APP/EG/三聚氰胺復(fù)配對EPDM阻燃性能的影響

劉彥彬，孫會娟，程敬泉，李麗霞，牛麗麗

（衡水學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，河北衡水 053000）

三元乙丙橡膠（EPDM）是由乙烯、丙烯和少量的非共軛二烯烴構(gòu)成的三元共聚物，是飽和的非極性橡膠。EPDM具有較好的力學(xué)性能、防老化性、防水性、抗化學(xué)品腐蝕性等優(yōu)點，但本身易燃燒，極限氧指數(shù)不超過19%[1-2]。因此，EPDM的阻燃性能研究始終都是熱點研究之一。

膨脹型阻燃劑（IFR）是一種無鹵阻燃體系，它由三部分組成：酸源、碳源和氣源。酸源：主要作用是在較低溫度下形成無機(jī)酸，為酯化反應(yīng)提供羧基，促進(jìn)炭層的形成，減少小分子可燃物的產(chǎn)生，同時還能促進(jìn)不燃?xì)怏w的生成；氣源：主要作用是使形成的炭層體積膨脹，形成海綿狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)，同時在受熱時，能夠分解放出大量無毒不燃?xì)怏w，稀釋材料周圍氧氣濃度，有效延緩了材料的降解；碳源：主要作用是在酸源與氣源的聯(lián)合作用下，脫水炭化，最終形成炭層，起到隔熱阻氧的作用，并防止材料熔融滴落[3-4]。本實驗以聚磷酸銨為酸源、三聚氰胺為氣源、膨脹石墨為碳源，復(fù)配成膨脹型阻燃體系，采用正交設(shè)計實驗，研究三者的最佳配比。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

聚磷酸銨（App），工業(yè)級，山東泰星新材料股份有限公司；三聚氰胺（M），分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；膨脹石墨（EG），工業(yè)級100目，青島恒潤達(dá)石墨有限公司；過氧化二異丙苯（DCP），分析純，成都艾科達(dá)化學(xué)試劑有限公司；硫磺（S），工業(yè)級，辛集市康達(dá)化工廠；防老劑RD，工業(yè)級，天津市茂豐橡膠助劑有限公司；軟化劑石蠟油，工業(yè)級，蘇州賽帕漢特種油品有限公司；炭黑（牌號N550），工業(yè)級，青州博奧炭黑有限公司；氧化鋅（ZnO），工業(yè)級，河北博奧納米材料有限公司；硬脂酸，分析純，豐益油脂科技有限公司；三元乙丙橡膠（EPDM）（牌號6069），市售。

1.2 實驗儀器

XK-160型橡膠開煉機(jī)，大連嘉爾新橡塑機(jī)械有限公司；XLB-D350×350型平板硫化機(jī)，青島華天鑫工貿(mào)有限公司；JC-1025型沖片機(jī)，江蘇拓達(dá)精誠測試儀器有限公司；MZ-4030型橡膠臺式測厚儀，江蘇明珠實驗機(jī)械有限公司；UTM-4204型電子萬能試驗機(jī)，深圳三思縱橫科技股份有限公司；HC-1型氧指數(shù)測定儀，南京市江寧區(qū)分析儀器廠。

1.3 試樣制備及性能測試

按照表1配方稱取藥品，將橡膠開煉至有些黏性。將硬脂酸、防老劑RD、氧化鋅、炭黑、聚磷酸銨、三聚氰胺、膨脹石墨、軟化劑石蠟油、過氧化二異丙苯和硫磺等分五批，依次加入混煉，多次搗膠至吃料完全后，打卷和打三角包數(shù)次；放大開煉機(jī)輥距，下片；放置約16～20h，在平板硫化機(jī)硫化，硫化參數(shù)為硫化壓力9～10MPa，溫度160 ℃，硫化時間為25min，且在開始硫化后5min時放氣一次。硫化完成后，按照測試標(biāo)準(zhǔn)裁樣。然后，參照國標(biāo)GB/T 528—2009和GB/T 10707—2008測試樣條的拉伸強度和氧指數(shù)。

表1 正交實驗因素水平表與測試結(jié)果

2 實驗結(jié)果與討論

表2 氧指數(shù)和拉伸強度極差計算過程

由表3可知，當(dāng)實驗指標(biāo)為氧指數(shù)時，對EPDM熱穩(wěn)定性影響大小順序為膨脹石墨＞聚磷酸銨＞三聚氰胺，最佳配比為25∶25∶15，此時膨脹石墨與聚磷酸銨的用量較大，聚磷酸銨在燃燒時分解產(chǎn)生磷酸，磷酸再生成偏磷酸，再經(jīng)過聚合生成聚偏磷酸，聚偏磷酸具有很強的酸性，使材料表面發(fā)生脫水現(xiàn)象，形成焦炭層，而三聚氰胺分解生成大量不燃?xì)怏w，使炭層膨脹；同時，膨脹石墨受熱膨脹，形成結(jié)構(gòu)致密的網(wǎng)狀炭層[5]，兩種成碳效果疊加，形成了較好的碳阻隔層，能夠使材料與熱源隔絕，減少材料與空氣接觸的表面積，減緩燃燒現(xiàn)象。且生成的不燃?xì)怏w還可以稀釋氧氣濃度，即炭層的凝聚相阻燃和不燃?xì)怏w的氣相阻燃同時作用，使得極限氧指數(shù)明顯升高。說明聚磷酸銨、膨脹石墨和三聚氰胺具有良好的阻燃協(xié)同效果。當(dāng)實驗指標(biāo)為拉伸強度時，對EPDM拉伸性影響大小順序同樣是膨脹石墨＞聚磷酸銨＞三聚氰胺，最佳配比為5∶5∶5，因為所加入的阻燃劑是無機(jī)物或有機(jī)小分子，與橡膠基體的相容性較差，且添加量較少時，混合的均勻性差，添加較多時，又容易團(tuán)聚，所以導(dǎo)致拉伸強度降低。因此，對阻燃體系進(jìn)行增容改性是很有必要的。

表3 氧指數(shù)和拉伸強度指標(biāo)的極差分析表

3 結(jié)論

通過正交實驗得出，聚磷酸銨、膨脹石墨、三聚氰銨三者對EPDM的阻燃性能和力學(xué)性能影響順序為膨脹石墨＞聚磷酸銨＞三聚氰胺；三者有較好的協(xié)同阻燃效果，但力學(xué)性能有所下降，需要增容改性；三者的最佳比例為25：25：15。