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低硬度V0级高氧指数无卤阻燃乙丙橡胶的研究 贺春江 张国文 党佳 裴顶峰 杨维坚 （中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京，100081） 摘要 采用垂直燃烧仪、氧指数仪、电子万能试验机等设备测试对比了无卤磷氮系复合阻燃剂JHFR102和纳米氢氧化镁阻燃乙丙橡胶的性能区别。研究结果表明，无卤磷氮系复合阻燃剂JHFR102在填充60份时可以达到V0级，氧指数高达33%，达到同样阻燃性能的情况下用量比纳米氢氧化镁显著减少；无卤磷氮系复合阻燃剂JHFR102阻燃乙丙橡胶具有较低的拉伸强度、较好的热空气老化性能，同时也比较容易获得低的邵A硬度。 关键词 无卤阻燃，低硬度，磷氮系阻燃剂 前言 近年了由于人们对消防安全及环保等问题的重视，无卤阻燃材料的研究一直是人们研究的重要方向，其中无卤阻燃乙丙橡胶更是研究热点。 制备无卤阻燃乙丙橡胶目前用的比较多的办法是采用金属氢氧化物阻燃，另一个办法是采用磷氮系阻燃剂阻燃【1,2】。采用氢氧化物阻燃有很多缺点，金属氢氧化物的添加量比较大，金属氢氧化物的热空气老化性能及压缩永久变形性能比较差，而且用金属氢氧化物做阻燃剂很难得到较低的硬度【1,2】。相比之下，用磷氮系的膨胀阻燃剂比较容易实现较高的垂直燃烧等级而且添加量相对较少。 乙丙橡胶本身易燃，氧指数在18%左右。为了实现阻燃，一般都要加很多阻燃剂，这样一来做出的乙丙橡胶硬度会比较大。另一方面，由于阻燃的增塑剂比较少，而且很多液体阻燃剂有诸多的缺点，如磷酸酯类阻燃剂对压缩永久变形影响比较大，用量大还会喷出等问题，所以现已开发得阻燃乙丙胶的硬度都比较高。目前60度以下的无卤阻燃乙丙橡胶的研究未见文献报道。 本文采用常用的几种磷氮阻燃剂复配成功无卤磷氮系复合阻燃剂JHFR102，将它应用于无卤阻燃乙丙橡胶中，成功制成邵A硬度55度的阻燃胶，并研究了它在乙丙橡胶中的应用特点。 实验部分 ，；碳黑，，卡博特化工有限公司；氢氧化镁济南泰星精细化工有限公司产品；其他为市售工业品。 基本配方（质量份）：100，100，试样制备工艺 ：在开炼机上混炼,橡胶先包辊,依次加入混炼均匀，停放两天后适当返炼，在上海橡胶机械制造厂生产的25t平板硫化机上硫化测试所需试样。 硫化条件170 ℃*12分钟 1.3 分析与测试 拉伸强度 用上海化工机械四厂生产的Dxll 10000型电子拉力试验机按照GB/T 528—测试拉伸强度氧指数 用江苏江宁县分析仪器厂产的JF-3型氧指数测定仪按照GB/T 10707-测定氧指数江苏江宁县CZF-2型综合垂直燃烧测定仪启东市双棱测试设备有限公司401A热空气老化试验高温老化箱GB/T3512-2001测定，实验条件：150℃*72h。 2 结果与讨论 2.1不同阻燃剂对乙丙橡胶阻燃性能的影响 为了简化配方，本实验选用充油的DSM公司的EPDM 4331A为生胶，且用量记为100份。众多实验结果表明，同样的配方用充油生胶做出的硫化胶硬度要比用不充油的小10-15度左右；更重要的是，在阻燃剂相同的情况下，用充油生胶做出的硫化胶的阻燃性明显比不充油的要差，这样在这里更能体现出新型阻燃剂JHFR102的性能优势。 不同阻燃剂对乙丙橡胶阻燃性能的影响如表1所示。从表1可以看出，在填充60份的情况下，无卤磷氮系复合阻燃剂JHFR102的垂直燃烧等级可以过V0级，氧指数达33%；而填充氢氧化镁的一经点燃就一直燃烧下去，氧指数才25%。分析认为，两个阻燃剂的阻燃效果不一样是和它们的作用机理有关。磷氮系阻燃剂通过在燃烧过程中膨胀发泡、成碳，阻止和终断热交换的原理来实现阻燃【3】。2#样条被烧过后，过火部分表面有很多泡鼓出，样条体积增大。可以看出，60份阻燃剂即可达到V0级。氢氧化镁是通过分解吸收热量的原理来实现阻燃【3】。1#氧指数样条被点燃后烧过的部分从表层向内部开裂、剥离。由于60份氢氧化镁用量太少，吸收的热量有限，这些氢氧化镁不足以阻止燃烧过程，因而1#配方的垂直燃烧及氧指数都很差。 表 1不同阻燃剂燃烧性能的比较 测试项目 1# 2# 垂直燃烧等级 - V0 LOI 25 33 2.3不同阻燃剂对乙丙橡胶力学性能的影响 不同阻燃剂对乙丙橡胶力学性能的影响见表2。 从表2可以看出，填充纳米氢氧化镁的乙丙胶硬度及拉伸强度比填充无卤磷氮系复合阻燃剂JHFR102的要大，扯断伸长率相比要小。分析认为这是因为纳米氢氧化镁的粒径比较细，在乙丙橡胶中分散好、和橡胶结合的比较好的缘故。2#配方硬度很低，才55度，比加纳米氢氧化镁的1#配方低了6度。这显示JHFR102很适合做低硬度的阻燃胶料。 表 2 不同阻燃剂燃烧性能的比较 测试项目 1# 2# 硬度 61 55 拉伸强度，Mpa 9.5 6.6 扯断伸长率，% 415