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        用通用橡膠生產(chǎn)阻燃橡膠件

        2017-03-08 01:05:52江畹蘭編譯
        世界橡膠工業(yè) 2017年12期

        江畹蘭 編譯

        (華南理工大學(xué)材料學(xué)院, 廣東 廣州 510641)

        提高包括橡膠在內(nèi)的聚合物復(fù)合材料的阻燃性,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了解決好這一問(wèn)題,在膠料配方中,常常使用阻燃劑安替比林。目前,氧化銻與氯化石蠟的并用物是最常用的阻燃劑。但氧化銻的毒性大(屬二級(jí)毒性),故急需以毒性較小的阻燃劑取代之,該文作者過(guò)去曾研究過(guò)多種阻燃劑,其中包括氧化銻與氯化石蠟ХП-1100,以及它們與三氯乙基磷酸鹽、氫氧化鋁、三氯烷基磷酸鹽、氧化鎂及氧化鈣、氫氧化鋁、硼酸鋅的并用物對(duì)丁腈橡膠阻燃性的影響。在相關(guān)文獻(xiàn)中提到,將氫氧化鋁與硼酸鋇及氯化石蠟ХП-1100并用,可以不用氧化銻制得阻燃性丁腈橡膠。為提高通用橡膠的阻燃性,也可通過(guò)往其膠料中加入氧化銻與氯化石蠟達(dá)到目的。因此,研究用低毒性阻燃劑部分取代或完全取代橡膠中氧化銻的可能性,就頗有意義。在有些文獻(xiàn)中展示了用有機(jī)黏土[以層狀硅酸鹽(蒙脫土)為基礎(chǔ)]提高橡膠阻燃性的一組數(shù)據(jù)。在另幾篇文獻(xiàn)中也曾指出,提高聚合物材料的熱穩(wěn)定性,有助于提高其阻燃性。有鑒于此,文中研究了采用以有機(jī)黏土部分取代氧化銻,將氫氧化鋁、氫氧化鎂及氫氧化鈣并用,以及將氫氧化鋁與硼酸鋇并用等措施來(lái)制備通用橡膠阻燃件。

        該文作者采用下列方法研究膠料的各項(xiàng)性能。即按ASTM D2084—79標(biāo)準(zhǔn),在流變儀MDR-3000上測(cè)定了膠料黏度及焦燒性能。硫化膠各項(xiàng)性能的研究,按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行:按俄羅斯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ 270—75測(cè)定了橡膠的力學(xué)性能;按ГОСТ9.024—74測(cè)定了熱老化性能;按ГОСТ 262—79測(cè)定了撕裂強(qiáng)度;按ГОСТ 263—75測(cè)定了硬度;按ГОСТ 27110—86測(cè)定了回彈性。橡膠的阻燃性是將標(biāo)準(zhǔn)膠樣(直徑35 mm、厚5 mm的圓環(huán)形試樣)持續(xù)接觸燃燒著的火焰20 min(TY 2512-046-00152081—2003規(guī)定),按燃燒時(shí)間(火焰熄滅前)測(cè)定的。

        當(dāng)然,也可以按照氧指數(shù)(氮氧混合物中氧的最低百分比含量)測(cè)定之。只是聚合物材料必須在專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)條件下,處于被火焰燃燒的狀態(tài)之中(ГОСТ-2193—76)。

        以前曾研究了用多種具有阻燃性的化合物,如有機(jī)黏土——蒙脫土Cloisite 10A、Cloisite 15A及Cloisite 30B,氫氧化鋁+氫氧化鎂+氫氧化鈣及氫氧化鋁+硼酸鋇的并用物,部分取代氧化銻,對(duì)硫磺硫化異戊橡膠СКИ-3+順丁橡膠併用膠膠料流變性能及硫化膠各項(xiàng)力學(xué)性能和阻燃性能的影響。該橡膠可用于生產(chǎn)模壓制品,其膠料配方中含硫磺、促進(jìn)劑DM、單乙醇胺、防老劑D、防老劑4010NA、硬脂酸、石蠟、氧化鋅、炭黑П245及其他配合劑。膠料在實(shí)驗(yàn)室用開(kāi)煉機(jī)ПБ320 150/150上混煉,在雙層電熱液壓硫化機(jī)ВП-100-400-2Э中,于143 ℃下硫化30 min。

        表1列示了含不同阻燃劑(相對(duì)于100質(zhì)量份生膠)的膠料的流變性能、硫化膠的力學(xué)性能及阻燃性能。與基本配方相比,所有其他膠料都以不同的阻燃劑部分取代氧化銻。由表1中的數(shù)據(jù)可知,與基本配方相比,其他所有膠料的最小轉(zhuǎn)矩(ML)及最大轉(zhuǎn)矩(MH)都有所減小,焦燒起步時(shí)間ts、正硫化時(shí)間t90及硫化速率U都有所提高,且含Cloisite 10A、Cloisite 15A及氫氧化鋁+氫氧化鎂+氫氧化鈣併用物的膠料(相應(yīng)于2,3,5編號(hào)膠料)的硫化速率最高。用安替比林阻燃劑部分取代氧化銻,有助于提高橡膠的拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度、回彈性、耐熱性及阻燃性,而硬度保持不變。此外,含Cloisite 15A的硫化膠,其拉伸強(qiáng)度及撕裂強(qiáng)度值均最高,燃燒時(shí)間最短,氧指數(shù)值也較高。

        表1 含不同安替比林(阻燃劑)的膠料及硫化膠的各項(xiàng)性能

        (表未完)

        (續(xù)前表)

        曾在Perkin Elmer STA6000儀器上,用熱重分析法(ТГ?。┭芯苛怂米枞紕┑男Ч?,試驗(yàn)溫度28~396 ℃,試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1得出,橡膠試樣質(zhì)量在28~210 ℃范圍內(nèi)發(fā)生變化。其中,包括150~180 ℃膠料硫化溫度。當(dāng)溫度達(dá)210 ℃時(shí),所有六條失重m/m0(T)溫度曲線實(shí)際上是相互重合的。當(dāng)溫度超過(guò)210 ℃,由于阻燃劑分解,硫化膠試樣的質(zhì)量開(kāi)始減少,對(duì)比用標(biāo)準(zhǔn)橡膠試樣起始失重10%發(fā)生在230 ℃下,而配方5及6的失重則發(fā)生在235 ℃左右,配方2發(fā)生在240 ℃,配方4-245 ℃,配方3-260 ℃。因此,含有機(jī)黏土Cloisite 15A的硫化膠(3號(hào))的耐熱老化降解和阻燃性最好。

        圖1 膠料在不同情況下的熱重譜圖(曲線編號(hào)與表1中的編號(hào)相對(duì)應(yīng))

        總之,在硫磺硫化的通用橡膠中,用有機(jī)黏土Cloisite 15A部分取代日氧化銻,可以改善膠料的流變性能,提高硫化膠的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性及阻燃性。這是由于在橡膠中生成了納米復(fù)合物,后者是通過(guò)橡膠大分子穿入了以有機(jī)黏土Cloisite 15A為基礎(chǔ)的層狀硅酸鹽空間中形成的。如此便導(dǎo)致橡膠降解產(chǎn)物(如二氧化碳、水蒸氣等)的擴(kuò)散減緩,從而阻止了空氣中的氧進(jìn)入燃燒著的橡膠。在所研究的橡膠中生成了納米復(fù)合物,含Cloisite 15A的橡膠試樣在甲苯中的溶脹度低于含其他安替比林阻燃劑的試樣,證實(shí)了這一點(diǎn)。

        [1]Петрова Н.П等.Разработка огнестойкой резины на основе каучуков обшего назначения[J].Каучук и резина,2105(04):16-18.

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