復(fù)合阻燃劑FR201在橡膠中的應(yīng)用研究*

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

復(fù)合阻燃劑FR201在橡膠中的應(yīng)用研究*

張憲清1，賀春江2，陳傳志1

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

研究了復(fù)合阻燃劑FR201對乙丙橡膠(EPDM)阻燃性能和物理性能的影響。結(jié)果表明，用量相同時，阻燃劑FR201具有比氫氧化鎂高的氧指數(shù)和相當?shù)臒熋芏龋浑S著FR201用量增加，乙丙橡膠的氧指數(shù)逐漸增大，煙密度逐漸減小。炭黑和FR201具有協(xié)同效應(yīng)，隨著炭黑用量增加，氧指數(shù)逐漸增加；煙密度先降低后增加呈峰值變化，當炭黑80份時，煙密度最小，達154。白炭黑、氫氧化鋁、氫氧化鎂、輕質(zhì)碳酸鈣和陶土等無機填料的加入均會降低體系的氧指數(shù)，但同樣也會減小煙密度。

乙丙橡膠，阻燃性能，氧指數(shù)，煙密度

鹵系阻燃劑由于燃燒時釋放出煙氣毒性大，因此使用受到限制[1-2]。氫氧化鋁、氫氧化鎂、聚磷酸銨等無鹵阻燃劑具有低煙、低毒的優(yōu)點，近年來得到廣泛的應(yīng)用。但無鹵阻燃劑阻燃效率低，需要添加較大量才可以達到理想的阻燃效果。高填充無鹵阻燃劑會損害基體橡膠的物理性能[2]。為此，人們采用復(fù)配的辦法，通過多種阻燃劑并用，利用阻燃劑間的協(xié)同阻燃效應(yīng)來提高阻燃效率，從而達到降低阻燃劑使用量的目的[3-5]。

上海懋通實業(yè)有限公司新推出的復(fù)合阻燃劑FR201。該阻燃劑由聚磷酸銨、三聚氰胺和三嗪類大分子成炭協(xié)效劑 (CFA)等組成。FR201具有阻燃效率高、用量少、氧指數(shù)高及煙密度小等優(yōu)點。

本工作對比了復(fù)合阻燃劑FR201與氫氧化鎂的對乙丙橡膠阻燃性能及力學(xué)性能的影響，研究了炭黑及無機填料對阻燃體系性能的影響規(guī)律，并對比了不同生膠體系中的應(yīng)用效果，以期為該產(chǎn)品的推廣及應(yīng)用提供參考。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

EPDM，牌號8570，朗盛化學(xué)工業(yè)公司產(chǎn)品；SBR，牌號 1502，中國石化齊魯石化公司產(chǎn)品；NBR，牌號 3250，韓國LG化學(xué)公司產(chǎn)品；天然橡膠，牌號WF，海南省農(nóng)墾集團有限公司產(chǎn)品；炭黑N550，上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品；氫氧化鎂，牌號H5IV，美國雅寶化工有限公司產(chǎn)品；復(fù)合阻燃劑FR201，上海懋通實業(yè)有限公司產(chǎn)品；白炭黑，牌號SL-175，青島羅迪亞化工有限公司產(chǎn)品；氫氧化鋁，牌號104IV，美國雅寶化工有限公司產(chǎn)品；陶土，牌號PW-98，上海懋通實業(yè)有限公司產(chǎn)品；輕鈣，石家莊鑫陽鈣業(yè)有限公司產(chǎn)品；其他均為市售工業(yè)品。

1.2 配方

基礎(chǔ)配方：生膠 100，氧化鋅 5，硬脂酸1，防老劑RD 2，其他變量，詳見正文表下的備注。

1.3 試樣制備

將生膠置于開煉機(XK-160型，上海雙翼橡塑機械有限公司)上包輥，塑煉1min，依次加入氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD，混煉2min后加入阻燃劑和炭黑等填料，再加入石蠟油，混煉2min，最后加入硫黃與促進劑，混煉1min；停放2d后，返煉8～10次，在上海橡膠機械制造廠生產(chǎn)的25t平板硫化機上硫化。表1～表3的試樣硫化條件為180℃×10min×15MPa，表4的試樣硫化條件為150℃×15min×15MPa。

1.4 性能測試

拉伸強度和100%定伸應(yīng)力，用上?；C械四廠生產(chǎn)的Dxll10000型電子拉力試驗機按照GB/T 528-2009測試。用高鐵檢測儀器(東莞)有限公生產(chǎn)的GT-GS-HB型邵A硬度計按照GB/T 531.1-2008測試邵爾A硬度。氧指數(shù)，用江蘇江寧縣分析儀器廠生產(chǎn)的JF-3型氧指數(shù)測定儀按照GB/T 10707-2008測試；煙密度，用FTT公司生產(chǎn)的煙密度箱按照GB/T 8323.2-2008測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 FR201與氫氧化鎂的性能比較

研究了FR201和氫氧化鎂兩種阻燃劑的變量對乙丙橡膠性能的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 FR201和氫氧化鎂的變量對乙丙橡膠性能的影響對比Table 1 The influence comparison of FR201 and Mg(OH)2 variables on the EPDM performance

基礎(chǔ)配方：EPDM 8570 100，氧化鋅 5，硬脂酸1，防老劑RD 2，S 1.5，TRA 0.8，BZ 1.5，DM 0.5，N550 40，石蠟油 40。

從表1可以看出，隨著兩種阻燃劑用量從56份增長到140份，乙丙橡膠的硬度和100%定伸應(yīng)力都逐漸增大；斷裂伸長率和拉伸強度均逐漸降低；阻燃劑用量相同情況下，F(xiàn)R201的硬度和100%定伸應(yīng)力高于氫氧化鎂的，拉伸強度和斷裂伸長率小于氫氧化鎂的。分析認為，F(xiàn)R201的粒徑范圍在5μm～10μm左右，而氫氧化鎂的粒徑在2μm左右且經(jīng)過表面改性。氫氧化鎂和乙丙橡膠結(jié)合的好，因此強度和拉伸性能要比阻燃劑FR201的要大。

綜上所述，在當前新教育背景下，如果想要做好班主任的教育及管理工作，僅僅依靠上述內(nèi)容還不夠。班主任還應(yīng)當認清教育形式，充分了解班級學(xué)生的思想及心理，提高人格素質(zhì)修養(yǎng)，為學(xué)生充分做好表率作用。班主任應(yīng)當明確，身為一名教育工作者，不僅需要傳授學(xué)生們理論知識內(nèi)容，還應(yīng)當教會學(xué)生們?nèi)绾螛淞⑵鹫_的人生價值觀。唯有如此，班主任才能真正提高自己的管理水平及教育能力，從而更好地為班級學(xué)生開展教育管理工作，從而促使學(xué)生們真正做到全面健康的發(fā)展。

從表1還可以看出，隨著兩種阻燃劑用量增大，氧指數(shù)均逐漸增大，煙密度逐漸減小；其中，在阻燃劑用量相同時，F(xiàn)R201的氧指數(shù)要顯著高于氫氧化鎂的；煙密度值與氫氧化鎂較接近，略大于氫氧化鎂的。

表1中阻燃劑用量從56份增長到140份。考慮到石蠟油與乙丙橡膠一樣，也是由碳氫元素組成，也是易燃物。在計算阻燃劑用量時，用阻燃劑占膠和油總量的百分數(shù)表示更合理。56份，相當于阻燃劑占膠和油總量的40%。從表1中可見，F(xiàn)R201用量在膠和油總量40%時氧指數(shù)就達到了29.6%。這個阻燃效率與十溴二苯醚三氧化二銻的效率相當[6]。分析認為，F(xiàn)R201是多種阻燃劑的混合物，可以通過分解吸收熱量，成炭阻隔燃燒，消滅燃燒中自由基等方面同時起作用，阻燃效率比單靠分解吸熱阻燃的氫氧化鎂高，因此FR201的氧指數(shù)要顯著高于氫氧化鎂的。

2.2無機填料對FR201/乙丙橡膠體系阻燃性能及物理性能的影響

研究了無機填料對FR201/乙丙橡膠體系阻燃性能及物理性能的影響，如表2所示。

表2 無機填料對FR201/乙丙橡膠體系阻燃性能及物理性能的影響Table 2 The influence of inorganic filler on the flame retardant property of EPDM/FR201 system and physical properties

基礎(chǔ)配方：EPDM 8570 100，氧化鋅 5，硬脂酸1，防老劑RD 2，S 1.5，TRA 0.8，BZ 1.5，DM 0.5，N550 40，石蠟油 40，F(xiàn)R201 70，填料 50(種類變量)。

從表2可見，白炭黑、氫氧化鎂、氫氧化鋁、陶土和輕鈣加入乙丙橡膠/FR201體系后，硬度和定伸應(yīng)力都增大了，其中加入白炭黑的最大，輕鈣的最小。和空白樣相比，拉伸強度都減小了，陶土的最大，輕鈣的最?。患尤氚滋亢诘臄嗔焉扉L率最小，氫氧化鎂的最大。

和空白樣相比，加入這5種無機填料后，氧指數(shù)均降低，其中氫氧化鋁的最高，氫氧化鎂的最低。煙密度都比空白樣降低了，其中白炭黑降低幅度最大。

2.3炭黑變量對FR201/乙丙橡膠體系阻燃性能及物理性能的影響

研究了炭黑變量對阻燃乙丙橡膠阻燃性能及物理性能的影響，如表3所示。

表3 炭黑變量對阻燃乙丙橡膠阻燃性能及物理性能的影響Table 3 The influence of N550 variable on the flame retardant property of flame retardant EPDM and physical properties

基礎(chǔ)配方：EPDM 8570 100，氧化鋅 5，硬脂酸1，防老劑RD 2，S 1.5，TRA 0.8，BZ 1.5，DM 0.5，N550 變量，石蠟油 40，F(xiàn)R201 70。

從表3中可以看出，炭黑和FR201具有很好的協(xié)同效應(yīng)。隨著炭黑從0份增長到120份，硬度、100%定伸應(yīng)力、氧指數(shù)均逐漸增大；拉伸強度先增大后減小呈峰值變化，40份炭黑時強度最大；煙密度也呈峰值變化，先減小后增大，80份時最小，達154。

圖1為煙密度試驗后灰燼照片。不添加炭黑的試樣基本燒透，而加了40份炭黑的試樣表層形成了比較密實的炭層，炭層底下還有很多為燃燒分解的橡膠。

圖1 煙密度試驗后灰燼照片F(xiàn)ig.1 Ashes photo after the smoke density test

分析認為，炭黑本身的氧指數(shù)非常高，炭黑的加入一方面稀釋了可燃物，另一方面，促進體系成炭，使得炭層更緊密結(jié)實，因此隨著炭黑用量提高，阻燃性能得到提高。

2.4 FR201在不同橡膠中的應(yīng)用

研究對比了FR201在四種橡膠中的應(yīng)用效果，如表4所示。

從表4可見，四種橡膠中分別添加70份的FR201，不同橡膠的硬度由高到低分別是乙丙膠(EPDM)、丁腈膠(NBR)、丁苯膠(SBR)及天然膠(NR)；拉伸強度由高到低分別是天然膠、乙丙膠、丁腈膠及丁苯膠；斷裂伸長率由高到低分別是乙丙膠、丁腈膠、天然膠和丁苯膠。

在阻燃性能方面，氧指數(shù)由高到低分別是乙丙膠、丁腈膠、丁苯膠和天然膠。煙密度高低順序剛好相反。氧指數(shù)和煙密度與生膠中雙鍵含量有關(guān)，雙鍵含量越高，燃燒熱越大，橡膠越容易燃燒，氧指數(shù)越小，煙也越大；橡膠分子中苯環(huán)或者氰基，對阻燃性提高有利[1]。

表4 生膠種類對阻燃性能及物理性能的影響Table 4 The influence of raw rubber type on the flame retardant property and physical properties

基礎(chǔ)配方：生膠 100，氧化鋅 5，硬脂酸1，防老劑RD 2，S 1.5，TT 0.5，CZ 1.5，N550 40，F(xiàn)R201 70。

3 結(jié)論

用量相同時，添加阻燃劑FR201的橡膠體系的氧指數(shù)顯著高于添加氫氧化鎂的，而煙密度與氫氧化鎂的相當。

炭黑與FR201具有阻燃協(xié)同效應(yīng)；隨著炭黑用量增多，乙丙橡膠體系的氧指數(shù)逐漸增大，煙密度呈峰值變化，先減小后增大，80份時最小，達154。

白炭黑、氫氧化鎂、氫氧化鋁、陶土和輕鈣這5種無機填料的加入可以減低煙密度，但也同樣減小氧指數(shù)。

在FR201用量相同時，不同橡膠氧指數(shù)由高到低分別是乙丙膠、丁腈膠、丁苯膠和天然膠，而煙密度高低順序剛好相反。

[1] 歐育湘，李建軍.阻燃劑——性能、制造及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2] 張小燕.阻燃劑的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].塑料工業(yè)，2011，39(4)：1-5.

[3] 楊娜，王學(xué)飛，王進.膨脹型阻燃劑在橡膠中的應(yīng)用[J].合成橡膠工業(yè)，2012，35(4)：320-324.

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[5] 王明清.橡膠的阻燃技術(shù)進展[J].橡膠工業(yè)，2004，51(5)：309-313.

[6] 汝紹剛.國內(nèi)十溴二苯乙烷的研究進展[J].山東化工，2006，35(3)：16-20.

ApplicationofCompositeFlameRetardantFR201inRubber

ZHANG Xian-qing1，HE Chun-jiang2，CHEN Chuan-zhi1

(1 Standards & Metrology Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2 Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

In this study，the influence of composite flame retardant FR201 on the flame retardant property and physical properties of EPDM was investigated.The experimental test results showed that，comparing with magnesium hydroxide，the compound filled with FR201 possessed higher the limiting oxygen index and comparative smoke density. With the increase of content of FR201，the limiting oxygen index increased and the smoke density decreased gradually. Carbon black and FR201 had obvious synergistic flame retardant effect. With the increase of the content of carbon black，the limiting oxygen index increased，the smoke density decreased firstly then increased gradually，the minimum smoke density was achieved at 154.Carbon black，aluminum hydroxide，magnesium hydroxide，calcium carbonate and clay could reduce the oxygen index of the system and the smoke density.

EPDM，flame retardant property，limiting oxygen index，smoke density

TQ 333.4

中國鐵道科學(xué)研究院院基金資助項目(2015 YJ 076)

賀春江，副研究員，主要從事鐵路高分子材料研發(fā)與檢測工作；E-mail：13718307322@163.com；Tel：13718307322