无卤复合阻燃剂在橡胶中的应用技术研究

作     者：穆清林 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟凡涛

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：无卤阻燃剂 阻燃性能 三元乙丙橡胶 力学性能 表面改性 

摘      要：橡胶材料由于室温下富有弹性、良好的电绝缘性等特点,在日常生活中的应用十分的广泛。但绝大多数橡胶为碳链高分子材料,存在易燃的缺点。传统的阻燃方式是在橡胶中添加阻燃剂,常用的阻燃剂可分为含卤阻燃剂和无卤阻燃剂。含卤阻燃剂在阻燃过程中会受热分解,释放出有毒有害气体,对人民群众的生命财产安全造成威胁。本文分别研究了Al(OH)-Mg(OH)-包覆红磷复合阻燃剂、可膨胀石墨-硼酸锌-聚磷酸铵复合阻燃剂和膨胀型阻燃剂(IFR)对三元乙丙橡胶(EPDM)阻燃性能及力学性能的影响。在Al(OH)-Mg(OH)-红磷复合阻燃剂的研究中,首先研究了三种硅烷偶联剂改性氢氧化铝和不同粒径的氢氧化铝及添加量对EPDM阻燃及力学性能的影响;然后分别研究了Al(OH)-Mg(OH)、Mg(OH)或Al(OH)与红磷二元复配对EPDM阻燃及力学性能的影响;最后研究了Al(OH)、Mg(OH)、包覆红磷三元复配对EPDM阻燃及力学性能的影响,并确定三元阻燃剂复配EPDM橡胶的最佳配方。结果表明,使用KH550改性2500目氢氧化铝综合效果最好;最佳Al(OH)-Mg(OH)-红磷复配阻燃剂配方为Al(OH)16份、Mg(OH)24份和包覆红磷10份。此时硫化胶拉伸强度为10MPa、断裂伸长率为347%、极限氧指数达到27.8%,垂直燃烧等级达到V-0级别,达到难燃级别。在膨胀石墨-硼酸锌-聚磷酸铵阻燃剂的研究中,分别研究了单独使用膨胀石墨(EG)和膨胀石墨与硼酸锌(ZB)、聚磷酸铵(APP)三者复配对EPDM阻燃及力学性能的影响。研究结果表明,当可膨胀石墨20份、硼酸锌4份和聚磷酸铵6份时,EPDM综合性能最佳。此时EPDM的拉伸强度为9.4MPa、断裂伸长率为334%、极限氧指数达到28.3%,达到难燃级别。在膨胀型阻燃剂(IFR)的研究中,首先通过正交试验,研究了淀粉为碳源、聚磷酸铵为酸源、三聚氰胺为气源时的协同效应。然后,进一步对2402酚醛树脂为碳源的膨胀阻燃剂进行了研究,研究了酚醛树脂添加量对EPDM橡胶阻燃性能和力学性能的影响。研究结果表明,以淀粉作为碳源的膨胀型阻燃剂的最佳配方为淀粉28份、三聚氰胺12份、聚磷酸铵18份;此时,EPDM的拉伸强度达到10.3MPa、断裂伸长率为357%、极限氧指数达到28.2%。以酚醛树脂作为碳源时的最佳配方为酚醛树脂17份、三聚氰胺12份、聚磷酸铵18份;此时,EPDM的拉伸强度为11.6MPa、断裂伸长率为289%,极限氧指数达到28.3%。二者均达到难燃级别,综合性能较好。