微胶囊红磷在三元乙丙橡胶阻燃和发泡中的应用

摘要

三元乙丙橡胶（EPDM）是一种综合性能较好的橡胶，具有极好的耐老化，耐水，耐热变形以及电绝缘性能，在船用以及移动用低、中压电缆上得到了广泛应用。但三元乙丙橡胶也很容易燃烧，纯胶的氧指数只有19％左右。目前普遍采用添加金属氢氧化物(主要是氢氧化铝和氢氧化镁)作为阻燃剂的方法来制备无卤阻燃的三元乙丙橡胶材料。在这一方法中,为了得到高氧指数的三元乙丙橡胶材料，必须添加大量的氢氧化铝和氢氧化镁，从而造成其拉伸强度及断裂伸长率大幅度降低，产品的物理机械性能显著下降。
　　作为磷系阻燃剂的红磷具有添加量少,即可有效地提高材料的阻燃性,且对材料的力学性能影响又很小的优点，但在实际应用中存在着容易着火的危险。因此,红磷作为阻燃剂,只有经过表面处理后才有实际的应用价值。对红磷作表面处理最有效的方法是微囊化。微胶囊红磷在聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)阻燃中已有应用，但在三元乙丙橡胶阻燃中比较少见。
　　本文考察了微胶囊红磷单用和与金属氢氧化物并用对无填充和纳米碳酸钙填充的三元乙丙橡胶的阻燃效果和物理性能，运用了LOI、UL94和拉伸等测试手段，研究了微胶囊红磷的阻燃机理，并得到一个兼顾阻燃性能和物理性能的配方。在纳米碳酸钙填充的EPDM硫化胶中，加入微胶囊红磷10份、氢氧化镁90份和氢氧化铝90份时，试样的氧指数达到37，垂直燃烧等级达到V0级，拉伸强度达到3.9MPa，断裂伸长率达到225%。同时发现微胶囊红磷和金属氢氧化物单独使用、两两并用和复配使用时都存在较好的协效作用。
　　将微胶囊红磷对EPDM无卤阻燃结果应用到EPDM的发泡材料中，发现了在EPDM中，微胶囊红磷和金属氢氧化物等阻燃剂对对发泡剂AC的热分解特征温度无明显影响。EPDM发泡材料的阻燃性能受发泡体密度的影响不大，主要取决于其阻燃剂的含量。
　　本论文为在三元乙丙橡胶中引入微胶囊红磷为阻燃剂的阻燃效果和发泡特性的研究提供具有实用价值的基础数据，并优化得到一个既能兼顾阻燃和物理性能的配方，为在三元乙丙橡胶中微胶囊红磷的使用提供了指导。

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本文使用的缩写词及符号

1 前言

1.1 阻燃技术的发展和现状

1.1.1 阻燃科学技术的发展概况

1.1.2 聚合物的燃烧过程

1.1.3 聚合物阻燃的技术途径

1.2 阻燃剂的分类和研究现状

1.3 红磷及其微胶囊化

1.3.1 红磷的性质和特点

1.3.2 红磷的微胶囊化

1.3.3 国内外微胶囊红磷阻燃剂的研究现状

1.3.4 微胶囊红磷在工程塑料中的应用状况

1.3.5 微胶囊红磷阻燃剂的发展趋势

1.4 三元乙丙橡胶的无卤阻燃发展现状

1.5 本论文的主要内容

2 实验部分

2.1 原材料

2.2 主要仪器和设备

2.3 试样制备

2.4 测试方法

2.4.1 FTIR测试

2.4.2 TGA测试

2.4.3 DSC测试

2.4.4 硫化特性和发泡特性的测试

2.4.5 极限氧指数(LOI)测定

2.4.6 水平-垂直燃烧性能(UL94)测试

2.4.7 密度测试

2.4.8 力学性能测试

2.4.9 显微镜观察

3 结果与讨论

3.1 微胶囊红磷（MRP）的性质及表征

3.1.1 概述

3.1.2 MRP的SEM分析

3.1.3 MRP的FTIR分析

3.1.4 MRP的热分析

3.2 MRP对无填充EPDM硫化胶阻燃性能的影响

3.2.1 MRP单用对无填充EPDM硫化胶阻燃性能的影响

3.2.2 MRP和金属氢氧化物并用对无填充EPDM硫化胶的性能的影响

3.3 MRP对纳米碳酸钙填充的EPDM硫化胶性能的影响

3.3.1 MRP单用对纳米碳酸钙填充的EPDM硫化胶性能的影响

3.3.2 MRP与金属氢氧化物并用对纳米碳酸钙填充EPDM的性能的影响

3.4 MRP阻燃EPDM胶料的发泡研究

3.4.1 概述

3.4.2 阻燃剂对发泡剂AC热分解的影响

3.4.3 温度对EPDM胶料的硫化和发泡特性的影响

3.4.4 温度对EPDM发泡体性能的影响

3.4.5 发泡剂AC的用量对EPDM胶料的硫化和发泡特性的影响

3.4.6 发泡剂AC的用量对EPDM发泡体性能的影响

4 结论

5参考文献

致谢

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