張紅霞，史旭燦，郁 宇，王 暢，李 垚

（唐山師范學(xué)院 化學(xué)系，河北 唐山 063000）

室溫硫化硅橡膠制品一般以 107膠為基礎(chǔ)膠，具有在室溫下無(wú)需加熱、加壓即可硫化，使用方便等特點(diǎn)[1]。107膠主鏈由硅氧鍵組成，鍵能大，但側(cè)基為易燃的甲基，其燃燒極限氧指數(shù)小于25。因此在生產(chǎn)橡膠制品時(shí)，需要添加合適阻燃劑，提高其阻燃性能[2,3]。氫氧化鎂作為無(wú)鹵阻燃劑，具有低煙、低毒、低腐蝕以及價(jià)廉、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)[4]，并能和很多種其它物質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同阻燃效應(yīng)[5]。但氫氧化鎂用量大，導(dǎo)致橡膠制品的物理性能大大降低[6]。趙偉等[7]研究發(fā)現(xiàn)加入硼酸鋅可減少氫氧化鎂的用量，提高材料的加工性能。

本文以改性氫氧化鎂和市售硼酸鋅為阻燃劑，研究其對(duì)107膠制品性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

107膠（20 000 mPa·s，唐山三友化工股份公司）；氣相法白炭黑（AEROSIL 200，贏創(chuàng)德固賽）；硼酸鋅、正硅酸乙酯、二月桂酸二丁基錫、硬脂酸鈉、氫氧化鎂（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠）；氫氧化鎂以硬脂酸鈉為改性劑進(jìn)行濕法表面改性，活化指數(shù)達(dá)到95%以上[8,9]。

1.2 儀器與設(shè)備

KT877S電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（蘇州科晟泰機(jī)械設(shè)備有限公司），GZ-120S數(shù)顯恒速?gòu)?qiáng)力電攪拌器（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司），CZF-3水平垂直燃燒儀（南京炯雷儀器設(shè)備有限公司），ZR-01智能氧指數(shù)測(cè)定儀（青島山紡儀器有限公司），TGA4000 熱重分析儀（美國(guó)Perkin Elmer 公司），聚四氟乙烯模具，定制。

1.3 性能測(cè)試

按表1配方，稱量107膠、氣相法白炭黑、氫氧化鎂、硼酸鋅，攪拌均勻；加入交聯(lián)劑正硅酸乙酯、催化劑二月桂酸二丁基錫，攪拌均勻；倒入聚四氟乙烯模具，抽真空排氣泡，鋪平；室溫硫化24 h后取出，得到107膠制品（下文簡(jiǎn)稱硅橡膠），按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行切割備用。

表1 硅橡膠配方表（按質(zhì)量比例份數(shù)）

極限氧指數(shù)（LOI）和垂直燃燒性能按照GB/T10707-2008進(jìn)行測(cè)試。

拉伸性能按照 GB/T 528-2009進(jìn)行測(cè)試。

利用熱重分析研究材料熱穩(wěn)定性，測(cè)試條件：N2氣氛，升溫速率為 20 ℃?min-1，溫度范圍30 ℃～800 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃性能

氫氧化鎂和硼酸鋅的配比對(duì)硅橡膠極限氧指數(shù)的影響如圖1所示。由圖1可見，1#純硅橡膠是易燃的高分子材料，其LOI僅為21.3%，達(dá)不到阻燃級(jí)別[10]。在硅橡膠中添加阻燃劑氫氧化鎂或硼酸鋅，2#和 3#硅橡膠的 LOI均有一定增大，說明硅橡膠具有了一定的阻燃性。在硅橡膠中添加阻燃劑氫氧化鎂/硼酸鋅后，阻燃硅橡膠的LOI隨著阻燃劑含量的增加而逐漸增大，且在氫氧化鎂/硼酸鋅用量為50：40時(shí)，6#阻燃硅橡膠的 LOI達(dá)到 32.0%，較純硅橡膠的 LOI提高了50.2%。上述結(jié)果表明，阻燃劑氫氧化鎂/硼酸鋅的添加明顯提高了硅橡膠的阻燃性。

圖1 阻燃劑配比對(duì)硅橡膠LOI的影響

垂直燃燒等級(jí)的測(cè)試模式能更好地反映硅橡膠的實(shí)際阻燃效果。阻燃劑配比對(duì)硅橡膠垂直燃燒性能的影響如表2所示。

表2 阻燃劑配比對(duì)硅橡膠垂直燃燒性能的影響

從表2可以看出，未加入阻燃劑的硅橡膠完全燃燒且有大量黑煙。加入氫氧化鎂硅橡膠都表現(xiàn)出自熄性。加入氫氧化鎂/硼酸鈉的硅橡膠燃燒時(shí)，都無(wú)明火，垂直燃燒等級(jí)隨著阻燃劑配比的不同而表現(xiàn)為FV-0級(jí)和FV-1級(jí)。由此可知，氫氧化鎂和硼酸鋅的科學(xué)配比可賦予硅橡膠良好的阻燃性能。

2.2 拉伸性能

阻燃劑配比對(duì)硅橡膠拉伸性能的影響如表3所示。

由表3可知，與1#未加阻燃劑的硅橡膠相比較，添加阻燃劑的硅橡膠的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率均有大幅度的增大。2#配方膠料，加入 40份硼酸鋅，與未加硼酸鋅的1#配方膠料相比，其拉伸強(qiáng)度提高了66%，扯斷伸長(zhǎng)率提高了350%，由此可以看出加入 40份硼酸鋅對(duì)硅橡膠的拉伸性能提升非常明顯。3#配方膠料，加入 50份表面改性氫氧化鎂，與未加氫氧化鎂的 1#膠料相比，其拉伸強(qiáng)度提高了53%，扯斷伸長(zhǎng)率提高了252%，這是因?yàn)楸砻娓男缘臍溲趸V與硅橡膠具有較好的相容性。6#配方膠料，加 40份硼酸鋅和50份表面改性氫氧化鎂，與1#膠料相比，其拉伸強(qiáng)度提高了 131%，扯斷伸長(zhǎng)率提高了345%，其拉伸性能非常優(yōu)異，說明氫氧化鎂與硼酸鋅復(fù)配合適配比對(duì)硅橡膠的拉伸性能提升非常明顯。羅權(quán)焜[11]等研究了在硅橡膠中加入氫氧化鎂/硼酸鋅阻燃體系對(duì)其物理機(jī)械性能的影響，分析稱因氫氧化鎂粒子較細(xì)，未嚴(yán)重破壞硅橡膠的物理機(jī)械性能。

表3 阻燃劑配比對(duì)硅橡膠拉伸性能的影響

2.3 TG分析

阻燃劑氫氧化鎂和硼酸鋅復(fù)配阻燃硅橡膠的TG曲線如圖2所示。

圖2 阻燃硅橡膠的TG曲線

由圖2可以看出，未加阻燃劑的1#配方膠料的初始熱分解溫度（T5）為400.0 ℃，終止溫度為594.7 ℃，說明未加阻燃劑的硅橡膠在這段溫度范圍內(nèi)完全分解，殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.13%，即灰量太低，阻隔性不好，所以阻燃性差。

由圖2中還可以看出，當(dāng)添加阻燃劑后，2#，3#，4#和 6#硅橡膠的T5均有所降低，終止溫度有所升高，說明加阻燃劑后硅橡膠的熱分解區(qū)間變寬了，當(dāng)添加 40份硼酸鋅時(shí)，2#配方膠料的T5為350.9 ℃，其終止溫度為610.0 ℃，其熱分解區(qū)間比 1#配方膠料的熱分解區(qū)間寬了約 64℃；當(dāng)添加50份氫氧化鎂和40份硼酸鋅時(shí)，6#配方膠料的T5僅為 341.1 ℃，說明氫氧化鎂和硼酸鋅間產(chǎn)生了協(xié)同作用，加大了初始熱分解溫度降低的程度。由圖2中還可以看出，當(dāng)添加阻燃劑后，硅橡膠的質(zhì)量保持率均有所增大，當(dāng)添加50份氫氧化鎂和40份硼酸鋅時(shí)，6#配方膠料的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，為43.6%。

3 結(jié)論

氫氧化鎂/硼酸鋅可產(chǎn)生協(xié)同作用，使硅橡膠的阻燃性能增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)材料的拉伸性能和熱穩(wěn)定性起到了改善作用，當(dāng)氫氧化鎂/硼酸鋅質(zhì)量份數(shù)配比為50：40時(shí)，硅橡膠的綜合性能最佳。

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