一种高效无卤膨胀阻燃橡胶体系及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于阻燃型橡胶体系及其制备技术领域，具体涉及一种高效无卤膨胀阻燃 橡胶体系及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 橡胶是橡胶工业的基本原料，由于其分子链可以交联，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，而且橡胶之 间可进行共混来取长补短，得到性能更加优异的橡胶共混物，因而自被发现且能工业化后 便广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆、医疗器械及其他各种橡胶制品。但是橡胶在加工过 程中都需要进行硫化处理，硫化后的纯橡胶一旦燃烧后无法自熄会一直燃烧下去，这在很 大程度上限制了橡胶的应用。在其中添加阻燃剂是解决上述问题的常用方法。
[0003] 现有技术中有很多对橡胶材料添加各种阻燃剂进行阻燃的方法，如添加较多的含 卤阻燃剂会使橡胶获得良好的阻燃性，但这会使橡胶燃烧时释放有毒烟雾，给人们的生命 安全带来极大的隐患，因此在很多场合已被禁止使用。而常见的添加无机氢氧化物阻燃剂 虽然很环保，但添加量必须达到50%左右时才具有较好的阻燃效果，而在这样的添加量下 机械性能将大大降低。近年来膨胀阻燃剂因为无卤、低毒、生烟量少等优点而备受重视。膨 胀型阻燃剂主要是通过受热分解生成膨胀炭层，对材料起到隔氧隔热的作用从而达到阻燃 目的的。
[0004] 膨胀型阻燃剂分为化学膨胀阻燃和物理膨胀阻燃。一般的化学膨胀阻燃剂主要 是以P、N、C三种元素为核心，虽然阻燃效果较好，但也需要较高的添加量，因而不可避免 的要引起热性能及力学性能的下降。如公开号为CN 103819897A的专利申请公开了"一 种氮系阻燃剂、制备方法及阻燃硅橡胶复合物"，该复合物是通过添加一种氮系阻燃剂（包 括三聚氰胺、氰尿酸、季戊四醇、次磷酸钠、硼酸锌等）来阻燃硅橡胶，虽然阻燃效果好且环 保，但阻燃剂的添加量要达到23%时才能通过UL 94V-0级别，这无疑要导致材料的拉伸 强度的降低。物理膨胀阻燃剂主要是碳基类阻燃剂，因其与橡胶之间不发生或很少发生化 学作用，因而炭层之间粘附力较弱，通常需要进行表面改性功能化或者与其他阻燃剂共混 处理，来改善碳基阻燃剂与基体材料之间的相互作用力和提高炭层质量。如公开号为CN 102796283A的专利申请公开了"一种复合型膨胀阻燃剂及其制备方法"，该方法就是采用化 学方法对膨胀石墨进行改性，使其带上大量的羟基和含氧基团，这对于膨胀石墨与基材之 间能形成较好的界面作用有很好的效果，但改性方法复杂，涉及的溶剂有较大的毒性，不够 环保。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，首先提供一种高效无卤膨胀阻燃橡胶体 系，该橡胶体系中阻燃剂的添加量少，且在对机械性能影响很小的同时能达到很好的阻燃 效果。
[0006] 本发明的另一个目的是提供一种上述高效无卤膨胀阻燃橡胶体系的制备方法。
[0007] 本发明提供的高效无卤膨胀阻燃橡胶体系，包含的组分及配比按质量份计如下：
[0008] 橡胶 100份， 补强剂 30?50份， 结构控制剂 0~10份， 硫化剂 0.5?2份， 硫化促进剂 0.1?2份， 阻燃剂 1?20份， 协效剂 1?20份，
[0009] 该橡胶体系的拉伸强度为5. 4?33. 8MPa，LOI为28. 9?45. 5%，UL-94为V-I? V-O0
[0010] 上述橡胶体系中，包含的组分及配比按质量份计优选如下：
[0011] 橡胶 100份， 补强剂 35?45份， 结构控制剂 0?5份， 硫化剂 0.5?1份， 硫化促进剂 0.1?1.5份, 阻燃剂 2?10份， 协效剂 2?10份。
[0012] 该橡胶体系的UL-94为V-O。
[0013] 上述橡胶体系中所述的橡胶为硅橡胶、乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、异戊橡胶、 顺丁橡胶、氯丁橡胶和天然橡胶中的至少一种。当所述的橡胶为硅橡胶时还含有结构控制 剂2?10份，优选2?5份。
[0014] 上述橡胶体系中所述的阻燃剂为硼酸锌、硅藻土、胺改性聚磷酸铵、次磷（膦）酸 盐、三聚氰胺及其盐类衍生物中的任一种。其中胺改性聚磷酸铵为乙二胺改性聚磷酸铵、乙 醇胺改性聚磷酸铵或哌嗪改性聚磷酸铵；次磷（膦）酸盐为甲基乙基次膦酸铝、二乙基次膦 酸铝、次磷酸铝或次磷酸钙，三聚氰胺及其盐类衍生物为磷酸盐、焦磷酸盐或氰尿酸盐等中 的任一种。
[0015] 上述橡胶体系中所述的协效剂为石墨粉、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯以及表面改 性石墨粉、表面改性膨胀石墨、表面改性碳纳米管或表面改性石墨烯中的任一种。
[0016] 上述橡胶体系中所述的补强剂为炭黑，白炭黑，高岭土、蒙脱土、伊利土、凹凸棒石 或海泡石等粘土类纳米粒子中的任一种。
[0017] 上述橡胶体系中所述的硫化剂优选硫磺、过氧化二异丙苯、过苯甲酸叔丁酯或双 二五硫化剂中的任一种。
[0018] 上述橡胶体系中所述的硫化促进剂优选硫化促进剂DM、硫化促进剂TT、硫化促进 剂H、硫化促进剂ZBX、硫化促进剂CZ中的任一种。
[0019] 上述橡胶体系中所述的表面改性石墨粉、表面改性膨胀石墨、表面改性碳纳米管 和表面改性石墨烯是通过以下方法进行表面改性得到的：将石墨粉、膨胀石墨、碳纳米管或 石墨烯加入乙醇中形成悬浮液，然后将表面改性剂溶于乙醇和水以90 :10的体积比混合所 得的混合溶剂中，得到表面改性剂溶液，将表面改性剂溶液滴加到所得悬浮液中，超声处理 30?35min，再过滤、洗涤、干燥即可。其中表面改性剂与石墨粉、膨胀石墨、碳纳米管或石 墨烯的质量比为1:5?20 ;所述的表面改性剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌或硅烷偶联剂中的任 一种。
[0020] 上述硅橡胶体系中所述的结构控制剂选用本领域常规结构控制剂即可，如羟基硅 油、__苯基娃_醇或八甲基^娃氣烧等。
[0021] 上述橡胶体系在实际的生产加工过程中，还可以根据具体的情况添加其他适当的 加工助剂，如防老剂、着色剂、抗氧剂、增塑剂、分散剂、增粘剂、脱模剂、抗静电剂、发泡剂 等，这些都是本领域公知的常识。
[0022] 本发明提供的上述高效无卤膨胀阻燃橡胶体系的制备方法，其特征在于该方法的 工艺步骤及条件如下：
[0023] (1)将100份橡胶放入混炼机上混炼形成包辊后，依次加入30?50份补强剂、1? 20份阻燃剂、1?20份协效剂，当所用橡胶为硅橡胶时在加入补强剂后需先加入0?10份 结构控制剂，再加入阻燃剂和协效剂，并充分混炼，然后加入〇. 5?2份硫化剂和0. 1?2 份硫化促进剂，充分混炼后得到混炼胶；
[0024] (2)将所得混炼胶在平板硫化机中于常规条件下成型，即得阻燃橡胶体系，当所用 橡胶为硅橡胶时，成型后继续在硫化箱中于常规条件下进行二段硫化。
[0025] 上述方法中所用的橡胶100份时，补强剂优选35?45份，结构控制剂优选0?5 份，硫化剂优选0. 5?1份，硫化促进剂优选0. 1?1. 5份，阻燃剂优选2?10份，协效剂 优选2?10份。
[0026] 上述方法中所用的橡胶为硅橡胶、乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、异戊橡胶、顺丁 橡胶、氯丁橡胶和天然橡胶中的至少一种。当所述的橡胶为硅橡胶时还含有结构控制剂 2?10份，优选2?5份。
[0027] 上述方法中所用的阻燃剂为硼酸锌、硅藻土、胺改性聚磷酸铵、次磷（膦）酸盐、三 聚氰胺及其盐类衍生物中的任一种。其中胺改性聚磷酸铵为乙二胺改性聚磷酸铵、乙醇胺 改性聚磷酸铵或哌嗪改性聚磷酸铵；次磷（膦）酸盐为甲基乙基次膦酸铝、二乙基次膦酸 铝、次磷酸铝或次磷酸钙，三聚氰胺及其盐类衍生物为磷酸盐、焦磷酸盐或氰尿酸盐中的任 一种。
[0028] 上述方法中所用的协效剂为石墨粉、膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯以及表面改性石 墨粉、表面改性膨胀石墨、表面改性碳纳米管或表面改性石墨烯中的任一种。
[0029] 上述方法中所用的补强