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甲基丙烯酸對氫氧化鎂填充EPDM性能的影響
新聞來源:    點擊數:13675    更新時間:2012-6-13 17:35:46    收藏此頁

低煙無鹵阻燃是高分子阻燃材料的發展方向,高填充氫氧化鎂和氫氧化鋁等無機阻燃劑是高分子材料實現低煙無鹵阻燃的有效手段。在EPDM中大量填充氫氧化鎂和氫氧化鋁等已有較多報道。氫氧化鎂和氫氧化鋁雖然是重要的無機阻燃劑,但阻燃效率低,要想獲得滿意的阻燃效果就必須大量填充,而填充大量氫氧化物的EPDM硫化膠的物理性能較差,尤其是拉伸強度較低。用矽烷偶聯劑等對氫氧化物的表麵進行處理後填充EPDM硫化膠的物理性能變化不大。

   不飽和羧酸鹽是以過氧化物為硫化劑的橡膠的有效補強填料,通過在采用過氧化物硫化的NBR,EPDM和SBR膠料中原

位或直接加入不飽和羧酸鹽發現,硫化膠的物理性能都有較大提高。研究發現,在高填充氫氧化鋁的SBR膠料中加入少

量的甲基丙烯酸(MAA)可以明顯改善SBR硫化膠的物理性能,且對其氧指數影響較小。
   
    本工作將原位生成不飽和羧酸鹽補強橡膠與高填充低煙無鹵阻燃技術相結合,研究MAA對氫氧化鎂填充EPDM硫化膠性能的影響。
   
1  實驗

    1.1  主要原材料

    EPDM,牌號Keltan 5508,乙烯質量分數為0.7,第三單體為亞乙基降冰片烯(ENB),碘值為4.6,荷蘭DSM公司產品;氫氧化鎂,牌號H5,平均粒徑為1.25-1.65μm,美國雅寶公司產品;MAA,化學純,上海五聯化工廠產品;硫化劑DCP,化學純,上海高橋石化精細化工有限公司產品。

    1.2  試樣製備

    原料的混合在HAAKE RC90型轉矩硫化儀(德國Haake Mess-Technic公司產品)中進行,初始溫度為60℃,轉速為32 r·min-1。混煉工藝為:加入EPDM混煉2 min,然後加入氫氧化鎂混煉5 min,緩慢滴加MAA混煉8 min,最後加入硫化劑DCP混煉2 min。混煉膠在開煉機上出片,在QLB-D型平板硫化機(湖州橡膠機械廠產品)上硫化,硫化條件為170℃×10 min。

    1.3  性能測試

    (1)物理性能

    邵爾A型硬度按GB/T 531-1999在LX-A型橡膠硬度計上測試。拉伸性能和直角型撕裂強度分別按GB/T 528-1998和GB/T 529-1999在美國Instron公司的Series IX 4465型電子拉力機上測試,試樣厚度為2 mm,拉伸速度為500mm·min-1

    (2)阻燃性能

    氧指數按GB/T 10707-1989在英國EastGrinstead公司的HC-2型氧指數測定儀上測試,試樣尺寸為110 mm×6.5

mm×3 mm。垂直燃燒等級按GB/T 13488-1992在南京江寧分析儀器廠的CZF-1型垂直燃燒儀上測試,試樣尺寸為127

mm×12.7 mm×3 mm。

    2  結果與討論

    2.1  硫化膠性能的影響因素

    2.1.1  MAA用量

    MAA用量對氫氧化鎂填充EPDM硫化膠性能的影響如表1所示。從表1可以看出,未加MAA的EPDM硫化膠的物理性能較

差,加入5份MAA的EPDM硫化膠的硬度、拉伸強度和撕裂強度明顯提高。隨著MAA用量的增大,EP-DM硫化膠的硬度逐漸

增大,拉斷伸長率逐漸減小,拉伸強度和撕裂強度都是先增大後減小,並分別在MMA用量為30和10份時出現最大值。
 
   從表1還可以看出,與未加MAA的EPDM硫化膠相比,加入5份MAA的EPDM硫化膠的氧指數沒有變化;隨著MAA用量的增

大,EPDM硫化膠的氧指數呈減小趨勢。這可能是由於MAA與氫氧化鎂反應使氫氧化鎂用量相對減小的緣故。綜合考慮物

理性能和阻燃性能認為,MAA的最佳用量為5份。

    表1  MAA用量對氫氧化鎂填充EPDM硫化膠性能的影響
項目
MAA用量/份
0
5
10
20
30
40
50
邵爾A型硬度/度
78
82
83
84
89
90
91
拉伸強度/MPa
5.49
12.23
12.49
14.35
17.72
17.00
16.60
拉斷伸長率/%
271
256
242
198
163
108
107
撕裂強度/(kN·m-1)
26
46
53
49
47
45
43
氧指數
26.7
26.7
26.5
26.4
26.4
25.0
25.0
    注:配方其餘組分及用量為EPDM  100,氫氧化鎂  150,硫化劑DCP  1。

    2.1.2  氫氧化鎂用量

    氫氧化鎂用量對EPDM硫化膠性能的影響如表2所示。

    表2  氫氧化鎂用量對EPDM硫化膠性能的影響
項目
氫氧化鎂用量/份
0
50
100
150
200
250
邵爾A型硬度/度
52
65
74
82
88
90
拉伸強度/MPa
1.61
9.46
12.09
12.23
13.49
14.31
拉斷伸長率/%
174
341
294
256
148
116
撕裂強度/(kN·m-1)
1l
25
42
46
42
39
氧指數
17.5
18.5
22.1
26.7
30.2
36.0
垂直燃燒等級
-
-
-
FV-2
FV-0
FV-0
    注:配方其餘組分及用量為EPDM  100,MAA  5,硫化劑DCP  1。

    從表2可以看出,隨著氫氧化鎂用量的增大,EPDM硫化膠的硬度和拉伸強度不斷增大,拉斷伸長率和撕裂強度都是

先增大後減小,並分別在氫氧化鎂用量為50和150份時出現最大值。
 
    從表2還可以看出,隨著氫氧化鎂用量的增大,EPDM硫化膠的氧指數不斷增大,最高可達36.0。可見要想獲得較好

的阻燃效果,就必須大量填充氫氧化鎂。當氫氧化鎂用量為200份時,EPDM硫化膠的垂直燃燒等級達到FV-0級。綜合考

慮物理性能和阻燃性能認為,氫氧化鎂的最佳用量為200份。

    2.1.3  硫化劑DCP用量
 
    硫化劑DCP用量對氫氧化鎂填充EPDM硫化膠性能的影響如表3所示。
    表3  硫化劑DCP量對氫氧化鎂填充EPDM硫化膠性能的影響
項目
硫化劑DCP用量/份
0.1
0.3
0.5
1
1.5
2
邵爾A型硬度/度
80
82
82
88
83
83
拉伸強度/MPa
8.54
12.44
13.15
13.49
13.87
14.05
拉斷伸長率/%
304
261
201
148
114
101
撕裂強度/(kN·m-1)
48
56
57
42
41
39
氧指數
29.5
29.5
30.0
30.2
30.5
30.5
垂直燃燒等
FV-0
FV-0
FV-0
-FV-0
FV-0
FV-0
    注:配方其餘組分及用量為EPDM  100,氫氧化鎂  200,MAA  5。

    從表3可以看出,隨著硫化劑DCP用量的增大,EPDM硫化膠的拉伸強度逐漸增大,拉斷伸長率逐漸減小,硬度和撕

裂強度都是先增大後減小,並分別在硫化劑DCP用量為1和0.5份時出現最大值。

    從表3還可以看出,隨著硫化劑DCP用量的增大,EPDM硫化膠的氧指數變化不大,垂直燃燒等級沒有變化,說明硫

化劑DCP用量對EPDM硫化膠的阻燃性能影響不大。綜合考慮物理性能和阻燃性能認為,硫化劑DCP的最佳用量為0.5份。

    2.2  掃描電鏡(SEM)分析

    不同MAA用量的EPDM硫化膠的SEM照片如圖1(略)所示。從圖1可以看出,未加MAA的EPDM硫化膠中大量的氫氧化鎂粒

子清晰可見,部分斷裂發生在氫氧化鎂粒子表麵,說明EPDM與氫氧化鎂之間的結合很差。加入MAA,EP-DM硫化膠中氫

氧化鎂粒子變得很模糊,且隨著MAA用量的增大,氫氧化鎂粒子與EPDM的界麵更加模糊,這表明MAA的加入使氫氧化鎂

粒子與EPDM的結合增強,且MAA用量越大,界麵結合越緊密。這可能是由於MAA與氫氧化鎂反應生成了甲基丙烯酸鎂[Mg(MAA)2],在EP-DM硫化過程中Mg(MAA)2發生聚合反應並接枝在EPDM分子鏈上,即在氫氧化鎂表麵與EP-DM基體之間形成

了連接兩相的聚合物鏈,從而增強了氫氧化鎂與EPDM之間的相互作用。

    3  結論

    當MAA、氫氧化鎂和硫化劑DCP用量分別為5,200和0.5份時,EPDM硫化膠的物理性能和阻燃性能均較好。MAA的加

入使氫氧化鎂與EPDM之間的相互作用增強,這也是MAA提高EPDM硫化膠物理性能的原因。

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