一種滿足EN45545-2 阻燃標(biāo)準(zhǔn)的隔音墊研制

原曉城 馬義明 李文博 張景亮

（天津市橡膠工業(yè)研究所，天津，300384）

1.前言

近年來，隨著高鐵和新能源客車的大力發(fā)展，隔音墊產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，隔音墊作為車體內(nèi)部必備的隔音材料，它的阻燃性能會影響車輛的運行安全。因此，車輛設(shè)計時對其防火性能的要求極高。

目前國內(nèi)軌道車輛主機廠所采用的阻燃標(biāo)準(zhǔn)主要為德標(biāo)DIN5510、鐵標(biāo)TB/T3237，由于歐盟EN45545-2 標(biāo)準(zhǔn)的實施推廣，高鐵上對隔音墊材料的防火要求越來越苛刻，EN45545-2 阻燃標(biāo)準(zhǔn)將取代DIN5510、TB/T3237 等其他標(biāo)準(zhǔn)，成為國際上通用的軌道交通防火標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)生產(chǎn)非硫化型隔音墊的廠家很多，但是沒有能提供滿足EN45545-2 R1 阻燃HL3 等級要求的產(chǎn)品。

EN45545-2 是歐洲鐵路于2013 年3 月正式發(fā)布的關(guān)于軌道車輛防火新標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)發(fā)展成為國際鐵路聯(lián)盟和不同歐洲國家的鐵路車輛防火安全規(guī)范。主要是根據(jù)材料燃燒性能、熱量釋放、煙霧密度和煙霧毒性，來制定與材料選擇有關(guān)的規(guī)定。

國內(nèi)關(guān)于滿足EN45545-2 阻燃標(biāo)準(zhǔn)的非硫化型PVC 隔音墊產(chǎn)品的研究開展較晚，目前尚無相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用報道。

本試驗通過對PVC 配合體系的研究，測試其阻燃性能，以使其滿足EN45545 的相關(guān)阻燃標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.實驗部分

2.1 主要原材料

PVC，天津大沽化工股份有限公司；EPDM，韓國錦湖化學(xué)株式會社；重晶石，天津市燕東礦產(chǎn)品有限公司；改性Al（OH）3，上海懋通實業(yè)有限公司；改性Mg（OH）2，上海懋通實業(yè)有限公司；硼酸鋅，哈爾濱億斌化工有限公司；成炭劑FS XC100，廣州艾登達(dá)化工有限公司；增塑劑NP-100，廣州艾登達(dá)化工有限公司；其它助劑均為常用工業(yè)級原料。

2.2 試驗測試

2.2.1 樣品制備

將PVC樹脂與增塑劑、穩(wěn)定劑混合后，在高速攪拌反應(yīng)釜中攪拌1min，料溫度控制在70～80℃左右，進(jìn)行排料。然后使用75L密煉機將PVC塑化膠與生膠塑煉2min，再依次加入填料，增塑劑、阻燃劑、成炭劑，混煉10min，排膠溫度120～130℃進(jìn)行排膠、出片，采用擠出機擠出膠條后，利用三輥壓延機擠出片材，根據(jù)需要尺寸加工成符合要求的測試樣品。

2.2.2 性能測試

（1）硬度：按照GB/T 531.1-2008 《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗方法第1部分 邵氏硬度計發(fā)（邵爾硬度）》

（2）拉伸強度、拉斷伸長率GB/T 528-2009 《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》

（3）R1類產(chǎn)品EN45545-2燃燒性能測試標(biāo)準(zhǔn)

火焰延伸試驗（臨界輻射熱通量kW/m2）：ISO5658-2

熱量釋放試驗（最大平均熱釋放速率kW/m2） ISO 5660-1

煙霧密度測試Ds4 ：ISO 5659-2 煙霧密度測試VOF4： ISO 5659-2 煙霧毒性測試CIT： ISO 5659-2

3.結(jié)果與討論

3.1 主材對性能的影響

PVC 用途廣泛，生產(chǎn)工藝成熟，原料價廉易得，且具有難燃、抗化學(xué)藥劑、強度高及電絕緣性好等優(yōu)點。PVC本身由于含有鹵素，雖具有燃燒自熄滅性，但燃燒時還會產(chǎn)生大量煙霧，很難通過EN45545標(biāo)準(zhǔn)對煙霧的測試要求。EPDM結(jié)構(gòu)含有極少的雙烯建，雖然阻燃效果不良，但燃燒時產(chǎn)生的煙霧很少，因此可以考慮并用，平衡兩者之間阻燃與抑煙的效果。

基礎(chǔ)配方如下：

主材材質(zhì)變量 100g， 穩(wěn)定劑 5g , 硬脂酸鋅5g，硼酸鋅15g，三氧化二銻10g，Al（OH）3150g，DOP10g，重晶石200g。主材變量如下：

序號 材質(zhì) 比例 1-1 PVC 100 1-2 PVC/CR 90/10 1-3 PVC/EPDM 90/10

測試結(jié)果如下：

項目 指標(biāo) 1-1 1-2 1-3 硬度/邵A 85±5 90 87 86 拉伸強度/MPa ≥3 4.2 3.9 3.9 物理性能 伸長率/% ≥60 53 79 83 火焰延伸試驗（臨界輻射熱通量kW/m2） ≥20 32 21 23 熱量釋放試驗（最大平均熱釋放速率kW/m2）≤60 45 50 53 煙霧密度測試Ds4 ≤150 460 420 294 煙霧密度測試VOF4 ≤300 551 455 390 R1 類 HL3 阻燃 性能 煙霧毒性測試 CIT ≤0.750.11 0.11 0.09

根據(jù)上述測試結(jié)果可見，在PVC 中添加橡膠后，對物性起到了一定增韌效果，硬度降低，伸長率提高，拉伸強度略有下降；阻燃（臨界輻射熱通量、最大平均熱釋放速率）效果下降，但抑煙效果（Ds4、VOF4）均有所改善，尤其是EPDM橡膠，改善效果明顯。

3.2 改性Al（OH）3和Mg（OH）2對性能的影響。

在主材優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用PVC/EPDM：90/10的比例進(jìn)一步對阻燃體系進(jìn)行優(yōu)化。

基本配方：PVC 90g，EPDM 10g，穩(wěn)定劑5g，硬脂酸鋅5g，硼酸鋅15g，三氧化二銻10g，DOP10g，重晶石200g。Al（OH）3變量，具體變量如下：

序號 Al（OH）2 改性Al（OH）2 改性Mg（OH）2 2-1 150 2-2 150 2-3 100 50

測試結(jié)果如下：

項目 硬度/邵A 拉伸強度/MPa 物理性能 伸長率/% 火焰延伸試驗（臨界輻射熱通量kW/m2） 熱量釋放試驗（最大平均熱釋放速率kW/m2）煙霧密度測試Ds4 煙霧密度測試VOF4 R1 類 HL3 阻燃 性能 煙霧毒性測試 CIT 指標(biāo) 2-1 2-2 2-3 86 87 86 3.9 4.5 4.6 83 87 86 85±5 ≥3 ≥80 ≥20 23 27 31 ≤60 53 49 48 ≤150 294 210 208 ≤300 390 368 361 ≤0.75 0.09 0.09 0.09

改性Al（OH）3是采用硅烷偶聯(lián)劑對氫氧化鋁表面進(jìn)行表面處理，細(xì)度高，粒度分布窄，阻燃效果好，可改善提高與PVC 樹脂的結(jié)合程度，具有阻燃和補強填充的效果。

從上表可以看到，改性Al（OH）3代替普通Al（OH）3后，物理性能、阻燃效果均有所改善，尤其是并用Mg（OH）2后，改善效果更好。

3.3 成炭劑對性能的影響

基礎(chǔ)配方：

PVC 90g，EPDM 10g，穩(wěn)定劑5g，硬脂酸鋅5g，硼酸鋅15g，三氧化二銻10g，DOP10g，重晶石200g，改性Al（OH）3100g，改性Mg（OH）250g，具體變量如下：

序號 空白 FS XC-100 LS-AOM-HS 3-1 3-2 50 3-3 50

FS XC-100 是一種無毒阻燃抑煙劑。它是一種復(fù)合產(chǎn)品，不管在垂直還是水平的阻燃、抑煙測試，都能提供很好的成炭性能。適合用在一些含鹵樹脂，例如PVC，CPE 等樹脂。LS-AOM-HS是一種超細(xì)白色粉末狀的高純度八鉬酸銨，也是一種非常高效的抑煙劑。

測試結(jié)果如下：

項目 硬度/邵A 拉伸強度/MPa 物理性能 伸長率/% 火焰延伸試驗（臨界輻射熱通量kW/m2） 熱量釋放試驗（最大平均熱釋放速率kW/m2）煙霧密度測試Ds4 煙霧密度測試VOF4 R1 類 HL3 阻燃 性能 煙霧毒性測試 CIT 指標(biāo) 3-1 3-2 3-3 86 89 90 4.6 4.9 4.8 86 75 50 85±5 ≥3 ≥80 ≥20 31 43 41 ≤60 48 45 45 ≤150 208 131 143 ≤300 361 267 261 ≤0.75 0.09 0.06 0.08

由上表可以看到，F(xiàn)S XC-100 和LS-AOM-HS加入后，硬度增加，伸長率降低，阻燃性能有所提高，特別是抑煙性能（Ds4 和VOF4）符合了指標(biāo)要求，綜合比較，優(yōu)選成炭劑FS XC-100。

3.4 增塑劑對性能的影響

基礎(chǔ)配方：

PVC 90g，EPDM 10g，穩(wěn)定劑 5g，硬脂酸鋅5g，硼酸鋅15g，三氧化二銻10g，重晶石200g。改性Al（OH）2100g，改性Mg（OH）250g，F(xiàn)S XC-100 50g，增塑體系變量具體變量如下：

序號 DOP FosFlam NP-100 FosFlam 81 4-1 10 4-2 10 4-3 10

FosFlam NP-100 和FosFlam 81 是既有阻燃功效又有增塑作用的阻燃油。是磷氮體系復(fù)合而成的無鹵環(huán)保阻燃油。

測試結(jié)果如下：

項目 硬度/邵A 拉伸強度/MPa 物理性能 伸長率/% 指標(biāo) 4-1 4-2 4-3 85±5 89 85 86 ≥3 4.9 4.6 2.9 ≥80 75 100 92 火焰延伸試驗（臨界輻射熱通量kW/m2） ≥20 43 46 44 熱量釋放試驗（最大平均熱釋放速率kW/m2）≤60 45 39 41 煙霧密度測試Ds4 ≤150 131 128 132 煙霧密度測試VOF4 ≤300 267 252 261 R1 類 HL3 燃燒 性能 煙霧毒性測試 CIT ≤0.750.06 0.06 0.07

由上表可以看到，F(xiàn)osFlam NP-100 和FosFlam 81 加入后，硬度降低，伸長率提高，阻燃性能略有所提高，其中FosFlam NP-100 物理性能和燃燒性能各項指標(biāo)均符合性能要求。

4 結(jié)論

（1）在PVC中適當(dāng)添加EPDM,可以改善抑煙效果，但阻燃效果降低。

（2）改性Al（OH）3與普通Al（OH）3相比，可以明顯改善阻燃效果和物理性能，尤其是改性Al（OH）3/改性Mg（OH）2并用后，協(xié)同效果明顯，性能更佳。

（3）成炭劑FS XC-100可以明顯提高材料的抑煙效果。

（4）阻燃型增塑劑FosFlam NP-100不僅可以適當(dāng)提高阻燃效果，而且會有效的提高材料的伸長率，降低硬度，改善加工工藝。