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陶瓷化硅橡胶阻燃体系的应用与进展

来源:江西奥特     发布日期:2019-04-15   |    加入收藏

传统的阻燃橡胶因其在橡胶基体材料中添加含有氯、溴等卤素的阻燃剂,虽然具有良好的阻燃效果,但在燃烧过程中会释放大量COSO2H2S有毒气体,同时产生大量黑烟,在发生火灾时会对人体的健康造成重大威胁,且严重污染环境。随着环保意识和环保要求的不断提高,卤系阻燃剂在火灾中的毒性和环境污染弊端被广泛关注。此外,传统的橡胶材料在燃烧过程中,机械性能会迅速下降,因此极易产生结构坍塌从而对人身安全产生重大威胁,因此,开发无卤、低毒、高效的环境友好型阻燃硅橡胶材料具有重要的理论和实践意义。

硅橡胶在燃烧过程中,燃烧产物质地松散,不能形成有效的隔绝层,限制了自身的应用,硅橡胶一般采用以下几种方式以提高自身的阻燃性能:1)在橡胶基体中加入阻燃剂,包括以下三种:固相阻燃体系、气相阻燃体系和协同阻燃体系,协同阻燃体系将多种阻燃剂组合使用,阻燃效果优于单一组分的阻燃效果之和,因此成为了当前的研究重点;(2)通过在体系中加入成炭剂及催化剂组分,使材料在高热下迅速成碳,达到阻燃目的;(3)将硅橡胶与其它高聚物共混,制备共混改性聚合物,提高阻燃性能的同时获得更好的机械性能;(4)在硅橡胶中加入纳米无机物,增强阻燃效果。

陶瓷化硅橡胶阻燃机理

硅橡胶在燃烧时会分解生成二氧化硅,通过二氧化硅与基体中的成瓷填料发生共晶化反应,形成一种熔融状态的共熔体,包裹在填料颗粒的外表面处。在高温下,随着时间的延长,共熔体向周围不断扩散,填料颗粒之间被共熔体不断填最终在基体表面形成一层致密的陶瓷状甲壳,可以起到隔绝氧气和热量的作用,阻止基体进一步燃烧,且由于陶瓷层具有较高的机械强度,能够承受外界冲击和震动。在发生火灾时保证结构的稳定,为人员逃生争取更多时间。

 

云母 

制备硅橡胶/云母复合材料,并通过研究材料在不同温度下的热裂解行为,得到了云母填充硅橡胶的成瓷温度,其中在较低温度下,燃烧后的残余产物弯曲强度较低;而随着燃烧温度的提高,当温度达到1000℃时,可以形成致密的陶瓷层,燃烧残余产物的弯曲强度可达3.2MPa600℃下高了10可起到良好的隔热作用

将云母、玻璃粉、氧化铁等一种或几种进行复配通过填料之间的协同作用在一定比例下,燃烧形成的陶瓷层硬度、阻燃性、成瓷温度等性能均得到了一定程度的提升,从而提高材料的阻燃效果。

硅灰石是一种偏硅酸钙矿物填料,硅灰石是用于陶瓷化硅橡胶的常用填料,目前已投入应用。

在硅橡胶中加入不同含量的硅灰石制备得到硅橡胶复合材料,将材料样品进行灼烧过后发现当硅灰质量分数达到一定数量时,燃烧后的烧结产物表面形成完整紧实的陶瓷化层;经过对填料组分和含量进行优化,在基体中加入炭黑和硅灰石料烧结物形成的陶瓷体强度最高且几乎没有发生尺寸变化,材料的热失重仅为8%。

硅藻土、碳酸钙、玻璃粉、硼酸锌、高岭土等也可作为陶瓷化硅橡胶的填料。在国内外的研究中经常通过添加其中一种或几种,以增强硅橡胶的阻燃性和燃烧后强度。

向硅橡胶中添加玻璃粉制备陶瓷化硅橡胶,研究发现材料的成瓷温度随着玻璃粉用量的增加有所降低,当玻璃粉用量为40%时,材料的成瓷温度为750℃,当玻璃粉用量为50%时,材料的成瓷温度为600℃,并具备良好的抗热冲击性。

陶瓷化硅橡胶作为一种新型阻燃材料,在常温下具备良好的机械性能,通过高温燃烧可形成致密陶瓷层,能够有效隔绝火焰,机械强度高,能够抵抗外界冲击和震动,在阻燃领域前景广阔。

 
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