三元乙丙与氯化聚乙烯并用的高填充低烟环保阻燃材料

穆大强

（天津市橡胶工业研究所有限公司 天津 300384）

三元乙丙与氯化聚乙烯并用的高填充低烟环保阻燃材料

穆大强

（天津市橡胶工业研究所有限公司 天津 300384）

三元乙丙与氯化聚乙烯并用的高填充低烟环保阻燃材料是具有高阻燃，低烟密环的保型阻燃材料。具有高效的抗紫外线、耐老化、耐腐蚀、不褪色、无毒等优良特性，广泛用于石油管道包覆，燃气管道包覆。

高阻燃；低烟密；抗紫外老化；无毒环保。

与天然橡胶、丁苯橡胶和氯丁橡胶相比，三元乙丙橡胶（EPDM）具有优良的弹性、耐天候性、耐臭氧性和抗紫外线老化性。但是EPDM属于碳氢链橡胶材料，非常容易燃烧，同时产生大量黑色浓烟。通过并用阻燃性能好，耐老化性能好的氯化聚乙烯，选择以金属氧化物为主体的阻燃剂，并对磷、胺阻燃剂进行协调配比，对材料物理机械性能进行测试调整，确立材料测试体系，降低了烟气的生成量、烟含量、滴落物，降低了燃烧速率，提高了材料的阻燃性。

1、试验

1.1 原材料

CPE（35B）（氯化聚乙烯），山东祥生塑胶有限公司；三元乙丙（4470），吉林化工有限公司；氢氧化铝，中铝山东有限公司；氢氧化镁，上海敦煌化工公司；聚磷酸胺（MCA-6003）寿光卫东化工阻燃剂有限公司；十溴二苯乙烷，济南金盈泰化工有限公司；白炭黑，山西同德化工有限公司；CDP（磷酸甲苯二苯酯），天津利海石化有限公司。

1.2 主要仪器与设备

开炼机，SK-160B，上海橡胶机械厂；平板硫化机，XQLB-350，上海橡胶机械制造厂；拉力试验机，XLL-250，广州材料试验机厂；氧指数测定仪，JF-3，江宁县分析仪器厂；水平垂直燃烧测定仪CZF-3，江宁县分析仪器厂；锥形量热仪，FYY0007，英国FYY公司；数码相机，LX-US750，佳能（中国）有限公司。

1.3 基本配方及加工工艺

1.3.1 配方

表1-1 基本配方

1.3.2 加工工艺

选用6寸开炼机进行混炼，平板硫化机（500×500mm）硫化样件试片，选用XLL-250强力拉力机进行物理性能检测，并在SGS进行燃烧性能分级评判。

结论如下：

表1-2 测试结论

从以上试验结果，我们分析出：阻燃材料只是达到3C级标准，与B级测试指标在燃烧性能，烟气生成及产烟特性还存在一定差距。所以，还需要控制产烟率，降低燃烧增长速率，加大氧指数。针对以上要求，重新对主体材料进行了配比，加大氯化聚乙烯在主体材料中的配比量。由原来的20份（基本量）提高到40份（基本量）氯化聚乙烯135B基含氯量在（35±2）%，由于含有氯原子，其本身的阻燃性能优异，在火焰的作用下会被一层能阻止火焰扩散的灰烬所覆盖，使其体系热损失率下降（酒精灯下燃烧试验），氯化聚乙烯135B氧指数（LOI）为22.5%，其是饱和结构聚合物，氯呈无归分布，在受热时不引起连锁脱氧反应，具有优异的阻燃性，耐老化性，耐臭氧性，耐溶油剂和耐点性。

2、氢氧化物及效果对EPDM燃烧性能影响

表2-1 Mg(OH)2和Al(OH)3用量对EPDM燃烧性能影响

从表2-1可以看出，随氢氧化物用量的增加，EPDM极限氧指数（LOI）增大，当氢氧化物用量达到130份时，LOI达到28%以上。此时材料具有良好的阻燃性能。与空白试样（用量0份）相比，随Al(OH)3用量增加，点火时间（TTI）明显延长，总释放热（THR），热释放速率值（PHRR），发烟量（TSR）和毒性指数（CO/CO2）均明显下降，但是火行为指数（FPI）增大，Al(OH)3可吸收大量的热能，分解并生成氧化物和水蒸气，降低橡胶材料温度，延缓了受热分解。Al(OH)3的分解物Al2O3在橡胶表面形成惰性阻隔层，即可阻止热能和氧进入橡胶内部，又可防止可燃性气体逸出，增加氢氧化物的用量不会促进橡胶材料的成炭行为。

Mg(OH)2和Al(OH)3热分解生成物的金属氧化物不同，结晶水含量不同，热分解温度不同。因此，两者在EPDM的阻燃性能相近，但是存在差别。Mg(OH)2的分解温度高，分解能高，与酸的中和能力强，抑烟效果好，成炭率高。在相同用量下（150份），填充Mg(OH)2的EPDM，阻燃性能优于填充Al(OH)3的EPDM，但毒性指数稍大。

选用了Al(OH)3130份（基本份）和Mg(OH)250份（基本份），并在此基础上选用了抑烟效果的硼酸锌。为了降低燃烧速率，提高材料氧指数（LOI），并用了阻燃效果好的含磷、胺类阻燃剂作为无机阻燃剂的协效剂，增强了EPDM的阻燃及抑烟效果。配方如下：

表2-2 增强后的配方

为了更好的加工性能，选用了天津利海石化公司生产的阻燃增塑剂磷酸甲苯二苯酯（CDP）。样件经过SGS国际互认机构测试结果：

表2-3 测试结果

从表2-3可以看出，阻燃材料达到了B、S1、d0标准。B—燃烧性能；S1—总产烟量及烟产生量；d0—无燃烧滴落物。

用XLL-250测得的材料物理性能指标为：硬度（邵A）88，拉伸强度（MPa）4.7，扯断伸长率（%）450，撕裂强度（N/mm）20，氧指数（%）57.2。

3、结论

氢氧化物受热易分解脱水，所以含高用量氢

[1]李波、张立群、马晨、田明，《无卤阻燃三元乙丙橡胶燃烧性能的影响因素》

[2]李定华、张沧、王健祺，《阻燃乙丙橡胶试验的设计优化》

[3]张琦、胡伟康、田明等，《Mg(OH)2粒径对其填充橡胶氧化物的三元乙丙橡胶适用于制备低烟无卤环保阻燃橡胶材料，阻燃协效剂（磷胺）可有效促进成炭，提升材料的阻燃性能，但增大了发烟总量，添加适量的硼酸锌，有助于抑制发烟总量及烟气生成，阻燃行为突出。复合材料阻燃性能和力学性能影响》，中国化工学会，2003，145～151

[4]盛利元、侯曼玲，《阻燃剂及其协同效应》，特种橡胶制品，1993（6）：8～10

穆大强，（1961～），毕业于天津橡胶工业学校，现就职市橡胶工业研究所有限公司，工程师，从事橡胶技术工作。