王再學,楊 昭,蔣金春,戴維娜,畢文文
(1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院材料工程系,江蘇徐州 221140;2.江蘇科強工業(yè)膠帶有限公司,江蘇江陰 214422)
EPDM/PP熱塑性硫化膠(EPDM/PP-TPV)兼具EPDM和PP的優(yōu)點,具有卓越的抗疲勞性、良好的耐磨性、極優(yōu)的耐臭氧和耐候性,并且可以采用傳統(tǒng)的熱塑性塑料加工設(shè)備和方法進行加工,應(yīng)用于汽車、建筑、電線電纜、家用電器等行業(yè),用量逐年增加。但是EPDM/PP-TPV的易燃性限制了其應(yīng)用范圍。北京化工大學趙杏梅等[1]研究了十溴二苯醚(FR-10)/三氧化二銻(Sb2O3)/氫氧化鎂[Mg(OH)2]并用阻燃體系,Mg(OH)2在動態(tài)硫化前加入,可制備低硬度低發(fā)煙EPDM/PP-TPV;劉翠娜等[2]采用無鹵阻燃體系對復(fù)合材料進行阻燃改性,阻燃協(xié)效劑的加入對阻燃性能沒有提高,反而影響物理性能;吳正環(huán)等[3]研究了EPDM/PP在不同硫化體系下的動態(tài)硫化過程,在加入阻燃劑的情況下,EPDM/PP體系的阻燃性能得到了改善,但體系的力學性能下降較多。本文采用動態(tài)硫化的方法,選用FR-10及其與Sb2O3和氫氧化鋁[Al(OH)3]分別配合使用對EPDM/PP-TPV進行阻燃實驗,探討了阻燃劑種類及用量對EPDM/PP-TPV阻燃性能及力學性能的影響。
三元乙丙橡膠,4045,吉林化學工業(yè)股份有限公司有機合成廠;聚丙烯,T30S,中國石化青島煉油化工有限責任公司;十溴二苯醚、氫氧化鋁,濟南晨旭化工有限公司;三氧化二銻,一級品,濟南金盈泰化工有限公司;硫化劑、防老劑等,市售。
開放式煉膠機XK-250,無錫市第一橡塑機械廠;開放式高溫煉塑機X(S)K-160、平板硫化機QLB-25,無錫市第一橡塑機械有限公司;邵氏LX-A型橡膠硬度計,江都市真威試驗機械有限公司;高低溫拉力試驗機GT-AI-7000-GD,高鐵科技股份有限公司;氧指數(shù)測定儀JF-3,南京市江寧區(qū)分析儀器廠。
基本配方(質(zhì)量份數(shù)):EPDM 50,PP 50,硫黃1.5,促進劑 1.5,氧化鋅 5,硬脂酸 1,石蠟油、防老劑等適量,F(xiàn)R-10、Sb2O3、Al(OH)3為變量。
EPDM在開煉機上塑煉5 min后,按加料順序依次加入小料,混煉均勻后下片待用;在150℃的熱煉機上塑化PP,再加入EPDM混煉膠,共混均勻后依次加入阻燃劑、硫化劑,動態(tài)硫化10min,薄通3~5次后出片。
稱取已煉制好的膠料,在180℃的平板硫化機上放入模具預(yù)熱4 min,排氣5次后在壓力17 MPa下保壓120 s,然后通入冷卻水,降溫至90℃左右取出試樣壓平,分別制備厚度為2 mm±0.2 mm的拉伸試樣和3 mm±0.25 mm的阻燃試樣。
氧指數(shù)按照GB/T10707-2008測定,試樣規(guī)格:100 mm×6 mm×3 mm;拉伸強度和斷裂伸長率按GB/T528-2009測定;撕裂性能根據(jù)GB/T529-2008標準進行檢測,實驗用試樣為無割口直角形;邵爾A型硬度根據(jù)GB/T 531.1-2008測定。
FR-10遇火受熱分解產(chǎn)生溴化氫氣體,一方面覆蓋在材料表面,隔絕空氣和熱,起到覆蓋作用;另一方面起消除自由基的作用,可抑制聚合物燃燒的連鎖反應(yīng),使燃燒點與外界空氣隔絕[4]。FR-10用量對EPDM/PP-TPV阻燃性和力學性能的影響見表1,從表可以看出,在試驗范圍內(nèi),隨著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;隨著FR-10的用量不斷增加,拉伸強度略有下降,斷裂伸長率和撕裂強度則明顯下降,硬度變化不大。從表1還可以看出,F(xiàn)R-10阻燃劑的加入對EPDM/PP-TPV的阻燃效果并不明顯,并且在燃燒過程中伴有濃烈的煙霧。
表1 FR-10用量對EPDM/PP-TPV阻燃性和力學性能的影響
Sb2O3本身不是阻燃劑,通常用鹵化物進行活化,鹵化物受熱分解釋放出氫鹵酸或鹵素,此分解產(chǎn)物與氧化銻反應(yīng)產(chǎn)生三鹵化銻或鹵氧化銻,這些銻化合物才起到阻燃作用[6],因此,Sb2O3與 FR-10配用能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。在確定FR-10用量為20份的前提下,考察了Sb2O3用量對EPDM/PP-TPV阻燃性和力學性能的影響(見表2),由表2可知,加入Sb2O3后EPDM/PP-TPV的阻燃性能有了明顯的提高,隨著Sb2O3用量的增加,氧指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢,但在燃燒過程中不僅有濃煙的產(chǎn)生,而且有大量煙絮狀漂浮物。從力學性能來看,隨著Sb2O3的用量增加,對體系的拉伸強度和撕裂強度影響不大,邵爾A型硬度略有上升,但斷裂伸長率下降明顯,這可能是由于FR-10為小分子物質(zhì),Sb2O3在體系中可以起到無機填料的作用,當Sb2O3用量較少時,可以對體系起到補強作用,用量較大時,兩者的加入對體系韌性帶來不利的影響,且添加量越大,斷裂伸長率和拉伸強度越小。
表2 FR-10/Sb2O3用量對EPDM/PP-TPV阻燃性和力學性能的影響
從表3可以看出,在確定FR-10為20份時,隨著Al(OH)3用量的增大,EPDM/PP-TPV的邵爾A型硬度略微增大,材料的拉伸強度減小,撕裂強度有所上升,但斷裂伸長率迅速下降。隨著Al(OH)3用量的增大,氧指數(shù)有上升的趨勢,而且燃燒過程中發(fā)煙量很低,也無漂浮的煙絮,達到了低毒少煙的效果。這是因為Al(OH)3的加入相當于減小了橡膠相在TPV中的比例,使TPV的硬度增大;此外,Al(OH)3的加入還隔離了橡膠粒子之間的連接,減小了橡膠粒子之間的相互作用力對TPV力學性能的貢獻,使其力學性能降低。
表3 FR-10/Al(OH)3用量對EPDM/PP-TPV阻燃性和力學性能的影響
當達到相同的阻燃效果(如氧指數(shù)為22)時,F(xiàn)R-10/Sb2O3復(fù)合阻燃體系用量(24份)比FR-10/Al(OH)3復(fù)合阻燃體系用量(60份)少,且力學性能較優(yōu)。
①單用FR-10阻燃劑時,F(xiàn)R-10對EPDM/PP-TPV有一定的阻燃效果,但效果不明顯,且燃燒過程中伴有濃煙。②采用FR-10/Sb2O3復(fù)合阻燃體系,EPDM/PP-TPV阻燃效果較好,有協(xié)同阻燃的作用,力學性能略有降低,但燃燒時伴有大量煙絮狀漂浮物。③采用FR-10/Al(OH)3復(fù)合阻燃體系,Al(OH)3的加入對EPDM/PP-TPV阻燃效果不明顯,且影響力學性能,但在燃燒過程中有明顯的消煙作用。④當達到相同的阻燃效果時,F(xiàn)R-10/Sb2O3復(fù)合阻燃體系用量比FR-10/Al(OH)3復(fù)合阻燃體系用量少,且力學性能較優(yōu)。