王再學(xué)，楊 昭，蔣金春，戴維娜，畢文文

(1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系，江蘇徐州 221140;2.江蘇科強(qiáng)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(diǎn)，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(shè)備和方法進(jìn)行加工，應(yīng)用于汽車(chē)、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(yīng)用范圍。北京化工大學(xué)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(dòng)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(wú)鹵阻燃體系對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行阻燃改性，阻燃協(xié)效劑的加入對(duì)阻燃性能沒(méi)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(dòng)態(tài)硫化過(guò)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(xué)性能下降較多。本文采用動(dòng)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(duì)EPDM/PP－TPV進(jìn)行阻燃實(shí)驗(yàn)，探討了阻燃劑種類(lèi)及用量對(duì)EPDM/PP－TPV阻燃性能及力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

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

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

開(kāi)放式煉膠機(jī)XK－250，無(wú)錫市第一橡塑機(jī)械廠;開(kāi)放式高溫?zé)捤軝C(jī)X(S)K－160、平板硫化機(jī)QLB－25，無(wú)錫市第一橡塑機(jī)械有限公司;邵氏LX－A型橡膠硬度計(jì)，江都市真威試驗(yàn)機(jī)械有限公司;高低溫拉力試驗(yàn)機(jī)GT－AI－7000－GD，高鐵科技股份有限公司;氧指數(shù)測(cè)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(jìn)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(kāi)煉機(jī)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(jī)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(dòng)態(tài)硫化10min，薄通3～5次后出片。

稱(chēng)取已煉制好的膠料，在180℃的平板硫化機(jī)上放入模具預(yù)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(cè)試

氧指數(shù)按照GB/T10707－2008測(cè)定，試樣規(guī)格:100 mm×6 mm×3 mm;拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率按GB/T528－2009測(cè)定;撕裂性能根據(jù)GB/T529－2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)用試樣為無(wú)割口直角形;邵爾A型硬度根據(jù)GB/T 531.1－2008測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 FR－10阻燃劑對(duì)EPDM/PP－TPV阻燃性和力學(xué)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(yīng)，使燃燒點(diǎn)與外界空氣隔絕［4］。FR－10用量對(duì)EPDM/PP－TPV阻燃性和力學(xué)性能的影響見(jiàn)表1，從表可以看出，在試驗(yàn)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(qiáng)度略有下降，斷裂伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)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(duì)EPDM/PP－TPV的阻燃效果并不明顯，并且在燃燒過(guò)程中伴有濃烈的煙霧。

表1 FR－10用量對(duì)EPDM/PP－TPV阻燃性和力學(xué)性能的影響

2.2 FR－10/Sb2O3復(fù)合阻燃體系對(duì)EPDM/PPTPV阻燃性和力學(xué)性能的影響

Sb2O3本身不是阻燃劑，通常用鹵化物進(jìn)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(yīng)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(yīng)。在確定FR－10用量為20份的前提下，考察了Sb2O3用量對(duì)EPDM/PP－TPV阻燃性和力學(xué)性能的影響(見(jiàn)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(shì)，但在燃燒過(guò)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(xué)性能來(lái)看，隨著Sb2O3的用量增加，對(duì)體系的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度影響不大，邵爾A型硬度略有上升，但斷裂伸長(zhǎng)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(wú)機(jī)填料的作用，當(dāng)Sb2O3用量較少時(shí)，可以對(duì)體系起到補(bǔ)強(qiáng)作用，用量較大時(shí)，兩者的加入對(duì)體系韌性帶來(lái)不利的影響，且添加量越大，斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度越小。

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

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

從表3可以看出，在確定FR－10為20份時(shí)，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(qiáng)度減小，撕裂強(qiáng)度有所上升，但斷裂伸長(zhǎng)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(shì)，而且燃燒過(guò)程中發(fā)煙量很低，也無(wú)漂浮的煙絮，達(dá)到了低毒少煙的效果。這是因?yàn)锳l(OH)3的加入相當(dāng)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(duì)TPV力學(xué)性能的貢獻(xiàn)，使其力學(xué)性能降低。

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

當(dāng)達(dá)到相同的阻燃效果(如氧指數(shù)為22)時(shí)，F(xiàn)R－10/Sb2O3復(fù)合阻燃體系用量(24份)比FR－10/Al(OH)3復(fù)合阻燃體系用量(60份)少，且力學(xué)性能較優(yōu)。

3 結(jié)論

①單用FR－10阻燃劑時(shí)，F(xiàn)R－10對(duì)EPDM/PP－TPV有一定的阻燃效果，但效果不明顯，且燃燒過(guò)程中伴有濃煙。②采用FR－10/Sb2O3復(fù)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(xué)性能略有降低，但燃燒時(shí)伴有大量煙絮狀漂浮物。③采用FR－10/Al(OH)3復(fù)合阻燃體系，Al(OH)3的加入對(duì)EPDM/PP－TPV阻燃效果不明顯，且影響力學(xué)性能，但在燃燒過(guò)程中有明顯的消煙作用。④當(dāng)達(dá)到相同的阻燃效果時(shí)，F(xiàn)R－10/Sb2O3復(fù)合阻燃體系用量比FR－10/Al(OH)3復(fù)合阻燃體系用量少，且力學(xué)性能較優(yōu)。