復(fù)合阻燃劑FR602對(duì)丁苯橡膠阻燃性能的影響

賀春江，張國(guó)文，黨 佳，張憲清，陳傳志

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，北京 100081）

鹵系阻燃劑阻燃效率高，價(jià)格相對(duì)較低，在我國(guó)仍有很大的應(yīng)用市場(chǎng)[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(xié)效劑是三氧化二銻[2]。但是鹵銻復(fù)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(jià)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(gè)迫切需要解決的課題[3]。上海懋通實(shí)業(yè)有限公司新推出的復(fù)合阻燃劑FR602采用多種阻燃劑復(fù)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(dá)到協(xié)同效應(yīng)最大化。

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

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

SBR，牌號(hào)1502，中國(guó)石化齊魯石油化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N220，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品；十溴二苯醚和三氧化二銻，濟(jì)南泰星精細(xì)化工有限公司產(chǎn)品；復(fù)合阻燃劑FR602，上海懋通實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)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(jìn)劑CZ，1.3；促進(jìn)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(jìn)劑CZ，1.3；促進(jìn)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(jìn)劑CZ，1.3；促進(jìn)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(jìn)劑CZ，1.3；促進(jìn)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(jī)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(jìn)劑CZ、促進(jìn)劑TMTD、石蠟和硫黃，下片停放48 h后適當(dāng)返煉。在25 t平板硫化機(jī)上硫化試樣，硫化條件為160 ℃×10 min。

1.4 性能測(cè)試

拉伸性能和撕裂強(qiáng)度，用上海化工機(jī)械四廠生產(chǎn)的Dxll強(qiáng)度10000型電子拉力試驗(yàn)機(jī)分別按照GB/T 528—2009和GB/T 529—2008測(cè)試；壓縮永久變形，按照GB/T 7759—1996測(cè)試，試驗(yàn)條件70 ℃×24 h，壓縮率30%；磨耗量，用高鐵檢測(cè)儀器有限公司生產(chǎn)的GT-7012-D3型輥筒磨耗試驗(yàn)機(jī)按GB/T 9867—2008測(cè)試；氧指數(shù)和垂直燃燒性能，用江蘇江寧縣分析儀器廠生產(chǎn)的JF-3型氧指數(shù)儀和CZF-2型綜合垂直燃燒測(cè)定儀按照GB/T 10707—2008測(cè)試；沖擊回彈性，用恒準(zhǔn)儀器科技有限公司生產(chǎn)的HZ-1006型沖擊回彈測(cè)試儀按照GB/T 1681—2009測(cè)試；質(zhì)量保持率，用天津天有利科技有限公司生產(chǎn)的SX2-12-10A型高溫箱式電阻爐測(cè)試，質(zhì)量保持率＝（燒蝕后試樣質(zhì)量/燒蝕前試樣質(zhì)量）×100%。膠料其他性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃性能

阻燃劑FR602對(duì)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(shù)很小，僅為18%，添加十溴二苯醚的2#配方膠料氧指數(shù)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(shù)為25.4%，用阻燃劑FR602替代三氧化二銻的4#配方膠料氧指數(shù)為27.4%；只使用十溴二苯醚的膠料氧指數(shù)較小，且有焰燃燒時(shí)間較長(zhǎng)，未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)垂直燃燒等級(jí)要求；三氧化二銻與十溴二苯醚有很好的協(xié)同阻燃效果，但垂直燃燒存在著陰燃和紅碳現(xiàn)象，而使用阻燃劑FR602替代三氧化二銻，不僅使膠料的氧指數(shù)提高，而且可以消除陰燃現(xiàn)象。

表1 阻燃劑FR602對(duì)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(zhì)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(duì)比

圖 2 馬弗爐燒蝕后試樣的質(zhì)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(zhì)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?yàn)樽枞紕〧R602的阻燃機(jī)理和三氧化二銻的氣相阻燃機(jī)理不同，阻燃劑FR602有多種阻燃組分，可以在氣相和固相同時(shí)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(zhì)量保持率高。

2.2 硫化特性和物理性能

阻燃劑FR602對(duì)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?yàn)樽枞紕〧R602粒徑較小，且用量較小，對(duì)膠料的硫化特性和物理性能影響非常小。

表2 阻燃劑FR602對(duì)SBR膠料硫化特性和物理性能的影響

3 結(jié)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(xié)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(shù)和較高的垂直燃燒等級(jí)，陰燃現(xiàn)象顯著減少，硫化特性和物理性能無明顯變化。