APP/EG/三聚氰胺復配對EPDM阻燃性能的影響

劉彥彬，孫會娟，程敬泉，李麗霞，牛麗麗

（衡水學院 應用化學系，河北衡水 053000）

三元乙丙橡膠（EPDM）是由乙烯、丙烯和少量的非共軛二烯烴構成的三元共聚物，是飽和的非極性橡膠。EPDM具有較好的力學性能、防老化性、防水性、抗化學品腐蝕性等優點，但本身易燃燒，極限氧指數不超過19%[1-2]。因此，EPDM的阻燃性能研究始終都是熱點研究之一。

膨脹型阻燃劑（IFR）是一種無鹵阻燃體系，它由三部分組成：酸源、碳源和氣源。酸源：主要作用是在較低溫度下形成無機酸，為酯化反應提供羧基，促進炭層的形成，減少小分子可燃物的產生，同時還能促進不燃氣體的生成；氣源：主要作用是使形成的炭層體積膨脹，形成海綿狀細胞結構，同時在受熱時，能夠分解放出大量無毒不燃氣體，稀釋材料周圍氧氣濃度，有效延緩了材料的降解；碳源：主要作用是在酸源與氣源的聯合作用下，脫水炭化，最終形成炭層，起到隔熱阻氧的作用，并防止材料熔融滴落[3-4]。本實驗以聚磷酸銨為酸源、三聚氰胺為氣源、膨脹石墨為碳源，復配成膨脹型阻燃體系，采用正交設計實驗，研究三者的最佳配比。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

聚磷酸銨（App），工業級，山東泰星新材料股份有限公司；三聚氰胺（M），分析純，天津市大茂化學試劑廠；膨脹石墨（EG），工業級100目，青島恒潤達石墨有限公司；過氧化二異丙苯（DCP），分析純，成都艾科達化學試劑有限公司；硫磺（S），工業級，辛集市康達化工廠；防老劑RD，工業級，天津市茂豐橡膠助劑有限公司；軟化劑石蠟油，工業級，蘇州賽帕漢特種油品有限公司；炭黑（牌號N550），工業級，青州博奧炭黑有限公司；氧化鋅（ZnO），工業級，河北博奧納米材料有限公司；硬脂酸，分析純，豐益油脂科技有限公司；三元乙丙橡膠（EPDM）（牌號6069），市售。

1.2 實驗儀器

XK-160型橡膠開煉機，大連嘉爾新橡塑機械有限公司；XLB-D350×350型平板硫化機，青島華天鑫工貿有限公司；JC-1025型沖片機，江蘇拓達精誠測試儀器有限公司；MZ-4030型橡膠臺式測厚儀，江蘇明珠實驗機械有限公司；UTM-4204型電子萬能試驗機，深圳三思縱橫科技股份有限公司；HC-1型氧指數測定儀，南京市江寧區分析儀器廠。

1.3 試樣制備及性能測試

按照表1配方稱取藥品，將橡膠開煉至有些黏性。將硬脂酸、防老劑RD、氧化鋅、炭黑、聚磷酸銨、三聚氰胺、膨脹石墨、軟化劑石蠟油、過氧化二異丙苯和硫磺等分五批，依次加入混煉，多次搗膠至吃料完全后，打卷和打三角包數次；放大開煉機輥距，下片；放置約16～20h，在平板硫化機硫化，硫化參數為硫化壓力9～10MPa，溫度160 ℃，硫化時間為25min，且在開始硫化后5min時放氣一次。硫化完成后，按照測試標準裁樣。然后，參照國標GB/T 528—2009和GB/T 10707—2008測試樣條的拉伸強度和氧指數。

表1 正交實驗因素水平表與測試結果

2 實驗結果與討論

表2 氧指數和拉伸強度極差計算過程

由表3可知，當實驗指標為氧指數時，對EPDM熱穩定性影響大小順序為膨脹石墨＞聚磷酸銨＞三聚氰胺，最佳配比為25∶25∶15，此時膨脹石墨與聚磷酸銨的用量較大，聚磷酸銨在燃燒時分解產生磷酸，磷酸再生成偏磷酸，再經過聚合生成聚偏磷酸，聚偏磷酸具有很強的酸性，使材料表面發生脫水現象，形成焦炭層，而三聚氰胺分解生成大量不燃氣體，使炭層膨脹；同時，膨脹石墨受熱膨脹，形成結構致密的網狀炭層[5]，兩種成碳效果疊加，形成了較好的碳阻隔層，能夠使材料與熱源隔絕，減少材料與空氣接觸的表面積，減緩燃燒現象。且生成的不燃氣體還可以稀釋氧氣濃度，即炭層的凝聚相阻燃和不燃氣體的氣相阻燃同時作用，使得極限氧指數明顯升高。說明聚磷酸銨、膨脹石墨和三聚氰胺具有良好的阻燃協同效果。當實驗指標為拉伸強度時，對EPDM拉伸性影響大小順序同樣是膨脹石墨＞聚磷酸銨＞三聚氰胺，最佳配比為5∶5∶5，因為所加入的阻燃劑是無機物或有機小分子，與橡膠基體的相容性較差，且添加量較少時，混合的均勻性差，添加較多時，又容易團聚，所以導致拉伸強度降低。因此，對阻燃體系進行增容改性是很有必要的。

表3 氧指數和拉伸強度指標的極差分析表

3 結論

通過正交實驗得出，聚磷酸銨、膨脹石墨、三聚氰銨三者對EPDM的阻燃性能和力學性能影響順序為膨脹石墨＞聚磷酸銨＞三聚氰胺；三者有較好的協同阻燃效果，但力學性能有所下降，需要增容改性；三者的最佳比例為25：25：15。