三元乙丙與氯化聚乙烯并用的高填充低煙環(huán)保阻燃材料

穆大強(qiáng)

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司 天津 300384）

三元乙丙與氯化聚乙烯并用的高填充低煙環(huán)保阻燃材料

穆大強(qiáng)

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司 天津 300384）

三元乙丙與氯化聚乙烯并用的高填充低煙環(huán)保阻燃材料是具有高阻燃，低煙密環(huán)的保型阻燃材料。具有高效的抗紫外線、耐老化、耐腐蝕、不褪色、無毒等優(yōu)良特性，廣泛用于石油管道包覆，燃?xì)夤艿腊病?/p>

高阻燃；低煙密；抗紫外老化；無毒環(huán)保。

與天然橡膠、丁苯橡膠和氯丁橡膠相比，三元乙丙橡膠（EPDM）具有優(yōu)良的彈性、耐天候性、耐臭氧性和抗紫外線老化性。但是EPDM屬于碳?xì)滏溝鹉z材料，非常容易燃燒，同時產(chǎn)生大量黑色濃煙。通過并用阻燃性能好，耐老化性能好的氯化聚乙烯，選擇以金屬氧化物為主體的阻燃劑，并對磷、胺阻燃劑進(jìn)行協(xié)調(diào)配比，對材料物理機(jī)械性能進(jìn)行測試調(diào)整，確立材料測試體系，降低了煙氣的生成量、煙含量、滴落物，降低了燃燒速率，提高了材料的阻燃性。

1、試驗(yàn)

1.1 原材料

CPE（35B）（氯化聚乙烯），山東祥生塑膠有限公司；三元乙丙（4470），吉林化工有限公司；氫氧化鋁，中鋁山東有限公司；氫氧化鎂，上海敦煌化工公司；聚磷酸胺（MCA-6003）壽光衛(wèi)東化工阻燃劑有限公司；十溴二苯乙烷，濟(jì)南金盈泰化工有限公司；白炭黑，山西同德化工有限公司；CDP（磷酸甲苯二苯酯），天津利海石化有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

開煉機(jī)，SK-160B，上海橡膠機(jī)械廠；平板硫化機(jī)，XQLB-350，上海橡膠機(jī)械制造廠；拉力試驗(yàn)機(jī)，XLL-250，廣州材料試驗(yàn)機(jī)廠；氧指數(shù)測定儀，JF-3，江寧縣分析儀器廠；水平垂直燃燒測定儀CZF-3，江寧縣分析儀器廠；錐形量熱儀，F(xiàn)YY0007，英國FYY公司；數(shù)碼相機(jī)，LX-US750，佳能（中國）有限公司。

1.3 基本配方及加工工藝

1.3.1 配方

表1-1 基本配方

1.3.2 加工工藝

選用6寸開煉機(jī)進(jìn)行混煉，平板硫化機(jī)（500×500mm）硫化樣件試片，選用XLL-250強(qiáng)力拉力機(jī)進(jìn)行物理性能檢測，并在SGS進(jìn)行燃燒性能分級評判。

結(jié)論如下：

表1-2 測試結(jié)論

從以上試驗(yàn)結(jié)果，我們分析出：阻燃材料只是達(dá)到3C級標(biāo)準(zhǔn)，與B級測試指標(biāo)在燃燒性能，煙氣生成及產(chǎn)煙特性還存在一定差距。所以，還需要控制產(chǎn)煙率，降低燃燒增長速率，加大氧指數(shù)。針對以上要求，重新對主體材料進(jìn)行了配比，加大氯化聚乙烯在主體材料中的配比量。由原來的20份（基本量）提高到40份（基本量）氯化聚乙烯135B基含氯量在（35±2）%，由于含有氯原子，其本身的阻燃性能優(yōu)異，在火焰的作用下會被一層能阻止火焰擴(kuò)散的灰燼所覆蓋，使其體系熱損失率下降（酒精燈下燃燒試驗(yàn)），氯化聚乙烯135B氧指數(shù)（LOI）為22.5%，其是飽和結(jié)構(gòu)聚合物，氯呈無歸分布，在受熱時不引起連鎖脫氧反應(yīng)，具有優(yōu)異的阻燃性，耐老化性，耐臭氧性，耐溶油劑和耐點(diǎn)性。

2、氫氧化物及效果對EPDM燃燒性能影響

表2-1 Mg(OH)2和Al(OH)3用量對EPDM燃燒性能影響

從表2-1可以看出，隨氫氧化物用量的增加，EPDM極限氧指數(shù)（LOI）增大，當(dāng)氫氧化物用量達(dá)到130份時，LOI達(dá)到28%以上。此時材料具有良好的阻燃性能。與空白試樣（用量0份）相比，隨Al(OH)3用量增加，點(diǎn)火時間（TTI）明顯延長，總釋放熱（THR），熱釋放速率值（PHRR），發(fā)煙量（TSR）和毒性指數(shù)（CO/CO2）均明顯下降，但是火行為指數(shù)（FPI）增大，Al(OH)3可吸收大量的熱能，分解并生成氧化物和水蒸氣，降低橡膠材料溫度，延緩了受熱分解。Al(OH)3的分解物Al2O3在橡膠表面形成惰性阻隔層，即可阻止熱能和氧進(jìn)入橡膠內(nèi)部，又可防止可燃性氣體逸出，增加氫氧化物的用量不會促進(jìn)橡膠材料的成炭行為。

Mg(OH)2和Al(OH)3熱分解生成物的金屬氧化物不同，結(jié)晶水含量不同，熱分解溫度不同。因此，兩者在EPDM的阻燃性能相近，但是存在差別。Mg(OH)2的分解溫度高，分解能高，與酸的中和能力強(qiáng)，抑煙效果好，成炭率高。在相同用量下（150份），填充Mg(OH)2的EPDM，阻燃性能優(yōu)于填充Al(OH)3的EPDM，但毒性指數(shù)稍大。

選用了Al(OH)3130份（基本份）和Mg(OH)250份（基本份），并在此基礎(chǔ)上選用了抑煙效果的硼酸鋅。為了降低燃燒速率，提高材料氧指數(shù)（LOI），并用了阻燃效果好的含磷、胺類阻燃劑作為無機(jī)阻燃劑的協(xié)效劑，增強(qiáng)了EPDM的阻燃及抑煙效果。配方如下：

表2-2 增強(qiáng)后的配方

為了更好的加工性能，選用了天津利海石化公司生產(chǎn)的阻燃增塑劑磷酸甲苯二苯酯（CDP）。樣件經(jīng)過SGS國際互認(rèn)機(jī)構(gòu)測試結(jié)果：

表2-3 測試結(jié)果

從表2-3可以看出，阻燃材料達(dá)到了B、S1、d0標(biāo)準(zhǔn)。B—燃燒性能；S1—總產(chǎn)煙量及煙產(chǎn)生量；d0—無燃燒滴落物。

用XLL-250測得的材料物理性能指標(biāo)為：硬度（邵A）88，拉伸強(qiáng)度（MPa）4.7，扯斷伸長率（%）450，撕裂強(qiáng)度（N/mm）20，氧指數(shù)（%）57.2。

3、結(jié)論

氫氧化物受熱易分解脫水，所以含高用量氫

[1]李波、張立群、馬晨、田明，《無鹵阻燃三元乙丙橡膠燃燒性能的影響因素》

[2]李定華、張滄、王健祺，《阻燃乙丙橡膠試驗(yàn)的設(shè)計優(yōu)化》

[3]張琦、胡偉康、田明等，《Mg(OH)2粒徑對其填充橡膠氧化物的三元乙丙橡膠適用于制備低煙無鹵環(huán)保阻燃橡膠材料，阻燃協(xié)效劑（磷胺）可有效促進(jìn)成炭，提升材料的阻燃性能，但增大了發(fā)煙總量，添加適量的硼酸鋅，有助于抑制發(fā)煙總量及煙氣生成，阻燃行為突出。復(fù)合材料阻燃性能和力學(xué)性能影響》，中國化工學(xué)會，2003，145～151

[4]盛利元、侯曼玲，《阻燃劑及其協(xié)同效應(yīng)》，特種橡膠制品，1993（6）：8～10

穆大強(qiáng)，（1961～），畢業(yè)于天津橡膠工業(yè)學(xué)校，現(xiàn)就職市橡膠工業(yè)研究所有限公司，工程師，從事橡膠技術(shù)工作。