橡胶阻燃的必要性、应用领域及方法

1、橡胶阻燃的必要性

橡胶分为天然橡胶与合成橡胶两种，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速复原的能力，并具有良好的物理力学性能和化学稳定性，广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种作为重要国民经济基础的橡胶产业。

橡胶的种类很多按照其分子的组成和易燃程度可分为三类:①大分子链只含碳、氢的橡胶，又称为烃类橡胶，如丁苯橡胶(SBR)，天然橡胶(NR)，丁腈橡胶(NBR)和乙丙橡胶(EPR、EPDM)等。它们是橡胶中数量最大最重要的一类，都是易燃或可燃的材料。②大分子主链除含碳、氢以外，还含有其他元素的橡胶，如硅橡胶等，它们多数也是可燃的或易燃的，但燃烧速度相对较慢。③含卤素的橡胶，如氯丁橡胶(CR)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)、氯化聚乙烯(CPE)、氟橡胶(FKM)等，卤素含量大多在28%~40%之间，这类橡胶一般是较难燃烧的。而以上橡胶中，除了含卤素的橡胶外，天然橡胶和大多数的合成橡胶都具有可燃性，未经阻燃处理的橡胶制品存在火灾隐患，因此对于电线、电缆、橡胶输送带和矿井下用的橡胶导风管等制品来说阻燃处理对其安全使用的重要性是毋庸置疑的。2、阻燃橡胶的主要应用领域

阻燃橡胶的应用领域主要包括电线、电缆护套、橡胶绳索、矿井下使用的输送带、胶管、导风管及真空泵上使用的橡胶带，电子电器工业使用的橡胶制品、公共场所使用的橡胶板等，其在阻燃性能方面都已有相应的要求和法规。3、卤系阻燃剂阻燃橡胶的方法

卤系阻燃剂能够在高温下裂解释放出含卤自由基，来捕捉橡胶降解生成的活泼自由基，从而延缓或中断燃烧链式反应的进行;同时释放出的卤化氢是一种密度很大的难燃气体，可覆盖于材料表面，通过阻隔氧气来抑制燃烧，具有添加量小、阻燃效果显著等优点。这类阻燃剂在与其助阻燃剂协同使用时，阻燃效果更加显著。如氯化石蜡与三氧化二锑并用，可生成沸点高、密度大的氯化锑，覆盖在树脂表面，隔绝空气起到较好的阻燃协同效应[3]。但是卤系阻燃剂燃烧时产生大量烟雾、毒性物质和强腐蚀性物质而危害环境及人类健康。而烟毒性大恰好是橡胶材料燃烧时有别于聚烯烃等材料的一大特征，因此在一定程度上更加限制了卤系阻燃剂在阻燃橡胶领域的应用。4、无卤阻燃剂阻燃橡胶的方法

用于阻燃橡胶的无卤阻燃剂包括无机金属阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂膨胀型阻燃剂、硅系阻燃剂等。(1)无机金属阻燃剂

针对橡胶材料燃烧过程中产烟量大、烟毒性强等特点，金属氢氧化物以及无机金属盐具有热稳定性好、不挥发、阻燃效果持久和价格低廉等优点，添加无机阻燃剂的橡胶在燃烧或受热时，不产生腐蚀性气体、烟雾小，具有很高的安全性。常用的无机阻燃剂是无机金属化合物，包括氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MH)、水镁石、硼酸锌三氧化二锑和碳酸钙等，其中最典型的是氢氧化铝、氢氧化镁和水镁石。对于丁腈橡胶(NBR)，由于氢氧化镁脱水反应较氢氧化铝发生慢、工艺性能较差(混炼时易发生粘辊现象)及价格相对较高，因此氢氧化铝更适宜作为NBR的阻燃剂。

无机金属阻燃剂在阻燃橡胶时往往用量大，阻燃效率低，而阻燃剂的纳米化、表面处理以及多种阻燃剂的协同使用是降低添加量和保持力学性能的主要手段。其中氢氧化铝粒径的微细化能有效提高阻燃丁苯橡胶的极限氧指数，当用量为120份时LOI值达27%。而当纳米氧化镁在三元乙丙橡胶中的用量达到150份时，其LOI值可达30%，而此时试验测得其拉伸强度为14MPa，断裂伸长率为164%，以作为无卤阻燃电线电缆护套材料。在协效体系中，氢氧化铝可分别与硼酸锌三氧化二锑等构成协效体系制备阻燃橡胶材料，而氢氧化镁常与红磷协同阻燃橡胶材料。(2)磷系阻燃剂

用于阻燃橡胶的磷系阻燃剂按组成可分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂，前者主要有红磷和磷酸盐，后者主要有磷酸酯和亚磷酸酯等。红磷由于稳定性差和易吸潮等缺陷，直接应用会受到诸多限制，采用微胶囊化处理后能够显著提高其阻燃作用。以三聚氰胺-甲醛树脂包覆的微胶囊红磷(MRP)与MI和ATH以10/90/90的份数比例添加到三元乙丙橡胶当中，硫化胶的LOI值从19%提高至37%，并通过了UL94V-0级别，拉伸强度为4.4MPa，断裂伸长率为225%，实现了硫化胶阻燃性能和物理力学性能的良好平衡。(3)膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂的出现为无卤阻燃橡胶提供了一种新的途径，这包括可膨胀石墨阻燃剂，也包括多组分的膨胀型阻燃剂，能够将各阻燃剂的优点进行结合，发挥良好的协同阻燃效果。

以笼状季戊四醇磷酸(PEPA)和可膨胀石墨(EG)构成协同阻燃体系能够赋予天然橡胶(NR)优异的阻燃性能，当共同添加37%的PEPA和7%的EG于NR时阻燃NR复合材料的LOI值由17.0%提高至28.1%，并通过UL94V-0级别。常用于天然橡胶的膨胀阻燃体系为APP/PER、APP/PER/MEL体系，其中采用原位聚合法制备出的微胶囊化膨胀型阻燃剂(微胶囊的囊核是由APP、PER和MEL按3:1:1混合而成，囊壳为三聚氰胺-甲醛树脂)，在天然橡胶中的阻燃效果要优于APP/PER)MEL简单的共混物，而且微胶囊化后的阻燃剂与天然橡胶的相容性也有较大改善，所得到的阻燃天然橡胶胶料的物理性能和耐磨性能也得到提高。而在该体系中继续引入微量的4A分子筛化合物，则能进一步发挥协同阻燃效果。(4)其他