改性纳米CaCO3在PVC建筑防火材料中的应用研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.12.014

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (12): 85-91.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.12.014

改性纳米CaCO₃在PVC建筑防火材料中的应用研究

庞亚男(), 高建荣()

山西职业技术学院材料环境工程系，太原 030006

收稿日期:2025-03-21 出版日期:2025-12-26 发布日期:2025-12-22
通讯作者: 高建荣（1974.9—），男，汉族，本科，教授，研究方向：职业教育，材料工程，15834025342@163.com
E-mail:brady0520@163.com;15834025342@163.com
作者简介:庞亚男(1980.12-），女，汉族，硕士，讲师，研究方向：建筑材料生产及检测，brady0520@163.com

Application research of modified nano⁃calcium carbonate in the PVC building fireproof material

PANG Yanan(), GAO Jianrong()

Department of Materials Environmental Engineering，Shanxi Polytechnic College，Taiyuan 030006，China

Received:2025-03-21 Online:2025-12-26 Published:2025-12-22
Contact: GAO Jianrong E-mail:brady0520@163.com;15834025342@163.com

摘要/Abstract

摘要：

使用亚油酸改性纳米CaCO₃并通过熔融共混的方法制备了PVC/改性纳米CaCO₃复合材料，研究了改性纳米CaCO₃对PVC复合材料的力学以及阻燃抑烟性能的影响。结果表明，改性纳米CaCO₃掺杂后被PVC紧密包裹，当添加量达到5 %（质量分数，下同）时，PVC复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均达到了最大值16.5 MPa和412.5 %，相较纯PVC分别提高了47.32 %、32.3 %；添加5 % 改性纳米CaCO₃的复合材料放热峰值降低至最小值398.1 kW/m²，总热释放降至116.1 MJ/m²，改性纳米CaCO₃的引入加速了PVC成炭，使得燃烧过程中的氧化反应不完全，增大复合材料燃烧时CO的生成速率，降低了CO₂的生成速率，复合材料的LOI值可达39.0 %，UL 94为V⁃0级。因此，其具有优异的阻燃抑烟性能，可以广泛应用于建筑防火材料领域。

关键词: 纳米碳酸钙, 聚氯乙烯, 建筑防火材料

Abstract:

PVC/CaCO₃ composites were prepared via melt blending using linoleic acid⁃modified nano⁃CaCO₃ as a filler. The influence of the modified nano⁃CaCO₃ on the mechanical properties， flame retardancy， and smoke suppression performance of the composites was systematically investigated. Results indicated that the modified nano⁃CaCO₃ was effectively encapsulated by the PVC matrix. At an optimal loading of 5 wt%， the composite achieved maximum tensile strength and elongation at break of 16.5 MPa and 412.5 %， respectively， corresponding to increases of 47.32 % and 32.3 % compared to pure PVC. Flame retardancy evaluation revealed that the 5 wt% composite exhibited a peak heat release rate of 398.1 kW/m² and a total heat release of 116.1 MJ/m². The incorporation of modified nano⁃CaCO₃ promoted char formation， leading to incomplete combustion characterized by an increased CO generation rate and a decreased CO₂ generation rate. The composite achieved a limiting oxygen index of 39.0 % and a UL 94 rating of V⁃0. These findings demonstrate that the composite possesses excellent flame retardant and smoke suppression properties， suggesting high potential for application in building fireproof materials.

Key words: nano?calcium carbonate, polyvinyl chloride, building fireproof material

中图分类号:

TQ325.3

庞亚男, 高建荣. 改性纳米CaCO₃在PVC建筑防火材料中的应用研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(12): 85-91.

PANG Yanan, GAO Jianrong. Application research of modified nano⁃calcium carbonate in the PVC building fireproof material[J]. China Plastics, 2025, 39(12): 85-91.

图/表 11

样品编号	PVC/%	改性纳米CaCO₃/%
PVC	100	0
PVC⁃Ca⁃1	100	1
PVC⁃Ca⁃3	100	3
PVC⁃Ca⁃5	100	5
PVC⁃Ca⁃7	100	7

表1 PVC复合材料的配方表

Tab.1 Formulation table of PVC composites

图1 PVC复合材料断面的SEM照片

Fig.1 SEM of the fracture surface of the PVC composite

图2 PVC复合材料的应力⁃应变曲线

Fig.2 Stress⁃strain curves of the PVC composites

图3 PVC复合材料的拉伸强度和断裂伸长率

Fig.3 Tensile strength and elongation at break of the PVC composites

图4 PVC复合材料的热释放速率和总热释放曲线

Fig.4 Heat release rate and total heat release curves of the PVC composites

图5 PVC复合材料的烟雾释放速率和总烟雾释放曲线

Fig.5 Smoke release rate and total smoke release curves of the PVC composites

图6 PVC复合材料的CO释放速率和CO2释放速率曲线

Fig.6 CO release rate and CO2 release rate curves of the PVC composites

样品编号	LOI/%	UL 94等级
样品编号	LOI/%	等级	是否有熔滴	熔滴是否引燃脱脂棉
PVC	37.1	V⁃2	是	是
PVC⁃Ca⁃1	37.5	V⁃1	轻微	否
PVC⁃Ca⁃3	38.7	V⁃1	轻微	否
PVC⁃Ca⁃5	39.0	V⁃0	无	-
PVC⁃Ca⁃7	38.2	V⁃0	无	-

表2 PVC复合材料的LOI值和垂直燃烧等级

Tab.2 LOI values and UL 94 rating of PVC composites

图7 PVC复合材料燃烧后残炭的外观

Fig.7 Appearance images of the residual carbon after combustion of the PVC composites

图8 PVC复合材料燃烧后残炭的SEM照片

Fig.8 SEM of the residual carbon after combustion of the PVC composites

图9 PVC复合材料燃烧后残炭的XRD曲线

Fig.9 XRD pattern of carbon residue after combustion of the PVC composites

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Application research of modified nano⁃calcium carbonate in the PVC building fireproof material

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