硅橡胶协效阻燃热塑性聚烯烃弹性体复合材料的性能
徐久升
摘要：采用熔融法制备了一种阻燃、抗滴落热塑性聚烯烃弹性体(TPO)复合材料，探讨了硅橡胶与Mg(OH)2的协同阻燃与抗滴落作用。结果表明，当硅橡胶／Mg(OH)2为20／80时，复合材料的极限氧指数提高到31.6%，且熔融滴落现象明显改善；TG分析表明，硅橡胶的加入，使TPO／硅橡胶／Mg(OH)2复合材料的分解温度有所提高，热稳定性和抵抗热分解能力增强；燃烧炭层的FTIR分析表明，加入硅橡胶后，复合材料内Si—O键的数量明显增加，说明硅橡胶具有抗滴落作用。拉伸应力–应变行为研究表明，硅橡胶／Mg(OH)2为20／80时，复合材料的拉伸强度达到2.81MPa，断裂伸长率达到343.3%。
关键词：热塑性聚烯烃弹性体；硅橡胶；氢氧化镁；抗滴落
PropertiesofSiliconRubberSynergisticFlameRetardantTPOComposites
XuJiusheng
Abstract：Thermoplasticpolyolefinelastomer(TPO)compositeswithflameretardantandanti-drippingweremadewiththewayofmelting.TheeffectofsiliconerubberandMg(OH)2ontheflameretardantandanti-drippingpropertiesofthecompositeswerediscussed.Whenthesiliconerubber／Mg(OH)2is20／80，thelimitingoxygenindexofthecompositesisreachedto31.6%，andthemeltinganddrippingphenomenonsareimprovedobviously.TGanalysisshowthatwiththeaddingofsiliconerubber，thedecompositiontemperatureisimproved，thethermalstabilityandresistancetothermaldecompositionabilityenhance.FTIRanalysisshowthatthenumberofSi—Ostructureisimprovedobviously，andfurtherprovesiliconerubberhastheeffectofanti-dripping.Thestudyofbehaviorofstressandstrainshowthesiliconerubber／Mg(OH)2is20／80，thetensilestrengthofthecompositearrives2.81MPa，theelongationatbreakisupto343.3%.
Keywords：thermoplasticpolyolefinelastomer；siliconrubber；Mg(OH)2；anti-dripping
硅橡胶是一种主链以O—Si—O单元为主、以甲基、乙烯基、苯基等为侧基的一类聚合物，由于其键能比一般有机化合物的C—C键键能高，因而具有优异的防水性、耐候性、耐高低温性、阻燃性能、生物相容性、耐臭氧性、绝缘性和耐化学药品性。近年来，硅橡胶在航空航天、电子电器、化工仪表、汽车、机械、医疗卫生和日常生活等各个领域得到广泛应
用。热塑性聚烯烃弹性体(TPO)是一种由橡胶和聚烯烃构成的嵌段共聚物，由于TPO具有优异的耐候性、耐臭氧性、耐紫外线、耐高温、耐冲击等优点，在汽车、电子电气、建筑等行业得到广泛应用。但由于TPO的极限氧指数(LOI)只有18%，且在燃烧过程中会产生滴落和发烟现象，故极大地限制了TPO的使用范围。随着人们环保意识的增强和对环境保护的日益重视，低毒、低烟、无腐蚀性的阻燃抗滴落TPO复合材料的研究备受青睐。制备抗滴落阻燃聚合物的方法主要有3种：(1)加入抗滴落剂，起到防滴落的作用；(2)添加膨胀型阻燃剂，使其形成稳定的炭层；(3)改变聚合物的结构。其中，由于加入抗滴落剂具有方法简单、快捷的特点，而成为抗滴落研究的一种主流方法。抗滴落剂的种类很多，有无机硅
酸盐类、含氟聚合物、硅橡胶等。罗超云等研究了以高抗冲聚苯乙烯为基体，硅橡胶与Mg(OH)2、红磷、聚磷酸铵、硼酸锌为协同阻燃剂制成的阻燃抗滴落复合体系，研究结果表明，硅橡胶能够形成三维网络结构，利于炭层的形成，对抗滴落有很好的效果。但目前对于抗滴落阻燃TPO复合材料的研究报道较少，因此，研究开发具有阻燃抗滴落的TPO复合材料具有重要意义。
笔者以TPO为基体树脂，Mg(OH)2为主阻燃剂，硅橡胶为协同阻燃剂，制备阻燃TPO／硅橡胶／Mg(OH)2复合材料。探讨硅橡胶对阻燃TPO／Mg(OH)2复合材料阻燃性能的影响，重点研究硅橡胶／Mg(OH)2用量比对复合体系的协效阻燃及抗滴落作用。
1实验部分
1．1主要原材料
TPO：6365N，南京金陵奥普特高分子材料有限公司；
Mg(OH)2：粒径为8.0～10.0μm，大连盖特科技发展有限公司；
硅烷偶联剂：KH151，南京经天纬化工有限公司；
硅橡胶：WS9702c，日本旭化成公司。
1．2主要仪器与设备
高速混合机：GH–10型，北京塑料机械厂；
双辊筒炼塑机：SK–160B型，上海橡塑机械厂；
平板硫化机：QL–50D／Q型，无锡中凯橡塑机械有限公司；
LOI测试仪：HC–2型，江宁县分析仪器厂；
热失重(TG)分析仪：SDTQ600型，美国TA仪器公司；
傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪：Spectum-One-B型，美国铂金埃默尔仪器有限公司；
扫描电子显微镜(SEM)：JSM–6460LV型，日本电子公司；
数码照相机：D3200型，日本尼康公司。
1．3试样制备
将1000g的Mg(OH)2加入高速混合机中，硅烷偶联剂与硅油以3∶1的比例加入并混合均匀，升温至95℃，混合15min，高速混合机的转速为800r／min。将100份TPO放入170℃的开炼机中熔融，分别加入一定配比的硅橡胶和表面处理后的Mg(OH)2(硅橡胶／Mg(OH)2分别为0／100，5／95，10／90，15／85，20／80，25／75)，熔融共混10min后下片，然后将片材在平板硫化机上压制成型，制得厚度为2mm的试样。
1．4性能测试
LOI测试：按照GB／T2406.1–2008测试。垂直燃烧测试：按照GB／T2408–2008测试。
FTIR测试：采用溴化钾压片法。TG分析：氮气环境，升温速率为10℃／min，温度范围为20～700℃。SEM：在液氮条件下脆断试样，观察断面结构。残炭形貌分析：采用数码照相机对复合材料燃烧后的炭层表面进行拍照。
2结论
(1)硅橡胶与Mg(OH)2具有很好的协同阻燃作用，当硅橡胶／Mg(OH)2为20／80时，阻燃TPO／硅橡胶／Mg(OH)2复合材料的LOI提高到31.6%，且熔融滴落现象有较大改善。
(2)TG分析表明，硅橡胶的加入，使复合材料的整体分解温度提高，失重50%时的温度提高到623℃，700℃时的残炭率为34.88%。复合材料的热稳定性和抵抗热分解能力有所增强。
(3)复合材料燃烧炭层的FTIR分析表明，加入硅橡胶后，复合材料内Si—O键的数量明显增加，说明硅橡胶能够形成有效的交联网络结构，具有抗滴落作用。
(4)拉伸应力–应变测试结果表明，随着硅橡胶用量的增加，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率呈先增加后降低的趋势。当硅橡胶／Mg(OH)2达到20／80时，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率达到最大，拉伸强度达到2.81MPa，断裂伸长率提高到343.3%。继续增加硅橡胶用量，复合材料的断裂伸长率降低，韧性有所下降。
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