典型復(fù)配膨脹阻燃體系對(duì)三元乙丙橡膠阻燃性能的影響研究

文/趙雪，中國(guó)民航大學(xué)

隨著材料合成技術(shù)的突飛猛進(jìn)，合成橡膠技術(shù)也在飛速發(fā)展。在眾多橡塑制品中，三元乙丙橡膠因其卓越的耐高溫、耐老化等優(yōu)良性能而廣泛用于汽車工業(yè)、電線電纜等行業(yè)和領(lǐng)域[1]。然而乙丙橡膠是易燃物，其純膠氧指數(shù)只有19左右[2]。因此，為了滿足安全要求，需要對(duì)橡膠進(jìn)行阻燃。

本文使用的IFR由聚磷酸銨、季戊四醇和三聚氰胺組成，同時(shí)使用紅磷和十溴二苯乙烷與IFR進(jìn)行復(fù)配，研究三種阻燃體系對(duì)橡膠力學(xué)性能和阻燃性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)方法和過程

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

三元乙丙橡膠；聚磷酸銨（APP）；季戊四醇（PER）；三聚氰胺（MEL）；十溴二苯乙烷（十溴）；紅磷。

1.2 基本配方

橡膠，100份（質(zhì)量份，下同）；氧化鋅，5份；硬脂酸，2份；橡膠防老化劑，1份；橡膠用抗臭氧防護(hù)蠟，1份；橡膠均勻劑，4份；炭黑，20份；增塑劑，10份；阻燃劑為變量（IFR配比為APP/PER/MEL=3:1:1，B系列和C系列的樣品中IFR用量均為50份）。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

開放式煉膠機(jī)；平板硫化機(jī)；拉伸試驗(yàn)機(jī)；錐形量熱儀；氧指數(shù)儀。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 力學(xué)性能測(cè)試：將平板硫化機(jī)壓片成型的厚度為2mm的硫化膠，裁成啞鈴型標(biāo)準(zhǔn)試樣。測(cè)定硫化膠的邵爾A硬度，測(cè)試樣品總厚度不低于6mm；使用電子拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定樣品的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率及定伸應(yīng)力。

1.4.2 錐形量熱儀測(cè)試：本文中用于錐形量熱測(cè)試的樣品尺寸為100mm×100 mm×6mm，樣品用鋁箔包覆。

1.4.3 極限氧指數(shù)測(cè)試：試樣尺寸為120mm×6.5mm×3mm。實(shí)驗(yàn)時(shí)將試樣豎直的固定在玻璃燃燒筒中，氧氮混合氣流按一定比例由下向上流通，用點(diǎn)火器點(diǎn)燃試樣頂端的中心位置。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種復(fù)配阻燃體系對(duì)橡膠力學(xué)性能的影響

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，三種復(fù)配阻燃劑的加入都會(huì)使橡膠的邵爾A硬度增大，拉伸強(qiáng)度減小，拉斷伸長(zhǎng)率減小，定伸應(yīng)力增大。這些變化說明IFR、IFR和紅磷組成的復(fù)配阻燃劑以及IFR和十溴組成的復(fù)配阻燃劑的添加都會(huì)明顯降低橡膠的力學(xué)性能，并且隨著阻燃劑加入量的增大，橡膠的邵爾A硬度持續(xù)增大，拉伸強(qiáng)度持續(xù)減小。同時(shí)，IFR和紅磷組成的復(fù)配阻燃劑對(duì)橡膠的力學(xué)性能影響最大。當(dāng)添加24份的紅磷時(shí)，試樣的邵爾A硬度比純橡膠增大了35%，拉伸強(qiáng)度減小了57%。當(dāng)IFR的用量不變時(shí)，十溴的添加量對(duì)橡膠的力學(xué)性能影響最小。

2.2 三種復(fù)配阻燃體系對(duì)橡膠阻燃性能的影響

2.2.1 三種復(fù)配阻燃體系對(duì)橡膠氧指數(shù)的影響

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在橡膠中單獨(dú)添加由APP/PER/MEL組成的IFR時(shí)，橡膠的LOI值雖然有所提高，但相比于IFR添加量的變化，其LOI值提高的過于緩慢，阻燃效果不理想。當(dāng)添加IFR與紅磷復(fù)配組成的阻燃劑和IFR與十溴復(fù)配組成的阻燃劑時(shí)，橡膠的LOI值都明顯提高。特別是IFR與紅磷復(fù)配組成的阻燃劑，可以將橡膠的LOI值提高到29%，說明紅磷的加入更能使IFR發(fā)揮阻燃的作用。

2.2.2 三種復(fù)配阻燃體系對(duì)橡膠熱釋放的影響

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)IFR添加量少于75份時(shí)，橡膠的各種熱釋放都增大了，這說明少量添加IFR不僅起不到阻燃的效果，反而會(huì)使材料更加易燃。但隨著IFR添加量的增大，橡膠的熱釋放有降低的趨勢(shì)，因此，應(yīng)該繼續(xù)增大IFR的添加量。在IFR與紅磷組成的復(fù)配體系中，紅磷的加入會(huì)迅速降低橡膠的熱釋放，但只有當(dāng)紅磷的添加量為16份時(shí)，制備的橡膠才真正開始達(dá)到阻燃的效果，此時(shí)的熱釋放數(shù)值基本小于純橡膠的熱釋放數(shù)值。當(dāng)紅磷的添加量為24份時(shí)，試樣的各種熱釋放數(shù)值顯著下降。在IFR與十溴的復(fù)配阻燃體系中，少量的十溴與IFR復(fù)配就能使橡膠的熱釋放減少。并且隨著十溴的增加，試樣的熱釋放明顯降低。綜合紅磷和十溴的添加量以及兩種復(fù)配體系對(duì)橡膠熱釋放的影響，可以看出，十溴的加入對(duì)降低橡膠熱釋放的影響更加明顯。

從數(shù)據(jù)中還可以看出，IFR具有抑煙的效果，能減少橡膠燃燒過程中煙氣的釋放。紅磷的加入對(duì)IFR的抑煙性能幾乎沒有影響，但十溴的加入?yún)s明顯增大了試樣的煙釋放量。十溴的添加不僅沒有起到抑煙的作用，反而破壞了IFR的抑煙性，加大了材料的生煙量，并且隨著十溴使用量的增加，煙氣釋放量也隨之增大。

3 結(jié)論

3.1 在橡膠中添加少量（＜75份）的IFR時(shí)，橡膠的LOI略有增大，熱釋放呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，阻燃效果不明顯。并且隨著IFR加入量的增大，橡膠的力學(xué)性能下降。

3.2 IFR用量不變，加入紅磷會(huì)使橡膠的LOI提高、熱釋放降低，并且當(dāng)紅磷添加量大于16份時(shí)，阻燃效果明顯；在IFR阻燃體系中加入十溴同樣會(huì)使橡膠的LOI提高、熱釋放降低，當(dāng)十溴添加量大于10份時(shí)，阻燃效果明顯。對(duì)比加入紅磷和加入十溴的復(fù)配阻燃體系，加入十溴會(huì)使體系的阻燃效果更好，并且體系的力學(xué)性能下降不明顯。

3.3 IFR具有明顯的抑煙作用，可以減少橡膠燃燒過程中的煙氣釋放量；在IFR阻燃體系中加入紅磷會(huì)增強(qiáng)IFR的抑煙作用；但在IFR阻燃體系中加入十溴時(shí)，IFR的抑煙作用遭到破壞，阻燃橡膠比純橡膠釋放出更多的煙氣。