刘彦彬，孙会娟，程敬泉，李丽霞，牛丽丽

（衡水学院 应用化学系，河北衡水 053000）

三元乙丙橡胶（EPDM）是由乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃构成的三元共聚物，是饱和的非极性橡胶。EPDM具有较好的力学性能、防老化性、防水性、抗化学品腐蚀性等优点，但本身易燃烧，极限氧指数不超过19%[1-2]。因此，EPDM的阻燃性能研究始终都是热点研究之一。

膨胀型阻燃剂（IFR）是一种无卤阻燃体系，它由三部分组成：酸源、碳源和气源。酸源：主要作用是在较低温度下形成无机酸，为酯化反应提供羧基，促进炭层的形成，减少小分子可燃物的产生，同时还能促进不燃气体的生成；气源：主要作用是使形成的炭层体积膨胀，形成海绵状细胞结构，同时在受热时，能够分解放出大量无毒不燃气体，稀释材料周围氧气浓度，有效延缓了材料的降解；碳源：主要作用是在酸源与气源的联合作用下，脱水炭化，最终形成炭层，起到隔热阻氧的作用，并防止材料熔融滴落[3-4]。本实验以聚磷酸铵为酸源、三聚氰胺为气源、膨胀石墨为碳源，复配成膨胀型阻燃体系，采用正交设计实验，研究三者的最佳配比。

1 实验部分

1.1 实验原料

聚磷酸铵（App），工业级，山东泰星新材料股份有限公司；三聚氰胺（M），分析纯，天津市大茂化学试剂厂；膨胀石墨（EG），工业级100目，青岛恒润达石墨有限公司；过氧化二异丙苯（DCP），分析纯，成都艾科达化学试剂有限公司；硫磺（S），工业级，辛集市康达化工厂；防老剂RD，工业级，天津市茂丰橡胶助剂有限公司；软化剂石蜡油，工业级，苏州赛帕汉特种油品有限公司；炭黑（牌号N550），工业级，青州博奥炭黑有限公司；氧化锌（ZnO），工业级，河北博奥纳米材料有限公司；硬脂酸，分析纯，丰益油脂科技有限公司；三元乙丙橡胶（EPDM）（牌号6069），市售。

1.2 实验仪器

XK-160型橡胶开炼机，大连嘉尔新橡塑机械有限公司；XLB-D350×350型平板硫化机，青岛华天鑫工贸有限公司；JC-1025型冲片机，江苏拓达精诚测试仪器有限公司；MZ-4030型橡胶台式测厚仪，江苏明珠实验机械有限公司；UTM-4204型电子万能试验机，深圳三思纵横科技股份有限公司；HC-1型氧指数测定仪，南京市江宁区分析仪器厂。

1.3 试样制备及性能测试

按照表1配方称取药品，将橡胶开炼至有些黏性。将硬脂酸、防老剂RD、氧化锌、炭黑、聚磷酸铵、三聚氰胺、膨胀石墨、软化剂石蜡油、过氧化二异丙苯和硫磺等分五批，依次加入混炼，多次捣胶至吃料完全后，打卷和打三角包数次；放大开炼机辊距，下片；放置约16～20h，在平板硫化机硫化，硫化参数为硫化压力9～10MPa，温度160 ℃，硫化时间为25min，且在开始硫化后5min时放气一次。硫化完成后，按照测试标准裁样。然后，参照国标GB/T 528—2009和GB/T 10707—2008测试样条的拉伸强度和氧指数。

表1 正交实验因素水平表与测试结果

2 实验结果与讨论

表2 氧指数和拉伸强度极差计算过程

由表3可知，当实验指标为氧指数时，对EPDM热稳定性影响大小顺序为膨胀石墨＞聚磷酸铵＞三聚氰胺，最佳配比为25∶25∶15，此时膨胀石墨与聚磷酸铵的用量较大，聚磷酸铵在燃烧时分解产生磷酸，磷酸再生成偏磷酸，再经过聚合生成聚偏磷酸，聚偏磷酸具有很强的酸性，使材料表面发生脱水现象，形成焦炭层，而三聚氰胺分解生成大量不燃气体，使炭层膨胀；同时，膨胀石墨受热膨胀，形成结构致密的网状炭层[5]，两种成碳效果叠加，形成了较好的碳阻隔层，能够使材料与热源隔绝，减少材料与空气接触的表面积，减缓燃烧现象。且生成的不燃气体还可以稀释氧气浓度，即炭层的凝聚相阻燃和不燃气体的气相阻燃同时作用，使得极限氧指数明显升高。说明聚磷酸铵、膨胀石墨和三聚氰胺具有良好的阻燃协同效果。当实验指标为拉伸强度时，对EPDM拉伸性影响大小顺序同样是膨胀石墨＞聚磷酸铵＞三聚氰胺，最佳配比为5∶5∶5，因为所加入的阻燃剂是无机物或有机小分子，与橡胶基体的相容性较差，且添加量较少时，混合的均匀性差，添加较多时，又容易团聚，所以导致拉伸强度降低。因此，对阻燃体系进行增容改性是很有必要的。

表3 氧指数和拉伸强度指标的极差分析表

3 结论

通过正交实验得出，聚磷酸铵、膨胀石墨、三聚氰铵三者对EPDM的阻燃性能和力学性能影响顺序为膨胀石墨＞聚磷酸铵＞三聚氰胺；三者有较好的协同阻燃效果，但力学性能有所下降，需要增容改性；三者的最佳比例为25：25：15。