纳米有机蒙脱土在与聚乙烯混合过程中剥离为纳米尺度的结构片层,均匀分散到聚乙烯基体中,从而形成纳米聚乙烯。这种插层复合技术是基于在传统工艺基础上的技术革命,不需要新的高昂设备投资,操作方便,环境友好,容易实现工业化生产。纳米聚乙烯在加工过程中比聚乙烯熔化得快,加工温度可低一些,由于纳米复合低密度聚乙烯交联电力电缆绝缘料能在稍低的温度下熔化,而且熔化的时间微短,这正是生产交联电缆料需要的也重要的关键工艺,这样它可以大大减小电缆料的预交联,提高了加工安全性大幅提高电缆料的产品档次,杜绝废次品。
聚丙烯(PP)具有、易成型加工、耐化学腐蚀性好、综合力学性能优良及等优点,被广泛应用于化工、建筑、家电、包装、汽车等领域但由于纯PP树脂极限氧指数(LOI)低只有17%左右,本身易燃,燃烧时发热量大,燃烧速度快,并易产生熔滴,从而限制了其应用,因此对其阻燃化研究就显得尤为重要。
当复合聚烯烃材料用作绝缘料时,其介电性能是重要的参数之一,而其吸水性则会影响介电性能及长期使用稳定性。当聚合物的单体是亲水性的极性单体,或带有鞍酸盐基团时,吸水性会更强从而导致材料电阻率降低,绝缘性能变差,甚至绝缘层被击穿导致漏电,并且存在终引燃电缆材料发生火灾的风险。大多数电缆材料用聚合物可燃.有的在燃烧时会产生大量的有毒气体和浓烟,对环境造成危害并威胁生命财产安全。因此要控制绝缘材料的吸水量。
蒙脱土又名胶岭石、微晶高岭石,是一种硅酸盐的天然矿物质粘土,为膨润土矿的主要成分。蒙脱土具有层状结构,层间有可交换的阳离子如Na+等,通过离子交换反应,插层剂有机阳离子能嵌入蒙脱土片层问,使层间距离增大,并使蒙脱土由亲水性转变为亲油性,在剪切力作用下熔融聚合物插入蒙脱土层间使其剥离成纳米厚的片层分散到聚合物基体中,可以降低热释放速率,而且成炭性好,同时和其他阻燃剂有协同作用。
有机蒙脱土也是一种成炭效果很好的材料,它与各类阻燃剂都有很好的协同作用,加入蒙脱土对于阻燃材料的提高成炭性、减少发烟量等具有很好的效果,目前在阻燃材料中有大量的应用。
这种纳米结构和形态特性不同于其他二维、三维无机纳米粒子,从而赋予聚合物/蒙脱石复合材料以一些的机械性能,热性能,功能性能和其他的物理性能。已有的实践结果表明聚合物/蒙脱石纳米复合材料,机械性能明显提高,例如拉伸强度,弯曲强度提高20-50%,模量提高1-2倍;摩擦系数,耐磨性提高1倍。热变形温度,结晶聚合物(如PA)提高80-90℃,非结晶聚合物提高10-30℃;热膨胀系数减少约40%,材料的吸湿速度降低50%,尺寸稳定性提高提高2-5倍;水蒸气、O2、CO2紫外光透过率降低到1/2至1/5;热释放速度明显延缓,阻燃性显著提高,熔融流动性增加,成型收缩率降低,加工性能改善;复合材料的比重与单一聚合物相近,比常规无机填料改性的聚合物比重降低20-30%。材料的透光性也有不同程度的提高。因此聚合物/蒙脱石纳米复合材料成为新一代高阻隔性包装材料,高强度轻量化工程材料,高阻燃绝缘电器材料和抗疲劳弹性体材料。