Page 188 - 《精细化工》2021年第1期

·178· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

TG 对试样进行测试，在 N 2 保护下，以 10 ℃/min 消失，该温度与 APP 二阶段热解温度相符，说明
的速率从 40 ℃升高到 800 ℃。采用锥形量热仪进 APP 热解产生的偏磷酸与 KC 发生酯化脱水反应从
行锥形量热测试，试样尺寸 100 mm × 100 mm × 4 mm， 而形成稳定的炭层，因而提高了复合材料的残炭量。
2
辐射强度为 50 kW/m 。采用 SEM 观察橡胶燃烧后
的炭层结构。采用双悬臂梁模式，在动态热机械分
析仪上进行动态力学性能测试，试样尺寸为 5 mm ×
30 mm × 2 mm，以 3 ℃/min 的速率升温，频率 1 Hz，
温度–60~40 ℃。参照 ASTM D638—99 [17] 标准测试
样 条的拉 伸强 度和断 裂伸 长率， 拉伸 速度 为
50 mm/min，每组实验样品数为 5 个，取平均值。

表 1 复合材料配方
Table 1 Formulation of composites
样品 NR/g KC/g Fe 2O 3/g CuO/g Al 2O 3/g MnO 2/g APP/g
NR 100 — — — — — 0
NR/APP 70 — — — — — 25
NR/KC/ 70 10 5 — — — 25
Fe 2O 3/APP
NR/KC/
CuO/APP 70 10 — 5 — — 25
NR/KC/
Al 2O 3/APP 70 10 — — 5 — 25
NR/KC/ 70 10 — — — 5 25
MnO 2/APP
注：—代表未添加。

图 1 复合材料的 TG 和 DTG 曲线
2 结果与讨论 Fig. 1 TG and DTG curves of composites

2.2 复合材料的阻燃性能分析
2.1 复合材料的热稳定性能分析
表 2 为复合材料的 LOI 和 UL-94 等级的测试
为考察 KC/MO/APP 阻燃体系对天然橡胶热分解
结果。
行为的影响，在 N 2 下使用 TG 对 NR、NR/APP、NR/
KC/Fe 2O 3/APP、NR/KC/CuO/APP、NR/KC/Al 2O 3 /APP 表 2 复合材料的 LOI 和 UL-94 等级测试结果
Table 2 LOI and UL-94 test results of composites
及 NR/KC/MnO 2 /APP 进行了测试，结果见图 1。由
样品 LOI/% UL-94
图 1 可以看出，NR/APP 热失重分为两个阶段，与
NR 18.2 无等级
NR 相比，NR/APP 在 500 ℃左右开始二次失重， NR/APP 22.4 无等级
NR/ APP 在热失重为 50%时的温度（T 50% ）高于 NR， NR/KC/Fe 2O 3/APP 26.5 V-0
说明 APP 可以延缓复合材料的热分解速度，在 800 NR/KC/CuO/APP 27.2 V-0
℃时的残炭量（W 800 ）为 27.07%，这表明 NR/APP NR/KC/Al 2O 3/APP 26.8 V-0
NR/KC/MnO 2/APP 27.3 V-0
具有一定的成炭能力，但与 NR（25.94%）相差无

几，说明 APP 催化形成的炭层并不稳定，高温下会 由表 2 可以看出，NR 的 LOI 为 18.2%，UL-94
进一步分解。APP 的热分解分为两部分，260~500 ℃ 无燃烧等级，是易燃材料。NR/APP 复合材料 LOI
时 APP 受热分解出 NH 3 及生成多磷酸，并进一步失 为 22.4%，与天然橡胶相比，NR/APP 的 LOI 提高
H 2 O 生成偏磷酸、焦磷酸以及 P 2 O 5 交联产物，第二 23.1%，这是由于 APP 在高温下分解出 H 2 O 和 NH 3 ，
阶段 500~700 ℃对应偏磷酸和 P 2 O 5 的挥发 [18-19] 。 H 2 O 会吸收部分环境热量，同时 NH 3 稀释样品周围
因此，NR/APP 的 TG 曲线出现两个阶段。当在 APP O 2 的浓度，从而提高橡胶的阻燃性能 [20] 。但 NR/APP
的基础上加入 KC 和 MO 后，复合材料的 W 800 均为 无法通过 UL-94 测试，这表明 APP 对 NR 的阻燃效
34%左右，说明这 4 种 MO 对复合材料成炭能力相 果较差。而 NR/KC/Fe 2 O 3 /APP、NR/KC/CuO/APP、
类似，其中 NR/KC/CuO/APP 的热稳定性最佳，其 NR/KC/Al 2 O 3 /APP 及 NR/KC/MnO 2 /APP 复合材料的
W 800 为 34.85%，比 NR/APP 提高了 28.7%。另外， LOI 均有明显提高，分别为 26.5%、27.2%、26.8%、
NR/KC/MO/APP 在 500~600 ℃之间的热失重阶梯峰 27.3%。并且 UL-94 均达到 V-0 等级，阻燃性能明