EPDM/PP热塑性硫化胶阻燃性能的研究

王再学，杨 昭，蒋金春，戴维娜，毕文文

(1.徐州工业职业技术学院材料工程系，江苏徐州 221140;2.江苏科强工业胶带有限公司，江苏江阴 214422)

EPDM/PP热塑性硫化胶(EPDM/PP－TPV)兼具EPDM和PP的优点，具有卓越的抗疲劳性、良好的耐磨性、极优的耐臭氧和耐候性，并且可以采用传统的热塑性塑料加工设备和方法进行加工，应用于汽车、建筑、电线电缆、家用电器等行业，用量逐年增加。但是EPDM/PP－TPV的易燃性限制了其应用范围。北京化工大学赵杏梅等［1］研究了十溴二苯醚(FR－10)/三氧化二锑(Sb2O3)/氢氧化镁［Mg(OH)2］并用阻燃体系，Mg(OH)2在动态硫化前加入，可制备低硬度低发烟EPDM/PP－TPV;刘翠娜等［2］采用无卤阻燃体系对复合材料进行阻燃改性，阻燃协效剂的加入对阻燃性能没有提高，反而影响物理性能;吴正环等［3］研究了EPDM/PP在不同硫化体系下的动态硫化过程，在加入阻燃剂的情况下，EPDM/PP体系的阻燃性能得到了改善，但体系的力学性能下降较多。本文采用动态硫化的方法，选用FR－10及其与Sb2O3和氢氧化铝［Al(OH)3］分别配合使用对EPDM/PP－TPV进行阻燃实验，探讨了阻燃剂种类及用量对EPDM/PP－TPV阻燃性能及力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原材料

三元乙丙橡胶，4045，吉林化学工业股份有限公司有机合成厂;聚丙烯，T30S，中国石化青岛炼油化工有限责任公司;十溴二苯醚、氢氧化铝，济南晨旭化工有限公司;三氧化二锑，一级品，济南金盈泰化工有限公司;硫化剂、防老剂等，市售。

1.2 实验设备及仪器

开放式炼胶机XK－250，无锡市第一橡塑机械厂;开放式高温炼塑机X(S)K－160、平板硫化机QLB－25，无锡市第一橡塑机械有限公司;邵氏LX－A型橡胶硬度计，江都市真威试验机械有限公司;高低温拉力试验机GT－AI－7000－GD，高铁科技股份有限公司;氧指数测定仪JF－3，南京市江宁区分析仪器厂。

1.3 试样制备

基本配方(质量份数):EPDM 50，PP 50，硫黄1.5，促进剂 1.5，氧化锌 5，硬脂酸 1，石蜡油、防老剂等适量，FR－10、Sb2O3、Al(OH)3为变量。

EPDM在开炼机上塑炼5 min后，按加料顺序依次加入小料，混炼均匀后下片待用;在150℃的热炼机上塑化PP，再加入EPDM混炼胶，共混均匀后依次加入阻燃剂、硫化剂，动态硫化10min，薄通3～5次后出片。

称取已炼制好的胶料，在180℃的平板硫化机上放入模具预热4 min，排气5次后在压力17 MPa下保压120 s，然后通入冷却水，降温至90℃左右取出试样压平，分别制备厚度为2 mm±0.2 mm的拉伸试样和3 mm±0.25 mm的阻燃试样。

1.4 性能测试

氧指数按照GB/T10707－2008测定，试样规格:100 mm×6 mm×3 mm;拉伸强度和断裂伸长率按GB/T528－2009测定;撕裂性能根据GB/T529－2008标准进行检测，实验用试样为无割口直角形;邵尔A型硬度根据GB/T 531.1－2008测定。

2 结果与讨论

2.1 FR－10阻燃剂对EPDM/PP－TPV阻燃性和力学性能的影响

FR－10遇火受热分解产生溴化氢气体，一方面覆盖在材料表面，隔绝空气和热，起到覆盖作用;另一方面起消除自由基的作用，可抑制聚合物燃烧的连锁反应，使燃烧点与外界空气隔绝［4］。FR－10用量对EPDM/PP－TPV阻燃性和力学性能的影响见表1，从表可以看出，在试验范围内，随着FR－10用量的增加，EPDM/PP－TPV的阻燃性能得到了一定的改善，但提高的幅度不大;随着FR－10的用量不断增加，拉伸强度略有下降，断裂伸长率和撕裂强度则明显下降，硬度变化不大。从表1还可以看出，FR－10阻燃剂的加入对EPDM/PP－TPV的阻燃效果并不明显，并且在燃烧过程中伴有浓烈的烟雾。

表1 FR－10用量对EPDM/PP－TPV阻燃性和力学性能的影响

2.2 FR－10/Sb2O3复合阻燃体系对EPDM/PPTPV阻燃性和力学性能的影响

Sb2O3本身不是阻燃剂，通常用卤化物进行活化，卤化物受热分解释放出氢卤酸或卤素，此分解产物与氧化锑反应产生三卤化锑或卤氧化锑，这些锑化合物才起到阻燃作用［6］，因此，Sb2O3与 FR－10配用能产生协同效应。在确定FR－10用量为20份的前提下，考察了Sb2O3用量对EPDM/PP－TPV阻燃性和力学性能的影响(见表2)，由表2可知，加入Sb2O3后EPDM/PP－TPV的阻燃性能有了明显的提高，随着Sb2O3用量的增加，氧指数呈现上升趋势，但在燃烧过程中不仅有浓烟的产生，而且有大量烟絮状漂浮物。从力学性能来看，随着Sb2O3的用量增加，对体系的拉伸强度和撕裂强度影响不大，邵尔A型硬度略有上升，但断裂伸长率下降明显，这可能是由于FR－10为小分子物质，Sb2O3在体系中可以起到无机填料的作用，当Sb2O3用量较少时，可以对体系起到补强作用，用量较大时，两者的加入对体系韧性带来不利的影响，且添加量越大，断裂伸长率和拉伸强度越小。

表2 FR－10/Sb2O3用量对EPDM/PP－TPV阻燃性和力学性能的影响

2.3 FR－10/Al(OH)3复合阻燃体系对EPDM/PP－TPV的影响

从表3可以看出，在确定FR－10为20份时，随着Al(OH)3用量的增大，EPDM/PP－TPV的邵尔A型硬度略微增大，材料的拉伸强度减小，撕裂强度有所上升，但断裂伸长率迅速下降。随着Al(OH)3用量的增大，氧指数有上升的趋势，而且燃烧过程中发烟量很低，也无漂浮的烟絮，达到了低毒少烟的效果。这是因为Al(OH)3的加入相当于减小了橡胶相在TPV中的比例，使TPV的硬度增大;此外，Al(OH)3的加入还隔离了橡胶粒子之间的连接，减小了橡胶粒子之间的相互作用力对TPV力学性能的贡献，使其力学性能降低。

表3 FR－10/Al(OH)3用量对EPDM/PP－TPV阻燃性和力学性能的影响

当达到相同的阻燃效果(如氧指数为22)时，FR－10/Sb2O3复合阻燃体系用量(24份)比FR－10/Al(OH)3复合阻燃体系用量(60份)少，且力学性能较优。

3 结论

①单用FR－10阻燃剂时，FR－10对EPDM/PP－TPV有一定的阻燃效果，但效果不明显，且燃烧过程中伴有浓烟。②采用FR－10/Sb2O3复合阻燃体系，EPDM/PP－TPV阻燃效果较好，有协同阻燃的作用，力学性能略有降低，但燃烧时伴有大量烟絮状漂浮物。③采用FR－10/Al(OH)3复合阻燃体系，Al(OH)3的加入对EPDM/PP－TPV阻燃效果不明显，且影响力学性能，但在燃烧过程中有明显的消烟作用。④当达到相同的阻燃效果时，FR－10/Sb2O3复合阻燃体系用量比FR－10/Al(OH)3复合阻燃体系用量少，且力学性能较优。