物料受到剪切作用大，易引起其中的阻燃剂热分解；

2、螺杆转速快，后物料摩擦生热也大，温度难于控制，易造成阻燃剂受热分解。无卤低烟阻燃电缆料在Φ90挤出机上，当螺杆转速超过20～22r/min时，即使在较低挤出温度下也会造成无卤阻燃剂分解，导致挤出表面毛糙。而且在这种情况下对于只有风冷的挤出设备来说，其工艺温度是难于控制的，温度会一直往上升。在通过多次生产实践最终我们选择了长径比L/D为20的单纹螺杆挤出机，并对挤出机的冷却设备进行了改进，把风冷系统改为水冷系统，解决工艺温度难以控制的弊端。●特殊挤塑模具的选择。模具的选择也是无卤低烟阻燃聚烯烃电缆料挤出质量好坏的关键所在，阻燃聚烯烃电缆料与非阻燃聚烯烃电缆料不同之处在于前者含有阻燃剂填充，其中低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料填充量甚至高达150phr以上，这就导致了其在熔融状态下熔体强度、拉伸比、熔体粘度与非阻燃聚烯烃电缆料存在较大差异，从而要求挤出成型时模具的选配也有所不同。经过我们理论分析与实际经验的总结，一般来说，阻燃聚烯烃电缆料均适用于挤压式、半挤管式及挤管式模具。使用挤压模时，因阻燃聚烯烃电缆料熔体粘度大，使得机头压力增加，挤出制品压得较密实，导致离模时会有所膨胀，可选取模套内径尺寸比成品的标称直径小5%左右；使用半挤管式右挤管式模具时，必须考虑到阻燃聚烯烃电缆料的拉伸比。经过工艺试验发现普通阻燃电缆料拉伸比可达6～7左右，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料拉伸比在2.5～3.2左右。模具选配拉伸比越小，挤出表面会愈光洁，但这在实际生产中是不大可能的，也不可取。针对阻燃聚烯烃电缆料时，模芯模套采用如下配比较为合理：模芯内径=绕包层外径+（0.6～1.5）mm, 模套内径=电缆标称外径+(2～7)mm。经过多次挤出生产，产品外观及各项工艺性能取得了非常良好的效果。5.试验设计 我们评价一根电缆是否安全可靠,主要从以下几个方面考虑: 5.1.燃烧特性。成束燃烧试验,这项试验主要考虑电缆在多根并列运行时相互影响的大小,通常按照GB18380-2001来执行,我们这里按照A类阻燃试验的要求,算出试验根数按照规定条件进行试验。5.2.无卤特性。我们主要通过测量电缆燃烧后气体的卤酸释放量也就是PH值或电导率值来确定其是否达到无卤特性，因为我们知道酸中氢离子和氯离子的数量是相等的。5.3.烟密度。由于电缆一旦发生问题，如果产生大量的烟雾，势必给救援工作带来极大的不便，同时大量的烟雾对人和环境都有很大坏处。5.4.烟气毒性。有时电缆虽然没有很大的烟雾，但是如果燃烧后释放的气体有大量的毒性，仍然会造成人员的伤亡，所以我们按照GA312－2001，通过小白鼠试验对其毒性进行测试。6.交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆的优点交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆具有许多优点： ①燃烧载荷低，电缆敷设密度较高； ②比一般的无卤低烟电缆阻燃性能好，且燃烧后气体无卤素，低毒，低烟属环保型产品，可靠性高，可以减少其他防火措施； ③保险费用在某些情况下显著降低。交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆在我国也已有大量使用的纪录，在首都国际机场、上海地铁曾大量的使用，但大部分关键线路由于一般开发出的低烟无卤电缆阻燃性能低，要依赖进口的无卤低烟低毒阻燃电缆，我厂高质量的交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆研制成功，可缓解国内紧张的需求。交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆的研制开发成功，使我们在产品系列上和档次上产生了质的飞跃，并可根据用户生产出地铁专用隔氧层阻燃电力电缆，该电缆有优异的抗白蚁性能，安全可靠，对人及环境无污染，可以视同一般电线电缆敷设和安装，我们已完全掌握了交联聚乙烯绝缘隔氧层阻燃电缆的结构设计和材料选用。7.结束语我们开发的交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆新产品经测试，其各项安全性能指标达到了国际行业标准的水平，炭化高度为1.5米，远低于GA306-2001要求的2.5米，其阻燃性能超过成束燃烧试验A类标准，烟浓度指标透光率达到90%（达到公安部GA306-2001规定的一级A类中要求的最小透光率为80%），烟气毒性主要表现为麻醉性，按照GA132-1996判定该材料烟气毒性为准安全级二级（ZA2）,该产品的研制成功，使高性能的交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆的大量推广成为可能。因为其绝缘采用一般的绝缘代替低烟无卤绝缘，不仅大大增强了绝缘性能，也大大降低了生产成本，而其阻燃性能不但没有减弱反而增强，标志着我厂在开发消防安全系列的产品上又上了一个新台阶，填补了自治区在消防电缆产品中的又一项空白，将为保障国家和人民生命财产做出重大贡献，因此开发该产品不仅有良好的经济效益，而且也具有良好的社会效益。