云母协同APP/MCA体系在薄壁阻燃再生聚乙烯复合材料中的协同阻燃效应研究

为解决再生聚乙烯(rPE)材料在精密仪器和医疗设备包装衬垫中应用的阻燃性能不足问题，研究人员通过熔融挤出法制备了以APP/MCA为主阻燃剂、云母(Mus)为协同剂的rPE复合材料。研究发现3:1质量比的APP/MCA使复合材料LOI达31.2%并通过UL94 V-0级，添加4%Mus后LOI提升至33.7%且厚度2.0mm仍保持V-0级，同时热稳定性(T5%↑19.3°C)和机械性能(拉伸强度↑46.6%)显著改善。该研究为开发高性能薄壁阻燃rPE提供了新策略。

　　

聚乙烯(PE)作为全球产量最大的通用塑料，因其轻质、耐腐蚀等特性广泛应用于包装和医疗器械领域。然而其极限氧指数(LOI)仅17%-18%，燃烧时易熔滴的特性严重限制了在高精密场景的应用。传统阻燃剂如聚磷酸铵(APP)和三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)虽能提升阻燃性，但高添加量会导致材料力学性能断崖式下跌——这正是当前阻燃rPE研发面临的"卡脖子"难题。

湖南省级自然科学基金项目支持下的研究团队创新性地将层状硅酸盐矿物云母(Mus)引入APP/MCA阻燃体系。通过熔融挤出技术制备的系列复合材料显示：当APP与MCA质量比为3:1时，rPE/33(3#APP/MCA)复合材料表现出最优阻燃性能，LOI达31.2%并通过UL94 2.5mm V-0级认证。更突破性的是，添加4%云母后形成的rPE/29(3#APP/MCA)/4Mus复合材料，在厚度降至2.0mm时仍保持V-0等级，LOI进一步提升至33.7%。

研究采用垂直燃烧测试仪、氧指数分析仪和锥形量热仪等设备系统评估了材料性能。结果揭示云母的层状结构产生了多重协同效应：在阻燃方面，云母与APP生成的聚磷酸酸液膜形成物理屏障，使热释放速率峰值(PHRR)降低29.9%；在力学性能方面，其纳米增强作用使拉伸强度反弹46.6%，缺口冲击强度提升61.4%；热稳定性方面，5%热失重温度(T_5%)提高19.3°C，最大分解温度(T_max)上升21.7°C。

《Effect of varying APP/MCA ratios on the properties of rPE composites》章节证实，3:1的APP/MCA比例在气相(MCA分解产生NO₂/NH₃)和凝聚相(APP促进成炭)阻燃间达成最佳平衡。《Conclusions》指出，云母的加入使复合阻燃剂总添加量降至37%时，仍可实现1.0mm超薄样条的V-0等级(LOI 38.2%)，这较传统阻燃体系减量约30%。

该研究发表于《Polymer Degradation and Stability》的成果具有双重突破意义：一方面，云母的协同效应破解了阻燃剂高添加量与力学性能保持的矛盾；另一方面，2.0mm以下薄壁制品的V-0等级使其在医疗器材精密包装领域具备产业化应用价值。研究提出的"矿物协同-阻燃增强"策略，为开发环境友好型高性能阻燃塑料提供了新范式。