EPDM/PP熱塑性硫化膠阻燃性能的研究

王再學，楊 昭，蔣金春，戴維娜，畢文文

(1.徐州工業(yè)職業(yè)技術學院材料工程系，江蘇徐州 221140;2.江蘇科強工業(yè)膠帶有限公司，江蘇江陰 214422)

EPDM/PP熱塑性硫化膠(EPDM/PP－TPV)兼具EPDM和PP的優(yōu)點，具有卓越的抗疲勞性、良好的耐磨性、極優(yōu)的耐臭氧和耐候性，并且可以采用傳統(tǒng)的熱塑性塑料加工設備和方法進行加工，應用于汽車、建筑、電線電纜、家用電器等行業(yè)，用量逐年增加。但是EPDM/PP－TPV的易燃性限制了其應用范圍。北京化工大學趙杏梅等［1］研究了十溴二苯醚(FR－10)/三氧化二銻(Sb2O3)/氫氧化鎂［Mg(OH)2］并用阻燃體系，Mg(OH)2在動態(tài)硫化前加入，可制備低硬度低發(fā)煙EPDM/PP－TPV;劉翠娜等［2］采用無鹵阻燃體系對復合材料進行阻燃改性，阻燃協(xié)效劑的加入對阻燃性能沒有提高，反而影響物理性能;吳正環(huán)等［3］研究了EPDM/PP在不同硫化體系下的動態(tài)硫化過程，在加入阻燃劑的情況下，EPDM/PP體系的阻燃性能得到了改善，但體系的力學性能下降較多。本文采用動態(tài)硫化的方法，選用FR－10及其與Sb2O3和氫氧化鋁［Al(OH)3］分別配合使用對EPDM/PP－TPV進行阻燃實驗，探討了阻燃劑種類及用量對EPDM/PP－TPV阻燃性能及力學性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

三元乙丙橡膠，4045，吉林化學工業(yè)股份有限公司有機合成廠;聚丙烯，T30S，中國石化青島煉油化工有限責任公司;十溴二苯醚、氫氧化鋁，濟南晨旭化工有限公司;三氧化二銻，一級品，濟南金盈泰化工有限公司;硫化劑、防老劑等，市售。

1.2 實驗設備及儀器

開放式煉膠機XK－250，無錫市第一橡塑機械廠;開放式高溫煉塑機X(S)K－160、平板硫化機QLB－25，無錫市第一橡塑機械有限公司;邵氏LX－A型橡膠硬度計，江都市真威試驗機械有限公司;高低溫拉力試驗機GT－AI－7000－GD，高鐵科技股份有限公司;氧指數(shù)測定儀JF－3，南京市江寧區(qū)分析儀器廠。

1.3 試樣制備

基本配方(質(zhì)量份數(shù)):EPDM 50，PP 50，硫黃1.5，促進劑 1.5，氧化鋅 5，硬脂酸 1，石蠟油、防老劑等適量，F(xiàn)R－10、Sb2O3、Al(OH)3為變量。

EPDM在開煉機上塑煉5 min后，按加料順序依次加入小料，混煉均勻后下片待用;在150℃的熱煉機上塑化PP，再加入EPDM混煉膠，共混均勻后依次加入阻燃劑、硫化劑，動態(tài)硫化10min，薄通3～5次后出片。

稱取已煉制好的膠料，在180℃的平板硫化機上放入模具預熱4 min，排氣5次后在壓力17 MPa下保壓120 s，然后通入冷卻水，降溫至90℃左右取出試樣壓平，分別制備厚度為2 mm±0.2 mm的拉伸試樣和3 mm±0.25 mm的阻燃試樣。

1.4 性能測試

氧指數(shù)按照GB/T10707－2008測定，試樣規(guī)格:100 mm×6 mm×3 mm;拉伸強度和斷裂伸長率按GB/T528－2009測定;撕裂性能根據(jù)GB/T529－2008標準進行檢測，實驗用試樣為無割口直角形;邵爾A型硬度根據(jù)GB/T 531.1－2008測定。

2 結果與討論

2.1 FR－10阻燃劑對EPDM/PP－TPV阻燃性和力學性能的影響

FR－10遇火受熱分解產(chǎn)生溴化氫氣體，一方面覆蓋在材料表面，隔絕空氣和熱，起到覆蓋作用;另一方面起消除自由基的作用，可抑制聚合物燃燒的連鎖反應，使燃燒點與外界空氣隔絕［4］。FR－10用量對EPDM/PP－TPV阻燃性和力學性能的影響見表1，從表可以看出，在試驗范圍內(nèi)，隨著FR－10用量的增加，EPDM/PP－TPV的阻燃性能得到了一定的改善，但提高的幅度不大;隨著FR－10的用量不斷增加，拉伸強度略有下降，斷裂伸長率和撕裂強度則明顯下降，硬度變化不大。從表1還可以看出，F(xiàn)R－10阻燃劑的加入對EPDM/PP－TPV的阻燃效果并不明顯，并且在燃燒過程中伴有濃烈的煙霧。

表1 FR－10用量對EPDM/PP－TPV阻燃性和力學性能的影響

2.2 FR－10/Sb2O3復合阻燃體系對EPDM/PPTPV阻燃性和力學性能的影響

Sb2O3本身不是阻燃劑，通常用鹵化物進行活化，鹵化物受熱分解釋放出氫鹵酸或鹵素，此分解產(chǎn)物與氧化銻反應產(chǎn)生三鹵化銻或鹵氧化銻，這些銻化合物才起到阻燃作用［6］，因此，Sb2O3與 FR－10配用能產(chǎn)生協(xié)同效應。在確定FR－10用量為20份的前提下，考察了Sb2O3用量對EPDM/PP－TPV阻燃性和力學性能的影響(見表2)，由表2可知，加入Sb2O3后EPDM/PP－TPV的阻燃性能有了明顯的提高，隨著Sb2O3用量的增加，氧指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，但在燃燒過程中不僅有濃煙的產(chǎn)生，而且有大量煙絮狀漂浮物。從力學性能來看，隨著Sb2O3的用量增加，對體系的拉伸強度和撕裂強度影響不大，邵爾A型硬度略有上升，但斷裂伸長率下降明顯，這可能是由于FR－10為小分子物質(zhì)，Sb2O3在體系中可以起到無機填料的作用，當Sb2O3用量較少時，可以對體系起到補強作用，用量較大時，兩者的加入對體系韌性帶來不利的影響，且添加量越大，斷裂伸長率和拉伸強度越小。

表2 FR－10/Sb2O3用量對EPDM/PP－TPV阻燃性和力學性能的影響

2.3 FR－10/Al(OH)3復合阻燃體系對EPDM/PP－TPV的影響

從表3可以看出，在確定FR－10為20份時，隨著Al(OH)3用量的增大，EPDM/PP－TPV的邵爾A型硬度略微增大，材料的拉伸強度減小，撕裂強度有所上升，但斷裂伸長率迅速下降。隨著Al(OH)3用量的增大，氧指數(shù)有上升的趨勢，而且燃燒過程中發(fā)煙量很低，也無漂浮的煙絮，達到了低毒少煙的效果。這是因為Al(OH)3的加入相當于減小了橡膠相在TPV中的比例，使TPV的硬度增大;此外，Al(OH)3的加入還隔離了橡膠粒子之間的連接，減小了橡膠粒子之間的相互作用力對TPV力學性能的貢獻，使其力學性能降低。

表3 FR－10/Al(OH)3用量對EPDM/PP－TPV阻燃性和力學性能的影響

當達到相同的阻燃效果(如氧指數(shù)為22)時，F(xiàn)R－10/Sb2O3復合阻燃體系用量(24份)比FR－10/Al(OH)3復合阻燃體系用量(60份)少，且力學性能較優(yōu)。

3 結論

①單用FR－10阻燃劑時，F(xiàn)R－10對EPDM/PP－TPV有一定的阻燃效果，但效果不明顯，且燃燒過程中伴有濃煙。②采用FR－10/Sb2O3復合阻燃體系，EPDM/PP－TPV阻燃效果較好，有協(xié)同阻燃的作用，力學性能略有降低，但燃燒時伴有大量煙絮狀漂浮物。③采用FR－10/Al(OH)3復合阻燃體系，Al(OH)3的加入對EPDM/PP－TPV阻燃效果不明顯，且影響力學性能，但在燃燒過程中有明顯的消煙作用。④當達到相同的阻燃效果時，F(xiàn)R－10/Sb2O3復合阻燃體系用量比FR－10/Al(OH)3復合阻燃體系用量少，且力學性能較優(yōu)。