用通用橡膠生產(chǎn)阻燃橡膠件

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)實意義。為了解決好這一問題，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（屬二級毒性），故急需以毒性較小的阻燃劑取代之，該文作者過去曾研究過多種阻燃劑，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性能。即按ASTM D2084—79標(biāo)準(zhǔn)，在流變儀MDR-3000上測定了膠料黏度及焦燒性能。硫化膠各項性能的研究，按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行：按俄羅斯國家標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ 270—75測定了橡膠的力學(xué)性能；按ГОСТ9.024—74測定了熱老化性能；按ГОСТ 262—79測定了撕裂強(qiáng)度；按ГОСТ 263—75測定了硬度；按ГОСТ 27110—86測定了回彈性。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），按燃燒時間（火焰熄滅前）測定的。

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）測定之。只是聚合物材料必須在專門試驗條件下，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。膠料在實驗室用開煉機(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，焦燒起步時間ts、正硫化時間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性能

(表未完)

(續(xù)前表)

曾在Perkin Elmer STA6000儀器上，用熱重分析法（ТГА）研究了所用阻燃劑的效果，試驗溫度28～396 ℃，試驗結(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，所有六條失重m/m0（T）溫度曲線實際上是相互重合的。當(dāng)溫度超過210 ℃，由于阻燃劑分解，硫化膠試樣的質(zhì)量開始減少，對比用標(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）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(曲線編號與表1中的編號相對應(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，證實了這一點。

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