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摘要： 本文旨在開發(fā)適用于甘肅省礦用電纜護(hù)套的氫氧化鎂耐高溫阻燃劑，并對(duì)其性能進(jìn)行全面分析。通過優(yōu)化氫氧化鎂的制備工藝，提高其阻燃性能和耐高溫特性，以滿足礦用電纜在復(fù)雜惡劣環(huán)境下的安全需求。詳細(xì)闡述了阻燃劑的制備過程、表征手段以及在礦用電纜護(hù)套中的應(yīng)用效果評(píng)估，為提升甘肅省礦用電纜的安全性能提供有力的技術(shù)支持和理論依據(jù)。

一、引言

甘肅省作為我國(guó)重要的礦產(chǎn)資源基地，礦業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，礦用電纜的安全性至關(guān)重要。礦用電纜在使用過程中面臨著高溫、磨損、腐蝕以及易燃等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，將造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，開發(fā)高性能的阻燃劑用于礦用電纜護(hù)套，提高其阻燃和耐高溫性能，是保障礦山安全生產(chǎn)的關(guān)鍵舉措。氫氧化鎂作為一種無毒、無鹵的環(huán)保型阻燃劑，具有廣闊的應(yīng)用前景，但普通氫氧化鎂在耐高溫性能方面存在一定的局限性，需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，以滿足甘肅省礦用電纜的特殊要求。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）原料與試劑

采用甘肅省當(dāng)?shù)刎S富的鎂質(zhì)資源作為主要原料，如菱鎂礦（MgCO?，純度≥90%）、白云石（CaMg(CO?)?，純度≥85%）等。其他試劑包括硫酸（H?SO?，分析純）、氫氧化鈉（NaOH，分析純）等，均購(gòu)自國(guó)內(nèi)知名化學(xué)試劑公司。

（二）氫氧化鎂耐高溫阻燃劑的制備

1. 原料預(yù)處理

- 將菱鎂礦和白云石分別破碎、研磨至一定粒度，然后進(jìn)行煅燒處理。煅燒溫度控制在 700 - 800℃，保溫時(shí)間根據(jù)原料特性和煅燒設(shè)備確定，一般為 2 - 3 小時(shí)。煅燒后的礦石經(jīng)冷卻、粉碎后備用。

2. 酸解反應(yīng)

- 將預(yù)處理后的礦石粉末與適量的硫酸溶液混合，在攪拌條件下進(jìn)行酸解反應(yīng)。反應(yīng)溫度控制在 60 - 80℃，反應(yīng)時(shí)間根據(jù)礦石成分和反應(yīng)進(jìn)度調(diào)整，一般為 3 - 5 小時(shí)。反應(yīng)過程中定期檢測(cè)溶液的 pH 值，當(dāng) pH 值達(dá)到預(yù)定范圍時(shí)，停止反應(yīng)。

3. 沉淀與過濾

- 酸解反應(yīng)完成后，向溶液中加入氫氧化鈉溶液進(jìn)行中和沉淀，控制溶液的 pH 值在 10 - 11 之間，使鎂離子以氫氧化鎂的形式沉淀出來。沉淀完成后，進(jìn)行真空過濾，得到氫氧化鎂濾餅。

4. 洗滌與干燥

- 將氫氧化鎂濾餅用去離子水進(jìn)行多次洗滌，以去除雜質(zhì)離子，然后放入干燥箱中在 100 - 120℃下干燥 12 - 24 小時(shí)，得到初步的氫氧化鎂產(chǎn)品。

5. 表面改性處理

- 為了提高氫氧化鎂在礦用電纜護(hù)套中的分散性和相容性，對(duì)干燥后的氫氧化鎂進(jìn)行表面改性處理。采用硬脂酸作為表面改性劑，將氫氧化鎂與硬脂酸按一定比例混合，在高速攪拌條件下加熱至 80 - 100℃，反應(yīng)一段時(shí)間后，冷卻、粉碎，得到表面改性的氫氧化鎂耐高溫阻燃劑。

（三）表征與測(cè)試

1. 物相分析

 

- 采用 X 射線衍射儀（XRD）對(duì)制備的氫氧化鎂阻燃劑進(jìn)行物相分析，確定其晶體結(jié)構(gòu)和物相組成。測(cè)試條件為：銅靶（Cu Kα），波長(zhǎng) λ = 1.5406 Å，掃描范圍 10° - 80°，掃描速度 5°/min，步長(zhǎng) 0.02°。

2. 微觀形貌分析

- 利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察氫氧化鎂阻燃劑的微觀形貌和顆粒大小。將樣品均勻分散在導(dǎo)電膠上，噴金處理后進(jìn)行觀察，加速電壓為 10 - 20 kV。

3. 熱性能分析

- 通過熱重分析儀（TGA）研究氫氧化鎂阻燃劑的熱穩(wěn)定性和耐高溫性能。測(cè)試條件為：氮?dú)夥諊郎厮俾?10℃/min，測(cè)試溫度范圍 30 - 800℃。

4. 阻燃性能測(cè)試

- 將制備的氫氧化鎂阻燃劑添加到礦用電纜護(hù)套基體材料中，制備成標(biāo)準(zhǔn)試樣。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如 GB/T 2408 - 2008《塑料燃燒性能的測(cè)定 水平法和垂直法》）進(jìn)行阻燃性能測(cè)試，記錄試樣的燃燒時(shí)間、燃燒長(zhǎng)度等參數(shù)，評(píng)估其阻燃效果。

三、結(jié)果與討論

（一）物相分析結(jié)果

XRD 分析結(jié)果表明，制備的氫氧化鎂阻燃劑具有典型的氫氧化鎂特征衍射峰，與標(biāo)準(zhǔn)圖譜（JCPDS No. 01 - 1073）相符，說明成功制備出了氫氧化鎂。且未發(fā)現(xiàn)明顯的雜質(zhì)相，表明制備過程較為純凈，產(chǎn)物質(zhì)量較高。

（二）微觀形貌分析

SEM 圖像顯示，氫氧化鎂阻燃劑呈現(xiàn)出不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸分布較為均勻，平均粒徑在 1 - 5 μm 之間。這種片狀結(jié)構(gòu)有利于在礦用電纜護(hù)套中形成良好的阻隔層，提高阻燃效果。同時(shí)，經(jīng)過表面改性處理后，氫氧化鎂顆粒表面的粗糙度增加，與基體材料的結(jié)合力增強(qiáng)，有助于改善其在護(hù)套中的分散性和相容性。

（三）熱性能分析

TGA 曲線表明，氫氧化鎂阻燃劑在 30 - 800℃的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。其起始分解溫度約為 350℃，在 500℃時(shí)仍有一定的質(zhì)量殘留，說明在高溫下能夠保持一定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，具有良好的耐高溫性能。這主要?dú)w因于氫氧化鎂本身的熱穩(wěn)定性以及表面改性處理對(duì)其熱性能的提升作用。在加熱過程中，氫氧化鎂會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，吸收大量的熱量，從而起到阻燃的作用。

（四）阻燃性能測(cè)試結(jié)果

將不同添加量的氫氧化鎂阻燃劑添加到礦用電纜護(hù)套基體材料中進(jìn)行阻燃性能測(cè)試，結(jié)果顯示隨著氫氧化鎂添加量的增加，試樣的阻燃性能逐漸提高。當(dāng)添加量達(dá)到 60%時(shí)，試樣的燃燒時(shí)間明顯縮短，燃燒長(zhǎng)度顯著減小，且在燃燒過程中未出現(xiàn)熔滴現(xiàn)象，符合礦用電纜護(hù)套的阻燃要求。這表明制備的氫氧化鎂耐高溫阻燃劑能夠有效地提高礦用電纜護(hù)套的阻燃性能，滿足甘肅省礦山環(huán)境下的使用需求。

四、結(jié)論

本文成功開發(fā)了基于甘肅省礦用電纜護(hù)套的氫氧化鎂耐高溫阻燃劑。通過優(yōu)化制備工藝，包括原料預(yù)處理、酸解反應(yīng)、沉淀過濾、洗滌干燥以及表面改性處理等步驟，制備出了具有良好晶體結(jié)構(gòu)、均勻微觀形貌和優(yōu)異熱性能的氫氧化鎂阻燃劑。表征與測(cè)試結(jié)果表明，該阻燃劑在礦用電纜護(hù)套中具有良好的分散性和相容性，能夠顯著提高護(hù)套材料的阻燃性能和耐高溫性能，滿足甘肅省礦山復(fù)雜惡劣環(huán)境下礦用電纜的安全使用要求。未來，可進(jìn)一步深入研究氫氧化鎂阻燃劑與其他阻燃劑的協(xié)同作用，以及在實(shí)際應(yīng)用中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，為甘肅省礦用電纜行業(yè)的發(fā)展提供更可靠的技術(shù)支持。