复合阻燃剂FR201在橡胶中的应用研究*

，，

(1 中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京 100081；2 中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京 100081)

复合阻燃剂FR201在橡胶中的应用研究*

张宪清1，贺春江2，陈传志1

(1 中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京 100081；2 中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京 100081)

研究了复合阻燃剂FR201对乙丙橡胶(EPDM)阻燃性能和物理性能的影响。结果表明，用量相同时，阻燃剂FR201具有比氢氧化镁高的氧指数和相当的烟密度；随着FR201用量增加，乙丙橡胶的氧指数逐渐增大，烟密度逐渐减小。炭黑和FR201具有协同效应，随着炭黑用量增加，氧指数逐渐增加；烟密度先降低后增加呈峰值变化，当炭黑80份时，烟密度最小，达154。白炭黑、氢氧化铝、氢氧化镁、轻质碳酸钙和陶土等无机填料的加入均会降低体系的氧指数，但同样也会减小烟密度。

乙丙橡胶，阻燃性能，氧指数，烟密度

卤系阻燃剂由于燃烧时释放出烟气毒性大，因此使用受到限制[1-2]。氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵等无卤阻燃剂具有低烟、低毒的优点，近年来得到广泛的应用。但无卤阻燃剂阻燃效率低，需要添加较大量才可以达到理想的阻燃效果。高填充无卤阻燃剂会损害基体橡胶的物理性能[2]。为此，人们采用复配的办法，通过多种阻燃剂并用，利用阻燃剂间的协同阻燃效应来提高阻燃效率，从而达到降低阻燃剂使用量的目的[3-5]。

上海懋通实业有限公司新推出的复合阻燃剂FR201。该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺和三嗪类大分子成炭协效剂 (CFA)等组成。FR201具有阻燃效率高、用量少、氧指数高及烟密度小等优点。

本工作对比了复合阻燃剂FR201与氢氧化镁的对乙丙橡胶阻燃性能及力学性能的影响，研究了炭黑及无机填料对阻燃体系性能的影响规律，并对比了不同生胶体系中的应用效果，以期为该产品的推广及应用提供参考。

1 实验部分

1.1 主要原材料

EPDM，牌号8570，朗盛化学工业公司产品；SBR，牌号 1502，中国石化齐鲁石化公司产品；NBR，牌号 3250，韩国LG化学公司产品；天然橡胶，牌号WF，海南省农垦集团有限公司产品；炭黑N550，上海卡博特化工有限公司产品；氢氧化镁，牌号H5IV，美国雅宝化工有限公司产品；复合阻燃剂FR201，上海懋通实业有限公司产品；白炭黑，牌号SL-175，青岛罗迪亚化工有限公司产品；氢氧化铝，牌号104IV，美国雅宝化工有限公司产品；陶土，牌号PW-98，上海懋通实业有限公司产品；轻钙，石家庄鑫阳钙业有限公司产品；其他均为市售工业品。

1.2 配方

基础配方：生胶 100，氧化锌 5，硬脂酸1，防老剂RD 2，其他变量，详见正文表下的备注。

1.3 试样制备

将生胶置于开炼机(XK-160型，上海双翼橡塑机械有限公司)上包辊，塑炼1min，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂RD，混炼2min后加入阻燃剂和炭黑等填料，再加入石蜡油，混炼2min，最后加入硫黄与促进剂，混炼1min；停放2d后，返炼8～10次，在上海橡胶机械制造厂生产的25t平板硫化机上硫化。表1～表3的试样硫化条件为180℃×10min×15MPa，表4的试样硫化条件为150℃×15min×15MPa。

1.4 性能测试

拉伸强度和100%定伸应力，用上海化工机械四厂生产的Dxll10000型电子拉力试验机按照GB/T 528-2009测试。用高铁检测仪器(东莞)有限公生产的GT-GS-HB型邵A硬度计按照GB/T 531.1-2008测试邵尔A硬度。氧指数，用江苏江宁县分析仪器厂生产的JF-3型氧指数测定仪按照GB/T 10707-2008测试；烟密度，用FTT公司生产的烟密度箱按照GB/T 8323.2-2008测试。

2 结果与讨论

2.1 FR201与氢氧化镁的性能比较

研究了FR201和氢氧化镁两种阻燃剂的变量对乙丙橡胶性能的影响，结果如表1所示。

表1 FR201和氢氧化镁的变量对乙丙橡胶性能的影响对比Table 1 The influence comparison of FR201 and Mg(OH)2 variables on the EPDM performance

基础配方：EPDM 8570 100，氧化锌 5，硬脂酸1，防老剂RD 2，S 1.5，TRA 0.8，BZ 1.5，DM 0.5，N550 40，石蜡油 40。

从表1可以看出，随着两种阻燃剂用量从56份增长到140份，乙丙橡胶的硬度和100%定伸应力都逐渐增大；断裂伸长率和拉伸强度均逐渐降低；阻燃剂用量相同情况下，FR201的硬度和100%定伸应力高于氢氧化镁的，拉伸强度和断裂伸长率小于氢氧化镁的。分析认为，FR201的粒径范围在5μm～10μm左右，而氢氧化镁的粒径在2μm左右且经过表面改性。氢氧化镁和乙丙橡胶结合的好，因此强度和拉伸性能要比阻燃剂FR201的要大。

综上所述，在当前新教育背景下，如果想要做好班主任的教育及管理工作，仅仅依靠上述内容还不够。班主任还应当认清教育形式，充分了解班级学生的思想及心理，提高人格素质修养，为学生充分做好表率作用。班主任应当明确，身为一名教育工作者，不仅需要传授学生们理论知识内容，还应当教会学生们如何树立起正确的人生价值观。唯有如此，班主任才能真正提高自己的管理水平及教育能力，从而更好地为班级学生开展教育管理工作，从而促使学生们真正做到全面健康的发展。

从表1还可以看出，随着两种阻燃剂用量增大，氧指数均逐渐增大，烟密度逐渐减小；其中，在阻燃剂用量相同时，FR201的氧指数要显著高于氢氧化镁的；烟密度值与氢氧化镁较接近，略大于氢氧化镁的。

表1中阻燃剂用量从56份增长到140份。考虑到石蜡油与乙丙橡胶一样，也是由碳氢元素组成，也是易燃物。在计算阻燃剂用量时，用阻燃剂占胶和油总量的百分数表示更合理。56份，相当于阻燃剂占胶和油总量的40%。从表1中可见，FR201用量在胶和油总量40%时氧指数就达到了29.6%。这个阻燃效率与十溴二苯醚三氧化二锑的效率相当[6]。分析认为，FR201是多种阻燃剂的混合物，可以通过分解吸收热量，成炭阻隔燃烧，消灭燃烧中自由基等方面同时起作用，阻燃效率比单靠分解吸热阻燃的氢氧化镁高，因此FR201的氧指数要显著高于氢氧化镁的。

2.2无机填料对FR201/乙丙橡胶体系阻燃性能及物理性能的影响

研究了无机填料对FR201/乙丙橡胶体系阻燃性能及物理性能的影响，如表2所示。

表2 无机填料对FR201/乙丙橡胶体系阻燃性能及物理性能的影响Table 2 The influence of inorganic filler on the flame retardant property of EPDM/FR201 system and physical properties

基础配方：EPDM 8570 100，氧化锌 5，硬脂酸1，防老剂RD 2，S 1.5，TRA 0.8，BZ 1.5，DM 0.5，N550 40，石蜡油 40，FR201 70，填料 50(种类变量)。

从表2可见，白炭黑、氢氧化镁、氢氧化铝、陶土和轻钙加入乙丙橡胶/FR201体系后，硬度和定伸应力都增大了，其中加入白炭黑的最大，轻钙的最小。和空白样相比，拉伸强度都减小了，陶土的最大，轻钙的最小；加入白炭黑的断裂伸长率最小，氢氧化镁的最大。

和空白样相比，加入这5种无机填料后，氧指数均降低，其中氢氧化铝的最高，氢氧化镁的最低。烟密度都比空白样降低了，其中白炭黑降低幅度最大。

2.3炭黑变量对FR201/乙丙橡胶体系阻燃性能及物理性能的影响

研究了炭黑变量对阻燃乙丙橡胶阻燃性能及物理性能的影响，如表3所示。

表3 炭黑变量对阻燃乙丙橡胶阻燃性能及物理性能的影响Table 3 The influence of N550 variable on the flame retardant property of flame retardant EPDM and physical properties

基础配方：EPDM 8570 100，氧化锌 5，硬脂酸1，防老剂RD 2，S 1.5，TRA 0.8，BZ 1.5，DM 0.5，N550 变量，石蜡油 40，FR201 70。

从表3中可以看出，炭黑和FR201具有很好的协同效应。随着炭黑从0份增长到120份，硬度、100%定伸应力、氧指数均逐渐增大；拉伸强度先增大后减小呈峰值变化，40份炭黑时强度最大；烟密度也呈峰值变化，先减小后增大，80份时最小，达154。

图1为烟密度试验后灰烬照片。不添加炭黑的试样基本烧透，而加了40份炭黑的试样表层形成了比较密实的炭层，炭层底下还有很多为燃烧分解的橡胶。

图1 烟密度试验后灰烬照片Fig.1 Ashes photo after the smoke density test

分析认为，炭黑本身的氧指数非常高，炭黑的加入一方面稀释了可燃物，另一方面，促进体系成炭，使得炭层更紧密结实，因此随着炭黑用量提高，阻燃性能得到提高。

2.4 FR201在不同橡胶中的应用

研究对比了FR201在四种橡胶中的应用效果，如表4所示。

从表4可见，四种橡胶中分别添加70份的FR201，不同橡胶的硬度由高到低分别是乙丙胶(EPDM)、丁腈胶(NBR)、丁苯胶(SBR)及天然胶(NR)；拉伸强度由高到低分别是天然胶、乙丙胶、丁腈胶及丁苯胶；断裂伸长率由高到低分别是乙丙胶、丁腈胶、天然胶和丁苯胶。

在阻燃性能方面，氧指数由高到低分别是乙丙胶、丁腈胶、丁苯胶和天然胶。烟密度高低顺序刚好相反。氧指数和烟密度与生胶中双键含量有关，双键含量越高，燃烧热越大，橡胶越容易燃烧，氧指数越小，烟也越大；橡胶分子中苯环或者氰基，对阻燃性提高有利[1]。

表4 生胶种类对阻燃性能及物理性能的影响Table 4 The influence of raw rubber type on the flame retardant property and physical properties

基础配方：生胶 100，氧化锌 5，硬脂酸1，防老剂RD 2，S 1.5，TT 0.5，CZ 1.5，N550 40，FR201 70。

3 结论

用量相同时，添加阻燃剂FR201的橡胶体系的氧指数显著高于添加氢氧化镁的，而烟密度与氢氧化镁的相当。

炭黑与FR201具有阻燃协同效应；随着炭黑用量增多，乙丙橡胶体系的氧指数逐渐增大，烟密度呈峰值变化，先减小后增大，80份时最小，达154。

白炭黑、氢氧化镁、氢氧化铝、陶土和轻钙这5种无机填料的加入可以减低烟密度，但也同样减小氧指数。

在FR201用量相同时，不同橡胶氧指数由高到低分别是乙丙胶、丁腈胶、丁苯胶和天然胶，而烟密度高低顺序刚好相反。

[1] 欧育湘，李建军.阻燃剂——性能、制造及应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 张小燕.阻燃剂的生产现状及发展前景[J].塑料工业，2011，39(4)：1-5.

[3] 杨娜，王学飞，王进.膨胀型阻燃剂在橡胶中的应用[J].合成橡胶工业，2012，35(4)：320-324.

[4] 无机镁质阻燃剂LH3对乙丙橡胶性能的影响研究[J].合成材料老化与应用，2015，44(2)：18-21.

[5] 王明清.橡胶的阻燃技术进展[J].橡胶工业，2004，51(5)：309-313.

[6] 汝绍刚.国内十溴二苯乙烷的研究进展[J].山东化工，2006，35(3)：16-20.

ApplicationofCompositeFlameRetardantFR201inRubber

ZHANG Xian-qing1，HE Chun-jiang2，CHEN Chuan-zhi1

(1 Standards & Metrology Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2 Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

In this study，the influence of composite flame retardant FR201 on the flame retardant property and physical properties of EPDM was investigated.The experimental test results showed that，comparing with magnesium hydroxide，the compound filled with FR201 possessed higher the limiting oxygen index and comparative smoke density. With the increase of content of FR201，the limiting oxygen index increased and the smoke density decreased gradually. Carbon black and FR201 had obvious synergistic flame retardant effect. With the increase of the content of carbon black，the limiting oxygen index increased，the smoke density decreased firstly then increased gradually，the minimum smoke density was achieved at 154.Carbon black，aluminum hydroxide，magnesium hydroxide，calcium carbonate and clay could reduce the oxygen index of the system and the smoke density.

EPDM，flame retardant property，limiting oxygen index，smoke density

TQ 333.4

中国铁道科学研究院院基金资助项目(2015 YJ 076)

贺春江，副研究员，主要从事铁路高分子材料研发与检测工作；E-mail：13718307322@163.com；Tel：13718307322