復合阻燃劑FR602對丁苯橡膠阻燃性能的影響

賀春江，張國文，黨 佳，張憲清，陳傳志

（1.中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院標準計量研究所，北京 100081）

鹵系阻燃劑阻燃效率高，價格相對較低，在我國仍有很大的應用市場[1]。煤礦用阻燃輸送帶等橡膠制品的阻燃體系依然以有鹵阻燃體系為主。有鹵阻燃體系中最有效的阻燃協效劑是三氧化二銻[2]。但是鹵銻復合阻燃體系中的三氧化二銻有一定毒性，使用受到限制，而且銻資源有限，三氧化二銻價格較高，所以尋求替代三氧化二銻的理想阻燃增效劑是一個迫切需要解決的課題[3]。上海懋通實業有限公司新推出的復合阻燃劑FR602采用多種阻燃劑復配而成，主要成分為雙季戊四醇和季戊四醇磷酸酯的混合物。該阻燃劑在燃燒過程中膨脹成碳且能與有鹵阻燃體系達到協同效應最大化。

本工作初步探討復合阻燃劑FR602替代三氧化二銻對丁苯橡膠（SBR）性能的影響，以期為該產品的推廣及應用提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

SBR，牌號1502，中國石化齊魯石油化工有限公司產品；炭黑N220，上海卡博特化工有限公司產品；十溴二苯醚和三氧化二銻，濟南泰星精細化工有限公司產品；復合阻燃劑FR602，上海懋通實業有限公司產品。

1.2 配方

1#配方：SBR，100；炭黑N220，45；氧化鋅，5；硬脂酸，1；硫黃，1.8；促進劑CZ，1.3；促進劑TMTD，0.2；防老劑RD，1.5；防老劑4010NA，1.5；石蠟，1.5。

2#配方：SBR，100；炭黑N220，45；氧化鋅，5；硬脂酸，1；硫黃，1.8；促進劑CZ，1.3；促進劑TMTD，0.2；防老劑RD，1.5；防老劑4010NA，1.5；石蠟，1.5；十溴二苯醚，32。

3#配方：SBR，100；炭黑N220，45；氧化鋅，5；硬脂酸，1；硫黃，1.8；促進劑CZ，1.3；促進劑TMTD，0.2；防老劑RD，1.5；防老劑4010NA，1.5；石蠟，1.5；十溴二苯醚，32；三氧化二銻，8。

4#配方：SBR，100；炭黑N220，45；氧化鋅，5；硬脂酸，1；硫黃，1.8；促進劑CZ，1.3；促進劑TMTD，0.2；防老劑RD，1.5；防老劑4010NA，1.5；石蠟，1.5；十溴二苯醚，32；阻燃劑FR602，8。

1.3 試樣制備

膠料在開煉機上混煉。SBR包輥后，依次加入氧化鋅、硬脂酸、防老劑、十溴二苯醚、三氧化二銻和炭黑N220，混煉均勻，加入促進劑CZ、促進劑TMTD、石蠟和硫黃，下片停放48 h后適當返煉。在25 t平板硫化機上硫化試樣，硫化條件為160 ℃×10 min。

1.4 性能測試

拉伸性能和撕裂強度，用上海化工機械四廠生產的Dxll強度10000型電子拉力試驗機分別按照GB/T 528—2009和GB/T 529—2008測試；壓縮永久變形，按照GB/T 7759—1996測試，試驗條件70 ℃×24 h，壓縮率30%；磨耗量，用高鐵檢測儀器有限公司生產的GT-7012-D3型輥筒磨耗試驗機按GB/T 9867—2008測試；氧指數和垂直燃燒性能，用江蘇江寧縣分析儀器廠生產的JF-3型氧指數儀和CZF-2型綜合垂直燃燒測定儀按照GB/T 10707—2008測試；沖擊回彈性，用恒準儀器科技有限公司生產的HZ-1006型沖擊回彈測試儀按照GB/T 1681—2009測試；質量保持率，用天津天有利科技有限公司生產的SX2-12-10A型高溫箱式電阻爐測試，質量保持率＝（燒蝕后試樣質量/燒蝕前試樣質量）×100%。膠料其他性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 阻燃性能

阻燃劑FR602對SBR膠料阻燃性能的影響如表1所示。

從表1可以看出：未添加阻燃劑的1#配方膠料氧指數很小，僅為18%，添加十溴二苯醚的2#配方膠料氧指數為23.2%，添加十溴二苯醚和三氧化二銻的3#配方膠料氧指數為25.4%，用阻燃劑FR602替代三氧化二銻的4#配方膠料氧指數為27.4%；只使用十溴二苯醚的膠料氧指數較小，且有焰燃燒時間較長，未達到國家標準垂直燃燒等級要求；三氧化二銻與十溴二苯醚有很好的協同阻燃效果，但垂直燃燒存在著陰燃和紅碳現象，而使用阻燃劑FR602替代三氧化二銻，不僅使膠料的氧指數提高，而且可以消除陰燃現象。

表1 阻燃劑FR602對SBR阻燃性能的影響

把直徑10 mm、高10 mm的圓柱形試樣放在坩鍋中，置于馬弗爐中在500 ℃下燒蝕20 min，燒蝕前后試樣的外觀形貌和質量保持率分別見圖1和圖2。

圖 1 馬弗爐燒蝕前后試樣外觀對比

圖 2 馬弗爐燒蝕后試樣的質量保持率

從圖1和2可以看出，在馬弗爐中500 ℃下燒蝕20 min，添加三氧化二銻的3#配方試樣粉化，而添加阻燃劑FR602的4#配方試樣只是裂成碎塊，且燒蝕后試樣的質量保持率明顯大于3#配方試樣，阻燃性能較好。分析原因，這可能是因為阻燃劑FR602的阻燃機理和三氧化二銻的氣相阻燃機理不同，阻燃劑FR602有多種阻燃組分，可以在氣相和固相同時起阻燃作用，阻燃效率高，成碳性好，膠料燃燒分解的速度慢，質量保持率高。

2.2 硫化特性和物理性能

阻燃劑FR602對SBR膠料硫化特性和物理性能的影響如表2所示。從表2可以看出，與3#配方膠料相比，4#配方膠料的硫化特性和物理性能無明顯變化，這是因為阻燃劑FR602粒徑較小，且用量較小，對膠料的硫化特性和物理性能影響非常小。

表2 阻燃劑FR602對SBR膠料硫化特性和物理性能的影響

3 結論

阻燃劑FR602可以完全替代三氧化二銻，與十溴二苯醚組成協效阻燃體系，用于提高SBR膠料的阻燃性能。與三氧化二銻膠料相比，阻燃劑FR602具有較大的氧指數和較高的垂直燃燒等級，陰燃現象顯著減少，硫化特性和物理性能無明顯變化。