摘要

本文旨在深入分析山西省所产氢氧化镁作为聚丙烯阻燃添加剂的性能表现。通过对氢氧化镁的基本特性研究，以及在聚丙烯材料中添加不同含量氢氧化镁后的阻燃性能、力学性能、热稳定性等多方面进行测试与分析，探讨其应用的可行性与优势，同时针对存在的问题提出相应的改进方向，为山西省产氢氧化镁在聚丙烯阻燃领域的进一步开发与应用提供理论依据和实践指导。

一、引言

聚丙烯（PP）作为一种性能优良的热塑性塑料，具有密度小、强度高、耐化学腐蚀等优点，在汽车、电子、包装等诸多领域广泛应用。然而，聚丙烯的易燃性限制了其在某些对防火安全要求较高场景下的使用。因此，开发高效的阻燃添加剂对聚丙烯进行改性至关重要。氢氧化镁作为一种环境友好型无机阻燃剂，具有无毒、抑烟、热稳定性好等特点，逐渐受到关注。山西省富含丰富的镁资源，其产出的氢氧化镁在成本与原料供应上具有一定优势，研究其在聚丙烯阻燃中的应用性能具有重要意义。

二、氢氧化镁的基本特性

（一）化学组成与结构

氢氧化镁是一种白色粉末状固体，其化学式为 Mg(OH)₂，属于六方晶系，晶体结构呈层状。这种层状结构使得氢氧化镁在受热时，层间结构会发生变化，释放出结晶水，从而起到吸热降温、稀释可燃气体浓度等阻燃作用。

（二）热稳定性

山西省产氢氧化镁在常温下性质稳定，在加热过程中，约在 300℃以上开始分解，分解反应为：Mg(OH)₂ → MgO + H₂O↑。这一特性使其在聚丙烯加工温度范围内（通常在 200℃左右）能够保持较好的稳定性，而在聚丙烯燃烧时的温度条件下分解发挥阻燃功效。

三、实验部分

（一）原材料与试剂

1. 聚丙烯：选用常见的均聚聚丙烯（PPH），熔体流动速率（MFR）为 2 - 3g/10min，以保证其基本的加工性能。

2. 氢氧化镁：来自山西省某氢氧化镁生产企业，纯度≥98%，平均粒径通过激光粒度分析仪测得为 D50 = 1 - 2μm。

（二）样品制备

采用熔融共混法制备聚丙烯/氢氧化镁复合材料。设置不同的氢氧化镁添加量，分别为 10%、20%、30%、40%、50%（质量分数），将聚丙烯与氢氧化镁在高速混合机中预混合均匀，然后通过双螺杆挤出机进行熔融共混、造粒，最后利用注塑机制备标准试样用于后续性能测试。

（三）性能测试方法

1. 阻燃性能测试：按照垂直燃烧法（UL - 94 标准），使用专业的垂直燃烧测试仪，观察样品在点燃后的燃烧时间、燃烧速度、滴落物情况以及是否能够自熄等，评估其阻燃等级。

2. 力学性能测试：通过材料试验机，对试样进行拉伸强度、弯曲强度和冲击强度测试。拉伸强度测试按照 GB/T 1040 - 2006 标准，弯曲强度测试按照 GB/T 9341 - 2008 标准，冲击强度测试采用悬臂梁冲击试验方法，依据 GB/T 1843 - 2008 标准，每组试样至少测试 5 个样品取平均值。

3. 热稳定性分析：借助热重分析仪（TGA），在氮气氛围下，以 10℃/min 的升温速率从 30℃升至 600℃，记录样品的热失重曲线，分析其热分解温度、最大热失重速率等参数，以表征材料的热稳定性。

四、结果与讨论

（一）阻燃性能

1. 垂直燃烧测试结果

随着氢氧化镁添加量的增加，聚丙烯复合材料的阻燃性能显著提升。当添加量为 10%时，样品燃烧速度较快，仍有较多熔滴，阻燃等级仅为 HB 级；添加到 20%时，燃烧时间明显缩短，熔滴减少，达到 V - 2 级；当添加量达到 30%及以上时，样品能够实现离火自熄，且基本无熔滴，阻燃等级提升至 V - 0 级。这表明氢氧化镁在一定添加量下能够有效抑制聚丙烯的燃烧，其阻燃机理主要体现在受热分解时吸收大量热量，降低材料表面温度，同时释放的水蒸气稀释了可燃气体浓度，并在材料表面形成一层氧化镁保护层，阻止氧气与基材进一步接触。

 

2. 阻燃协同效应探讨

在实验过程中发现，当氢氧化镁与少量其他阻燃剂（如磷系阻燃剂）复配使用时，能够进一步提高阻燃效果。例如，在氢氧化镁添加量为 30%的基础上，加入 2%的某磷系阻燃剂，复合材料的极限氧指数（LOI）相比单独使用氢氧化镁时提高了约 1.5 - 2.0，说明山西省产氢氧化镁与其他阻燃剂存在一定的协同阻燃作用，这为开发高效复合阻燃体系提供了思路。

（二）力学性能

1. 拉伸强度

随着氢氧化镁含量的增加，聚丙烯复合材料的拉伸强度呈现先下降后趋于平稳的趋势。在添加量为 10%时，拉伸强度较纯聚丙烯下降了约 10%，这是因为氢氧化镁粒子作为刚性填料，分散在聚丙烯基体中，破坏了聚丙烯分子链的规整性，导致应力集中，从而使拉伸强度降低。当添加量超过 30%后，下降幅度逐渐减缓，可能是由于氢氧化镁粒子之间形成了一定的网络结构，起到了一定的承载作用，缓解了因大量填料加入导致的强度下降。

2. 弯曲强度

弯曲强度的变化规律与拉伸强度类似，随着氢氧化镁添加量的增多而降低。在添加量为 50%时，弯曲强度仅为纯聚丙烯的 60%左右。这说明氢氧化镁的加入对聚丙烯的刚性影响较大，在提高阻燃性能的同时，牺牲了部分力学性能，在实际应用中需要综合考虑两者的平衡。

3. 冲击强度

冲击强度对氢氧化镁添加量较为敏感，随着添加量的增加，冲击强度大幅下降。当添加量为 10%时，冲击强度降低了约 30%，当添加量达到 50%时，冲击强度仅为纯聚丙烯的 20% - 30%。这是由于氢氧化镁粒子与聚丙烯基体的界面结合力较弱，在受到冲击载荷时，容易引发裂纹并迅速扩展，导致材料韧性变差。

（三）热稳定性

1. 热重分析结果

从热重曲线可以看出，纯聚丙烯在 300℃左右开始快速热分解，而添加氢氧化镁后的复合材料初始热分解温度略有提前，但随着氢氧化镁添加量的增加，复合材料在高温区的热稳定性增强。例如，当氢氧化镁添加量为 50%时，在 400℃时的热失重率相比纯聚丙烯降低了约 15%，这是因为氢氧化镁在受热分解过程中吸收热量，同时分解产物氧化镁能够在一定程度上阻隔热量传递，提高了材料的热稳定性。

2. 加工过程中的热稳定性

在实际的熔融共混加工过程中，发现山西省产氢氧化镁在聚丙烯体系中的分散性对复合材料的热稳定性也有影响。当氢氧化镁分散均匀时，能够在聚丙烯基体中形成稳定的结构，有利于提高热稳定性；反之，若出现团聚现象，会导致局部过热，加速材料的热分解，因此在加工过程中需要优化工艺参数，改善氢氧化镁的分散性。

五、结论

（一）阻燃性能方面

山西省产氢氧化镁能够显著提高聚丙烯的阻燃性能，随着添加量的增加，阻燃等级逐步提升，在一定添加量下可实现 V - 0 级阻燃效果，且与部分其他阻燃剂复配时存在协同阻燃作用，展现出良好的应用潜力。

（二）力学性能方面

氢氧化镁的加入会导致聚丙烯复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度不同程度下降，尤其是冲击强度下降明显。在追求良好阻燃性能的同时，需要通过优化氢氧化镁的表面处理、粒径控制以及与其他增强填料复配等方式来尽量弥补力学性能的损失。

（三）热稳定性方面

虽然氢氧化镁的加入使聚丙烯复合材料初始热分解温度略有提前，但在一定程度上增强了高温区的热稳定性，其自身受热分解的吸热特性以及对热量传递的阻隔作用对整体热稳定性有积极影响。不过，加工过程中需关注其分散性对热稳定性的影响。

综上所述，山西省产氢氧化镁作为聚丙烯阻燃添加剂具有诸多优势，尽管目前在力学性能等方面存在一些挑战，但通过进一步的研究与技术改进，有望实现在聚丙烯阻燃领域的大规模应用，推动山西省相关产业的发展。

六、展望

未来针对山西省产氢氧化镁用于聚丙烯阻燃添加剂的研究可从以下几个方向展开：一是研发更有效的氢氧化镁表面改性剂，提高其与聚丙烯基体的相容性和分散性，从而提升复合材料的力学