吳叔青張明霞汪昊羅權焜
（華南理工大學材料科學與工程學院，廣州 510640）
摘要：本文研究了氫氧化鋁（ath）的用量對epdm/mvq共混膠的硫化效能，共混硫化膠的力學效能和阻燃性能的影響以及硼酸鋅（zb）/ ath的協同作用對此體系的阻燃性的影響。結果顯示：
隨著ath用量增加，共混膠的阻燃性能得到改善，但epdm/mvq共混硫化膠的力學效能卻顯著降低，ath用量為80phr時，拉伸強度下降至7.4mpa，氧指數增至32.3。
zb與ath的有較好的協效阻燃效果，當zb並用量為25phr時，共混硫化膠的氧指數達到36.8，水平燃燒達fh-1級，垂直燃燒達fv-0級。
關鍵詞：epdm/mvq共混膠氫氧化鋁硼酸鋅阻燃
abstract：the influence of the amount of the al(oh)3 on the performance of sulfuration, mechanical properties and flame resistance of the epdm/mvq blend vulcanizate had been studied in this *****. the results showed that the increase of the amount of al(oh)3 would improve the flame resistance, however, the mechanical properties would be dropped.
znb4o7 had a good synergistic effect with al(oh)3 on the flame resistance, the limited oxygen index of the vulcanizate was 36.8, horizontal firing was fh-1, vertical firing was fv-0 for the 25 phr of znb4o7 for the vulcanizate with epdm/mvq (70/30) and 80phr al(oh)3
keywords: epdm/mvq al(oh)3 znb4o7 flame resistance
１ 前言
經濟的迅速發展，電線電纜在核電站、高層建築、地下隧道和地鐵等工業與民用建築方面的用量越來越大，一旦失火，將面臨著火焰沿電線電纜系統蔓延以及厭惡毒氣「二次危害」的巨大威脅。因此電線電纜阻燃問題受到了人們的高度重視，迫切要求開發出低煙、無毒阻燃電線電纜。
現在，電線電纜一般都採用三元乙丙橡膠或矽橡膠作為絕緣層。三元乙丙橡膠電纜由於工作溫度高，應急和短路時電纜的結構穩定，而且在水、高溫、高電場強度混合的極端條件下絕緣效能優越。因此，國際ice標準已規定出口船舶、鑽井平台必須使用乙丙橡膠電纜[1]。
但是不加任何阻燃劑的三元乙丙硫化膠的氧指數只有19左右，極易燃燒，限制了其在許多任務業領域的應用，因而提高三元乙丙橡膠的阻燃性，擴寬其應用領域也成為了研究的熱點[2,3]
聚合物的阻燃從本質上講是通過以下幾個途徑來實現，主要包括：提高基材的熱穩定性、吸收熱量、阻隔熱量傳遞、形成非可燃性保護膜、捕捉燃燒反應所需的游離基、形成重質氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體、減緩可燃性氣體的釋放速率等。目前常見的聚合物無滷阻燃體系有：
①矽系阻燃體系；②無機金屬化合物體系；③膨脹阻燃體系（ifr）。
本**在研究了不同共混比的epdm/mvq共混膠的阻燃性能的基礎上，再新增復合阻燃劑，並研究復合阻燃劑對共混膠的阻燃性能以及硫化效能、力學效能、老化效能等的影響，從而獲得耐熱性和阻燃性能均較好的特種三元乙丙共混橡膠材料。
２ 實驗部分
2.1 主要原材料
三元乙丙橡膠（epdm）：型號4045，第三單體為enb(乙叉降冰片烯)，日本三井化學****生產；甲基乙烯基矽橡膠（mvq）：110-2，分子量60萬，乙烯基含量0.
2%，廣東彩豔股份****生產；氫氧化鋁：7000目，雅欣化工****生產；其它原料均為國產橡膠工業常用原料
2.2 主要儀器與裝置
1) xk-160開放式煉膠機，廣東湛江機械廠；
2) mr-c3型無轉子硫化儀，北京瑞達宇辰儀器****；
3) ksh-r100平板硫化機，東莞科盛實業****；
4) zwick/roellz010電子材料拉力機, 德國zwick/roell公司；
5) gt-7017-m老化箱，高鐵檢測儀器(東莞)****；
6) 氧指數測定儀，fire testing technology ltd.公司；
7) ul94水平/垂直火焰燃燒測試儀，fire testing technology ltd.公司；
２.３混煉膠及測試樣片的製備
分別製備矽橡膠母煉膠和三元乙丙橡膠母煉膠，按照配方劑量稱好三元乙丙橡膠母煉膠和矽橡膠母煉膠，然後在開煉機上，先後加入三元乙丙橡膠和矽橡膠母煉膠，共混至均勻，出片，停放8h後返煉，調整輥距至所需厚度出片，截片硫化。根據測試標準的要求，製備力學效能和阻燃性能測試樣條。
測試條件和測試標準分別為：硫化特性按gb/t16584-1996標準測定；拉伸應力應變效能按照gb/t 528-2009標準測定；熱空氣老化效能按gb/3512-2001標準測定；氧指數按gb/t 2406.2-2009標準測定；水平燃燒gb/t 2408-1996標準進行測試；垂直燃燒按gb/t 2408-1996標準進行測試。
3結果與討論
3.1 不同共混比的epdm/mvq共混膠的阻燃性能
不同共混比的epdm/mvq共混硫化膠的力學效能和氧指數如圖1所示。隨mvq用量的增加，共混硫化膠的拉伸強度和扯斷伸長率呈下降趨勢。epdm的阻燃性能差，純epdm硫化膠的氧指數為19.
2，而mvq由於主鏈上由-si-o-鍵組成，其耐燃性較好，純mvq硫化膠的氧指數為27.5。隨著mvq用量的增加，共混硫化膠的氧指數幾乎呈直線上公升的趨勢，綜合考慮不同共混比epdm/mvq共混硫化膠的物理機械效能和阻燃性能，本研究選用epdm/mvq的共混比例為70/30，此共混體系的拉伸強度為14.
9mpa，氧指數為22.4。
圖１ 不同共混比epdm/mvq共混硫化膠的力學效能和氧指數
fig.１ mechanical properties and loi of epdm/mvq vulcanizate with different mass ratio
3.2 ath用量對epdm/mvq共混膠硫化特性的影響
ath用量對epdm/mvq共混膠硫化動力曲線和硫化特性引數的影響如圖2和表1所示。可以看出，隨著ath用量的增加，共混膠的焦燒時間和正硫化時間都有不同程度的延長，這時因為ath的新增稀釋了過氧化物硫化劑，使得硫化速度變慢。但是共混膠的轉矩並沒有隨著ath用量的增加而呈現規律性的變化，這是因為在配方設計時為了防止膠料過硬，隨著ath增加的同時，軟化劑的用量也適當進行了調整。
前者會導致共混硫化膠的轉矩的增大，而後者會導致轉矩的降低，最終所得轉矩是這二者綜合影響的結果。
圖2 不同用量ath的epdm/mvq共混膠硫化動力曲線
fig. 2 curing curve of epdm/mvq blends with different content of al(oh)3
表1 不同用量ath的epdm/mvq共混膠的硫化特性引數
table 1 curing parameters of epdm/mvq blends with different content of al(oh)3
3.3 ath用量對epdm/mvq共混膠力學效能的影響
不同ath用量的epdm/mvq共混硫化膠的力學效能如表2所示，可以看出，隨著ath用量的增加，共混硫化膠的定伸強度、拉伸強度都呈現下降的趨勢，這是因為ath與橡膠的相容性較差，大量新增必然導致其在橡膠中的分散不好，從而使得其力學效能下降。共混硫化膠的扯斷伸長率隨著ath用量的增加逐漸下降，這是因為大量新增ath後共混膠的含膠率大幅下降，彈性下降。共混硫化膠的硬度隨著ath用量的增加而增加，但ath用量對共混硫化膠撕裂效能的影響不大。
另外從本組資料可以看出，ath用量為80phr時拉伸強度降低至6.9mpa，ath用量繼續增加對共混硫化膠的拉伸強度損害較大，嚴重影響其應用價值。
表2 不同用量ath的epdm/mvq共混硫化膠的力學效能
table 2 mechanical properties of epdm/mvq vulcanizate with different content of al(oh)3
3.4 ath用量對epdm/mvq共混膠的耐熱老化效能的影響
ath用量不同的epdm/mvq共混硫化膠的耐熱老化效能如表3所示，由表可以看出，隨著ath用量的增加，共混硫化膠老化後的拉伸強度和扯斷伸長率都降低，但拉伸強度保持率呈上公升趨勢，這是因為隨著ath用量的增加，ath能吸收熱空氣老化時的熱量，使得促進橡膠分子鏈斷裂的能量減少，因而老化係數增大。扯斷伸長率保持率隨著ath用量增加呈下降趨勢，這是因為大量新增ath導致其在共混膠中分散性降低，出現團聚，在拉伸時出現應力集中，另外ath大量加入明顯降低共混膠含膠率，從而使得扯斷強度保持率下降。
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