賀春江，張國文，裴頂峰，楊維堅

（中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京 100081）

近年來由于消防安全及環(huán)保等問題的日益嚴重，無鹵阻燃材料的應用逐年增長。與鹵系阻燃劑相比，無機阻燃劑，如氫氧化鋁和氫氧化鎂等，具有燃燒時無有害氣體釋放, 燃燒后的殘渣也不會對環(huán)境造成污染等優(yōu)點，因此成為深受人們歡迎的環(huán)保阻燃劑[1-2]。LH3 是力礦礦業(yè)公司生產(chǎn)的白色超細無機礦物性功能填料，主要成份為水菱鎂石-斜方云石的混合物。該填料具有色澤潔白、對環(huán)境友好，價格低廉(價格比水合法生產(chǎn)的氫氧化鎂便宜)的特點[3-6]。LH3 在橡膠中的應用研究尚未見文獻報道。本研究對比了LH3、氫氧化鋁及氫氧化鎂對乙丙橡膠硫化特性、加工性能、物理機械性能和阻燃性能的影響區(qū)別，表征了LH3 與紅磷的協(xié)同阻燃效應。研究結果不僅顯示了LH3 在乙丙橡膠中具有良好的應用前景，還為LH3 在無鹵阻燃乙丙橡膠材料的研究及應用提供參考。

1 實驗部分

1.1 原材料

乙丙橡膠，J-4045，吉林化學工業(yè)公司；氫氧化鎂(H5IV)，氫氧化鋁(104LEO)，美國雅寶公司；LH3，力礦礦業(yè)公司；其他為市售工業(yè)品。

1.2 試樣制備

基本配方(phr，質量份)：EPDM 100，氧化鋅5，硬脂酸1，S 1.2，TRA 0.75＜BZ 1.5，DM 0.5，阻燃劑變量。

試樣制備工藝：在上海雙翼橡塑機械有限公司生產(chǎn)的XK-160 型開放式煉膠機上混煉。乙丙橡膠先包輥塑煉,依次加入氧化鋅、硬脂酸和阻燃劑，混煉均勻，最后加入硫化劑和促進劑。停放兩天后適當返煉，在上海齊才液壓機械有限公司生產(chǎn)的XLB型平板硫化機上硫化。

硫化條件：170 ℃×12 min×15Mpa。

1.3 分析與測試

氧指數(shù)：用江蘇江寧縣分析儀器廠產(chǎn)的JF-3 型氧指數(shù)測定儀按照GB/T 10707-2008 測定氧指數(shù)。

力學性能：拉伸強度、硬度測試分別按相應國家標準(GB/T 528-2009，GB/T 531-2008)測定。

硫化曲線：用MDR2000測定，測試條件170℃×30min。

2 結果與討論

2.1 不同阻燃劑對乙丙橡膠硫化特性的影響

測試了填充175 份氫氧化鎂、氫氧化鋁及LH3的混煉膠的硫化特性。結果如表1 所示。

表1 不同阻燃劑對乙丙橡膠硫化特性的影響 Table 1 Effect of different flame retardants on the curing characteristics of EPDM

從表1 不同阻燃劑對乙丙橡膠硫化曲線參數(shù)的影響中可以看出，LH3 的Tc10 為51 秒，比氫氧化鋁的1 分零2 秒，氫氧化鎂的1 分都要短；LH3 的Tc90為9 分14 秒，比氫氧化鋁的13 分55 秒，氫氧化鎂的12 分56 秒要短。這表明LH3 表面呈堿性，硫化速度快。這一點對制備熱空氣連續(xù)硫化的產(chǎn)品比較有利。LH3 的最小扭矩0.209 N· m，比氫氧化鋁的0.304 N·m，氫氧化鎂的0.533 N·m 都要小，這表明LH3在開煉機或密煉機中混煉時的能耗較小。

2.2 不同阻燃劑對乙丙橡膠壓延外觀的影響

在開煉機上，將輥距調至1 毫米，分別取填充175 份阻燃劑的混煉膠400 克過輥出片，外觀如圖1 所示。

從圖1 中看出，含LH3 的混煉膠外觀最光滑。分析認為，這可能和LH3 片狀結構有關[3]。這一特點顯示出LH3 在制備要求外觀光滑的擠出類產(chǎn)品(如密封條等產(chǎn)品)中比較有優(yōu)勢。

圖1 不同阻燃劑對乙丙橡膠壓延外觀的影響 （從左到右依次為1#、2#和3#） Fig.1 Effect of different flame retardants on the rolling surface appearance of EPDM (from the left,1#、2#和3#)

2.3 不同阻燃劑對乙丙橡膠物理機械性能的影響

研究對比了氫氧化鎂、氫氧化鋁及LH3 用量對乙丙橡膠物理機械性能的影響，結果如表2 所示。

表2 不同阻燃劑對乙丙橡膠物理機械性能的影響 Table 2 Effect of different flame retardants on the mechanical properties of EPDM

從表2 不同阻燃劑對乙丙橡膠物理機械性能的影響中可以看出，隨著阻燃劑用量增加，硫化膠的硬度都逐漸增大，其中LH3 的硬度及定伸最小，扯斷伸長率最大，拉伸強度介于氫氧化鎂與氫氧化鋁之間。

2.4 不同阻燃劑對乙丙橡膠阻燃性能的影響

LH3 與氫氧化鎂、氫氧化鋁一樣，在高溫下會受熱分解，吸收大量的熱，因而具有阻燃作用[3]。研究對比了這三種阻燃劑用量對乙丙橡膠氧指數(shù)的影響，結果如圖2 所示。從圖2 不同阻燃劑用量對乙丙橡膠阻燃性能的影響中可見，隨著三種阻燃劑用量增大，氧指數(shù)逐漸增大。 LH3 的氧指數(shù)比氫氧化鎂的要小，比氫氧化鋁的略大，更接近氫氧化鋁。

圖2 不同阻燃劑對乙丙橡膠阻燃性能的影響 Fig.2 Effect of different flame retardants on the flame retardance of EPDM

2.5 LH3 與紅磷的協(xié)同阻燃效應

在總阻燃劑用量125 份基礎上，考察了LH3與紅磷并用比例對氧指數(shù)的影響，結果如圖3 所示。從圖3 中可以看出，隨著紅磷用量增大，氧指數(shù)逐漸增大。圖3 表明紅磷與LH3 有顯著的協(xié)同阻燃效應。LH3 主要成分為水菱鎂石-斜方云石。受熱時LH3 會釋放出水和二氧化碳，并吸收大量的熱。紅磷受熱時在燃燒物表面分解產(chǎn)生一層粘稠的覆蓋物，阻隔燃燒過程中氧、熱及小分子的擴散。紅磷高溫下釋放的PO·與促進燃燒進行的H·和OH·反應，終止燃燒的鏈反應，減少火焰區(qū)反饋到橡膠的熱量，起到抑制火焰的作用[7]。

因此，紅磷和LH3 并用可以提高乙丙橡膠的阻燃性能。

圖3 LH3 用量對乙丙橡膠氧指數(shù)的影響 Fig. 3 1 Effect of the content of LH3 on the limited oxygen index of EPDM

3 結論

LH3 與氫氧化鎂、氫氧化鋁相比，填充LH3的乙丙橡膠混煉膠的粘度較小，壓延外觀較光滑；焦燒時間及正硫化時間都較短；硫化膠的硬度小，拉伸強度介于氫氧化鎂與氫氧化鋁之間；扯斷伸長率大于氫氧化鎂及氫氧化鋁的；氧指數(shù)介于氫氧化鋁及氫氧化鎂之間，與紅磷有協(xié)同阻燃效應。LH3作為無鹵阻燃劑很適合做擠出類的無鹵阻燃密封條類產(chǎn)品。

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[2]關瑞芳，李寧. 無機阻燃劑的應用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景[J]. 合成材料老化與應用，2013，42(04)：55-57.

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[5]郭如新. 水菱鎂石-斜方云石鎂質阻燃劑近況[J].塑料助劑，2012，91(01)：10-14.

[6]郭如新. 水鎂石、水菱鎂石和斜方云石資源、加工與應用[J]. 無機鹽工業(yè)，2012，44(02)：13-16.

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