合成橡胶阻燃材料的应用研究

王发银，郎凤磊，高光涛 通讯作者

青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛， 266500

摘要：本文针对合成橡胶阻燃材料的阻燃性能展开研究，分析合成橡胶阻燃材料的现状，阐述添加型阻燃剂、反应型阻燃剂在橡胶中的应用，并提出耐燃性能的测试方法，展望阻燃剂的发展前景，意在通过合成橡胶和阻燃材料的研究，提高合成橡胶制品的应用，降低火灾风险。

关键词：合成橡胶；阻燃材料；应用研究

近些年来，我国汽车工业的发展速度十分迅猛，国内橡胶的需求量持续增长。合成橡胶在汽车工业中发挥着十分重要的作用，但是合成橡胶大部分都是可燃或是易燃的胶种，为火灾的发生埋下隐患，一旦出现安全事故，会给人民群众的日常生活带来许多的影响和不便，因此当务之急的工作是提高合成橡胶制品的阻燃性能，为汽车工业的安全提供保障。提高阻燃性能就不得不提阻燃橡胶材料。阻燃橡胶材料指的是能够延缓着火形式，降低火焰燃烧速度，离开明火后能够自动熄灭的橡胶材料。

1. 合成橡胶的阻燃性能

1. 分子链结构与阻燃性能

大部分的橡胶材料融合阻燃剂以后会产生难燃性和自熄性的特点，但是有少部分的橡胶材料本身就具备难燃型和自熄性，这类不需要加入阻燃剂就具有阻燃作用的橡胶材料被称作固有阻燃橡胶。一般来说，橡胶根据分子链结构和特征可以分为：烃类橡胶、含卤素橡胶以及主链含杂原子橡胶。烃类橡胶主要有SBR、BR、IIR和EPDM等几种，这类橡胶具有良好的电能，氧指数仅仅是19%-20%，不具备较好的阻燃性能。含卤素橡胶主要分为CR、CSM、CM、ECO以及FKM几种；主链含杂原子橡胶分为氯醚橡胶和硅橡胶等等。橡胶的燃烧标准是：不阻燃橡胶材料（氧指数＜20%）、一般阻燃橡胶材料（氧指数一般是在20%-30%之间）、高燃橡胶材料（氧指数＞30%）。根据实际调查显示，含卤素橡胶材料的氧指数比较高，在不含卤素的橡胶材料中，含侧基橡胶材料的氧指数比不含侧基的橡胶材料要高，但是其中需要排除掉硅橡胶，硅橡胶的主链结构是由硅和氧原子组成的，其材料自身具有耐燃性，氧指数比较高。

2. 橡胶的单用和并用

橡胶分为单用和并用两种使用方式。含卤素橡胶自身具有阻燃性能，可以单独使用，其中使用最广泛的是氯丁橡胶（CR）。含卤素基橡胶在燃烧时能够产生卤化氢气体，比如H Br、H CI和H F等，这些气体不仅有毒还具有腐蚀性，在密封场所（飞机或是潜艇）严格禁止使用这类的含卤素橡胶。硅橡胶不含卤素成分，且不容易燃烧，可以单独使用，制成阻燃制品成本比较高，不具备良好的力学性能，因此能够使用的范围较窄，主要能够用于耐高低温、高绝缘橡胶制品的阻燃方面。但是橡胶的单独使用一般不能兼顾所有的性能，尤其是阻燃性能与力学性能的平衡，二者的兼顾往往需要通过橡胶的并用来实现。橡胶并用包含橡胶之间的并用和橡胶与塑料之间的并用，根据研究表明，CR与CIIR、SBR和NBR的相容性比较好，而CR和NR、IR、BR和EPDM的相容性比较差，CR/NR、CR/IR、CR/BR、CR/EPDM等并用体系可以采用嵌段共聚物、接枝共聚物等作相容剂。CR并用胶可以用于轮胎的胎侧和内衬层、硫化胶囊、胶管内层胶和外层胶、胶带、导电橡胶制品以及耐火橡胶制品的生产。并且氯丁橡胶或是氯化顺丁橡胶能够替代纯氯丁橡胶用于船用电护套，此法制成的物品具有良好的阻燃性能、力学性能、耐油性能和抗老化性能，胶料便于加工，且生产成本不高。

3. 橡胶阻燃剂

橡胶阻燃剂按照使用方法可以分为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂两种类型。反应型阻燃剂在高分子材料的合成过程中能够产生化学反应，最终链合到高分子材料分子链上，发挥阻燃的性能，这类阻燃材料具有稳定性高、毒性小、阻燃效果持久的特点，并且阻燃剂对于阻燃材料的使用不会产生很大的影响，但是制作程序比较复杂，使用范围没有添加型阻燃剂广泛，一般用于热固性高聚物。添加型阻燃剂一般是根据机械共混法分散于高分子材料中，不会对基材组分产生化学反应，可以分为无机阻燃剂（水合氢氧化物阻燃剂、金属氧化物阻燃剂和无机盐阻燃剂）、有机阻燃剂（含卤素阻燃剂、含磷阻燃剂）和其他阻燃剂，这类阻燃剂的种类繁多，且应用十分广泛，具有较高的便捷性，但是分散不够均匀，导致共混材料的性能发挥不够稳定，一般适用于热塑性高聚物。

2. 各类阻燃材料在合成橡胶中的应用

1. 含卤素阻燃剂

含卤素阻燃剂是现阶段使用量最大的传统阻燃剂，我国阻燃剂市场氯系阻燃剂占据69%，溴系阻燃剂占据8%。含卤素阻燃剂燃烧后能够释放出卤化氢，由于卤化氢比空气的重量大，会发生下沉的效果，起到隔离氧气的作用。卤系阻燃剂的阻燃性能与其结构息息相关，阻燃性能大小顺序是I＞Br＞CI＞F，脂肪族卤化物＞脂环族卤化物＞芳香族卤化物。一般最常使用的卤系阻燃剂为十溴二苯醚、四溴双酚、八溴醚、氯化石蜡等。研究人员针对三氧化二锑、十溴二苯醚和硼酸锌进行了研究，分析他们对于氯丁橡胶的阻燃，得出三氧化二锑添加量为20-35份时氧指数应在30%以上，阻燃体系中加入硼酸锌后不会对氧指数产生较大的影响，但是加入十溴二苯醚对于氧指数的影响比较大，不含十溴二苯醚和含10份十溴二苯醚的硫化胶氧指数分别为38.5%和42%。一般情况下，含卤素阻燃剂和三氧化二锑并用能够取得更加良好的阻燃效果

^[1]。

2. 无机阻燃剂

无机阻燃剂的基本特征是阻燃性能小、有害性小、具有协效阻燃和抑烟的功能，最常使用的无机阻燃剂是无机金属化合物，例如氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑、铝酸钙、碳酸钙和氢氧化钙等等，其中氢氧化铝和氢氧化镁是最经典和传统的化合物。无机磷系阻燃剂主要包括红磷和聚磷酸铵等，而氮系阻燃剂和硅系阻燃剂等应用频率不高。氢氧化镁对于沉淀法白炭黑增强的NBR硫化胶产生的阻燃效果比氢氧化铝要好，但是其脱水反应比较迟钝，工艺性能不是十分良好，而且成本较高，因此一般情况下都会选择氢氧化铝作为阻燃剂，当氢氧化铝的用量是60-80份时，硫化胶的阻燃性能和力学性能能够实现最大的平衡，达到良好的效果。氯丁橡胶的含量为40%时，会产生自熄的性能，融合无机填充剂后能够发挥阻燃的效果。无机粉末还能用于地板的快硬，通过无机粉末硬化后的地板比较耐用，表面非常光滑，且防水阻燃。但是需要注意的是，如果过量地加入无机阻燃剂会严重影响橡胶材料的力学性能和加工性能，所以在实际的应用过程中一般需要融合两种或两种以上的无机阻燃剂，利用他们的协同效应加强阻燃效果。并用10份硼酸锌和190-320份氢氧化铝，填充氢化丁腈橡胶或是EVM聚合物，能够获取阻燃效果非常好的胶料，可以用于制造电缆护套。而在氢化丁腈橡胶中混合320份氢氧化铝，胶料的氧指数能够达到77%，同时还能保证良好的力学性能。不耐高温的金属氧化物、惰性元素、碳酸物和抑烟剂组合能够形成复合型阻燃体系，添加新一代的硫化机和补强填料，选择力学性能良好和比较耐磨的白色填料发生协同效应，再加入进口颜料和防老剂，经过塑炼、高温、硫化等工作而形成具有阻燃、隔音、耐磨、弹性高特点的新时代地板，这类地板能够更好地应用在船舶、机场、医院、学校等对于地板要求较高的场所^[2]。

结束语：

不管橡胶自身是否具备阻燃性能，合理有效的阻燃体系是非常重要的。随着材料合成工业的发展，我国关于阻燃材料的关注持续提升，唯有合理利用阻燃材料，发挥阻燃性能，才能在最大程度上减少安全事故的发生，保障稳定的生产生活。

参考文献

[1]赵敏.一种高阻燃高耐热合成橡胶及制备方法[J].橡胶工业,2014,61(10):599.

[2]吴丽娟. 无卤阻燃型三元乙丙橡胶的制备与性能研究[D].华南理工大学,2010.

作者简介：王发银（1986-），男，山东潍坊人，青岛科技大学高分子科学与工程学院在职研究生，工程师，就职于山东美晨工业集团有限公司，主要从事配方和产品研发工作。