橡膠阻燃的必要性、應用領域及方法

1、橡膠阻燃的必要性

橡膠分為天然橡膠與合成橡膠兩種，交聯(lián)后的橡膠受外力作用發(fā)生變形時，具有迅速復原的能力，并具有良好的物理力學性能和化學穩(wěn)定性，廣泛用于制造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種作為重要國民經(jīng)濟基礎的橡膠產(chǎn)業(yè)。

橡膠的種類很多按照其分子的組成和易燃程度可分為三類:①大分子鏈只含碳、氫的橡膠，又稱為烴類橡膠，如丁苯橡膠(SBR)，天然橡膠(NR)，丁腈橡膠(NBR)和乙丙橡膠(EPR、EPDM)等。它們是橡膠中數(shù)量最大最重要的一類，都是易燃或可燃的材料。②大分子主鏈除含碳、氫以外，還含有其他元素的橡膠，如硅橡膠等，它們多數(shù)也是可燃的或易燃的，但燃燒速度相對較慢。③含鹵素的橡膠，如氯丁橡膠(CR)、氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)、氯化聚乙烯(CPE)、氟橡膠(FKM)等，鹵素含量大多在28%~40%之間，這類橡膠一般是較難燃燒的。而以上橡膠中，除了含鹵素的橡膠外，天然橡膠和大多數(shù)的合成橡膠都具有可燃性，未經(jīng)阻燃處理的橡膠制品存在火災隱患，因此對于電線、電纜、橡膠輸送帶和礦井下用的橡膠導風管等制品來說阻燃處理對其安全使用的重要性是毋庸置疑的。2、阻燃橡膠的主要應用領域

阻燃橡膠的應用領域主要包括電線、電纜護套、橡膠繩索、礦井下使用的輸送帶、膠管、導風管及真空泵上使用的橡膠帶，電子電器工業(yè)使用的橡膠制品、公共場所使用的橡膠板等，其在阻燃性能方面都已有相應的要求和法規(guī)。3、鹵系阻燃劑阻燃橡膠的方法

鹵系阻燃劑能夠在高溫下裂解釋放出含鹵自由基，來捕捉橡膠降解生成的活潑自由基，從而延緩或中斷燃燒鏈式反應的進行;同時釋放出的鹵化氫是一種密度很大的難燃氣體，可覆蓋于材料表面，通過阻隔氧氣來抑制燃燒，具有添加量小、阻燃效果顯著等優(yōu)點。這類阻燃劑在與其助阻燃劑協(xié)同使用時，阻燃效果更加顯著。如氯化石蠟與三氧化二銻并用，可生成沸點高、密度大的氯化銻，覆蓋在樹脂表面，隔絕空氣起到較好的阻燃協(xié)同效應[3]。但是鹵系阻燃劑燃燒時產(chǎn)生大量煙霧、毒性物質和強腐蝕性物質而危害環(huán)境及人類健康。而煙毒性大恰好是橡膠材料燃燒時有別于聚烯烴等材料的一大特征，因此在一定程度上更加限制了鹵系阻燃劑在阻燃橡膠領域的應用。4、無鹵阻燃劑阻燃橡膠的方法

用于阻燃橡膠的無鹵阻燃劑包括無機金屬阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑膨脹型阻燃劑、硅系阻燃劑等。(1)無機金屬阻燃劑

針對橡膠材料燃燒過程中產(chǎn)煙量大、煙毒性強等特點，金屬氫氧化物以及無機金屬鹽具有熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、阻燃效果持久和價格低廉等優(yōu)點，添加無機阻燃劑的橡膠在燃燒或受熱時，不產(chǎn)生腐蝕性氣體、煙霧小，具有很高的安全性。常用的無機阻燃劑是無機金屬化合物，包括氫氧化鋁(ATH)、氫氧化鎂(MH)、水鎂石、硼酸鋅三氧化二銻和碳酸鈣等，其中最典型的是氫氧化鋁、氫氧化鎂和水鎂石。對于丁腈橡膠(NBR)，由于氫氧化鎂脫水反應較氫氧化鋁發(fā)生慢、工藝性能較差(混煉時易發(fā)生粘輥現(xiàn)象)及價格相對較高，因此氫氧化鋁更適宜作為NBR的阻燃劑。

無機金屬阻燃劑在阻燃橡膠時往往用量大，阻燃效率低，而阻燃劑的納米化、表面處理以及多種阻燃劑的協(xié)同使用是降低添加量和保持力學性能的主要手段。其中氫氧化鋁粒徑的微細化能有效提高阻燃丁苯橡膠的極限氧指數(shù)，當用量為120份時LOI值達27%。而當納米氧化鎂在三元乙丙橡膠中的用量達到150份時，其LOI值可達30%，而此時試驗測得其拉伸強度為14MPa，斷裂伸長率為164%，以作為無鹵阻燃電線電纜護套材料。在協(xié)效體系中，氫氧化鋁可分別與硼酸鋅三氧化二銻等構成協(xié)效體系制備阻燃橡膠材料，而氫氧化鎂常與紅磷協(xié)同阻燃橡膠材料。(2)磷系阻燃劑

用于阻燃橡膠的磷系阻燃劑按組成可分為無機磷系阻燃劑和有機磷系阻燃劑，前者主要有紅磷和磷酸鹽，后者主要有磷酸酯和亞磷酸酯等。紅磷由于穩(wěn)定性差和易吸潮等缺陷，直接應用會受到諸多限制，采用微膠囊化處理后能夠顯著提高其阻燃作用。以三聚氰胺-甲醛樹脂包覆的微膠囊紅磷(MRP)與MI和ATH以10/90/90的份數(shù)比例添加到三元乙丙橡膠當中，硫化膠的LOI值從19%提高至37%，并通過了UL94V-0級別，拉伸強度為4.4MPa，斷裂伸長率為225%，實現(xiàn)了硫化膠阻燃性能和物理力學性能的良好平衡。(3)膨脹型阻燃劑

膨脹型阻燃劑的出現(xiàn)為無鹵阻燃橡膠提供了一種新的途徑，這包括可膨脹石墨阻燃劑，也包括多組分的膨脹型阻燃劑，能夠將各阻燃劑的優(yōu)點進行結合，發(fā)揮良好的協(xié)同阻燃效果。

以籠狀季戊四醇磷酸(PEPA)和可膨脹石墨(EG)構成協(xié)同阻燃體系能夠賦予天然橡膠(NR)優(yōu)異的阻燃性能，當共同添加37%的PEPA和7%的EG于NR時阻燃NR復合材料的LOI值由17.0%提高至28.1%，并通過UL94V-0級別。常用于天然橡膠的膨脹阻燃體系為APP/PER、APP/PER/MEL體系，其中采用原位聚合法制備出的微膠囊化膨脹型阻燃劑(微膠囊的囊核是由APP、PER和MEL按3:1:1混合而成，囊殼為三聚氰胺-甲醛樹脂)，在天然橡膠中的阻燃效果要優(yōu)于APP/PER)MEL簡單的共混物，而且微膠囊化后的阻燃劑與天然橡膠的相容性也有較大改善，所得到的阻燃天然橡膠膠料的物理性能和耐磨性能也得到提高。而在該體系中繼續(xù)引入微量的4A分子篩化合物，則能進一步發(fā)揮協(xié)同阻燃效果。(4)其他