一种满足EN45545-2 阻燃标准的隔音垫研制

2018-07-26原晓城马义明李文博张景亮

橡塑资源利用 2018年6期

原晓城马义明李文博张景亮

（天津市橡胶工业研究所，天津，300384）

1.前言

近年来，随着高铁和新能源客车的大力发展，隔音垫产品的应用越来越广泛，隔音垫作为车体内部必备的隔音材料，它的阻燃性能会影响车辆的运行安全。因此，车辆设计时对其防火性能的要求极高。

目前国内轨道车辆主机厂所采用的阻燃标准主要为德标DIN5510、铁标TB/T3237，由于欧盟EN45545-2 标准的实施推广，高铁上对隔音垫材料的防火要求越来越苛刻，EN45545-2 阻燃标准将取代DIN5510、TB/T3237 等其他标准，成为国际上通用的轨道交通防火标准。国内生产非硫化型隔音垫的厂家很多，但是没有能提供满足EN45545-2 R1 阻燃HL3 等级要求的产品。

EN45545-2 是欧洲铁路于2013 年3 月正式发布的关于轨道车辆防火新标准，已经发展成为国际铁路联盟和不同欧洲国家的铁路车辆防火安全规范。主要是根据材料燃烧性能、热量释放、烟雾密度和烟雾毒性，来制定与材料选择有关的规定。

国内关于满足EN45545-2 阻燃标准的非硫化型PVC 隔音垫产品的研究开展较晚，目前尚无相关产品应用报道。

本试验通过对PVC 配合体系的研究，测试其阻燃性能，以使其满足EN45545 的相关阻燃标准要求。

2.实验部分

2.1 主要原材料

PVC，天津大沽化工股份有限公司；EPDM，韩国锦湖化学株式会社；重晶石，天津市燕东矿产品有限公司；改性Al（OH）3，上海懋通实业有限公司；改性Mg（OH）2，上海懋通实业有限公司；硼酸锌，哈尔滨亿斌化工有限公司；成炭剂FS XC100，广州艾登达化工有限公司；增塑剂NP-100，广州艾登达化工有限公司；其它助剂均为常用工业级原料。

2.2 试验测试

2.2.1 样品制备

将PVC树脂与增塑剂、稳定剂混合后，在高速搅拌反应釜中搅拌1min，料温度控制在70～80℃左右，进行排料。然后使用75L密炼机将PVC塑化胶与生胶塑炼2min，再依次加入填料，增塑剂、阻燃剂、成炭剂，混炼10min，排胶温度120～130℃进行排胶、出片，采用挤出机挤出胶条后，利用三辊压延机挤出片材，根据需要尺寸加工成符合要求的测试样品。

2.2.2 性能测试

（1）硬度：按照GB/T 531.1-2008 《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分邵氏硬度计发（邵尔硬度）》

（2）拉伸强度、拉断伸长率GB/T 528-2009 《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》

（3）R1类产品EN45545-2燃烧性能测试标准

火焰延伸试验（临界辐射热通量kW/m2）：ISO5658-2

热量释放试验（最大平均热释放速率kW/m2） ISO 5660-1

烟雾密度测试Ds4 ：ISO 5659-2 烟雾密度测试VOF4： ISO 5659-2 烟雾毒性测试CIT： ISO 5659-2

3.结果与讨论

3.1 主材对性能的影响

PVC 用途广泛，生产工艺成熟，原料价廉易得，且具有难燃、抗化学药剂、强度高及电绝缘性好等优点。PVC本身由于含有卤素，虽具有燃烧自熄灭性，但燃烧时还会产生大量烟雾，很难通过EN45545标准对烟雾的测试要求。EPDM结构含有极少的双烯建，虽然阻燃效果不良，但燃烧时产生的烟雾很少，因此可以考虑并用，平衡两者之间阻燃与抑烟的效果。

基础配方如下：

主材材质变量 100g，稳定剂 5g , 硬脂酸锌5g，硼酸锌15g，三氧化二锑10g，Al（OH）3150g，DOP10g，重晶石200g。主材变量如下：

序号材质比例 1-1 PVC 100 1-2 PVC/CR 90/10 1-3 PVC/EPDM 90/10

测试结果如下：

项目指标 1-1 1-2 1-3 硬度/邵A 85±5 90 87 86 拉伸强度/MPa ≥3 4.2 3.9 3.9 物理性能伸长率/% ≥60 53 79 83 火焰延伸试验（临界辐射热通量kW/m2） ≥20 32 21 23 热量释放试验（最大平均热释放速率kW/m2）≤60 45 50 53 烟雾密度测试Ds4 ≤150 460 420 294 烟雾密度测试VOF4 ≤300 551 455 390 R1 类 HL3 阻燃性能烟雾毒性测试 CIT ≤0.750.11 0.11 0.09

根据上述测试结果可见，在PVC 中添加橡胶后，对物性起到了一定增韧效果，硬度降低，伸长率提高，拉伸强度略有下降；阻燃（临界辐射热通量、最大平均热释放速率）效果下降，但抑烟效果（Ds4、VOF4）均有所改善，尤其是EPDM橡胶，改善效果明显。

3.2 改性Al（OH）3和Mg（OH）2对性能的影响。

在主材优化的基础上，采用PVC/EPDM：90/10的比例进一步对阻燃体系进行优化。

基本配方：PVC 90g，EPDM 10g，稳定剂5g，硬脂酸锌5g，硼酸锌15g，三氧化二锑10g，DOP10g，重晶石200g。Al（OH）3变量，具体变量如下：

序号 Al（OH）2 改性Al（OH）2 改性Mg（OH）2 2-1 150 2-2 150 2-3 100 50

测试结果如下：

项目硬度/邵A 拉伸强度/MPa 物理性能伸长率/% 火焰延伸试验（临界辐射热通量kW/m2）热量释放试验（最大平均热释放速率kW/m2）烟雾密度测试Ds4 烟雾密度测试VOF4 R1 类 HL3 阻燃性能烟雾毒性测试 CIT 指标 2-1 2-2 2-3 86 87 86 3.9 4.5 4.6 83 87 86 85±5 ≥3 ≥80 ≥20 23 27 31 ≤60 53 49 48 ≤150 294 210 208 ≤300 390 368 361 ≤0.75 0.09 0.09 0.09

改性Al（OH）3是采用硅烷偶联剂对氢氧化铝表面进行表面处理，细度高，粒度分布窄，阻燃效果好，可改善提高与PVC 树脂的结合程度，具有阻燃和补强填充的效果。

从上表可以看到，改性Al（OH）3代替普通Al（OH）3后，物理性能、阻燃效果均有所改善，尤其是并用Mg（OH）2后，改善效果更好。

3.3 成炭剂对性能的影响

基础配方：

PVC 90g，EPDM 10g，稳定剂5g，硬脂酸锌5g，硼酸锌15g，三氧化二锑10g，DOP10g，重晶石200g，改性Al（OH）3100g，改性Mg（OH）250g，具体变量如下：

序号空白 FS XC-100 LS-AOM-HS 3-1 3-2 50 3-3 50

FS XC-100 是一种无毒阻燃抑烟剂。它是一种复合产品，不管在垂直还是水平的阻燃、抑烟测试，都能提供很好的成炭性能。适合用在一些含卤树脂，例如PVC，CPE 等树脂。LS-AOM-HS是一种超细白色粉末状的高纯度八钼酸铵，也是一种非常高效的抑烟剂。

测试结果如下：

项目硬度/邵A 拉伸强度/MPa 物理性能伸长率/% 火焰延伸试验（临界辐射热通量kW/m2）热量释放试验（最大平均热释放速率kW/m2）烟雾密度测试Ds4 烟雾密度测试VOF4 R1 类 HL3 阻燃性能烟雾毒性测试 CIT 指标 3-1 3-2 3-3 86 89 90 4.6 4.9 4.8 86 75 50 85±5 ≥3 ≥80 ≥20 31 43 41 ≤60 48 45 45 ≤150 208 131 143 ≤300 361 267 261 ≤0.75 0.09 0.06 0.08

由上表可以看到，FS XC-100 和LS-AOM-HS加入后，硬度增加，伸长率降低，阻燃性能有所提高，特别是抑烟性能（Ds4 和VOF4）符合了指标要求，综合比较，优选成炭剂FS XC-100。

3.4 增塑剂对性能的影响

基础配方：

PVC 90g，EPDM 10g，稳定剂 5g，硬脂酸锌5g，硼酸锌15g，三氧化二锑10g，重晶石200g。改性Al（OH）2100g，改性Mg（OH）250g，FS XC-100 50g，增塑体系变量具体变量如下：

序号 DOP FosFlam NP-100 FosFlam 81 4-1 10 4-2 10 4-3 10

FosFlam NP-100 和FosFlam 81 是既有阻燃功效又有增塑作用的阻燃油。是磷氮体系复合而成的无卤环保阻燃油。

测试结果如下：

项目硬度/邵A 拉伸强度/MPa 物理性能伸长率/% 指标 4-1 4-2 4-3 85±5 89 85 86 ≥3 4.9 4.6 2.9 ≥80 75 100 92 火焰延伸试验（临界辐射热通量kW/m2） ≥20 43 46 44 热量释放试验（最大平均热释放速率kW/m2）≤60 45 39 41 烟雾密度测试Ds4 ≤150 131 128 132 烟雾密度测试VOF4 ≤300 267 252 261 R1 类 HL3 燃烧性能烟雾毒性测试 CIT ≤0.750.06 0.06 0.07

由上表可以看到，FosFlam NP-100 和FosFlam 81 加入后，硬度降低，伸长率提高，阻燃性能略有所提高，其中FosFlam NP-100 物理性能和燃烧性能各项指标均符合性能要求。