陶瓷化硅橡膠復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、為了降低日常生活中由于火災(zāi)而造成的人身以及財產(chǎn)危害，防火阻燃材料成為其中的關(guān)鍵問題。以前添加含鹵阻燃劑，如十溴二苯醚，盡管阻燃效果優(yōu)異，但是燃燒過程中釋放了大量有毒有害的煙霧，被國內(nèi)環(huán)保法禁用。目前主要采用無鹵、低煙橡膠制品，例如硅橡膠乙丙橡膠、乙烯乙酸乙烯酯橡膠等，盡管有一定的幫助，但是長期使用時殘余物沒有足夠的強度維持其結(jié)構(gòu)的完整性，可能導(dǎo)致二次危害發(fā)生，限制了其更廣泛的應(yīng)用。可陶瓷化硅橡膠復(fù)合材料作為一種防火阻燃材料，在高溫環(huán)境下

2、已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用，有望在防火阻燃領(lǐng)域也有一定的使用價值。本論文以甲基乙烯基硅橡膠（VMQ）為基體，通過添加高嶺土作為成瓷填料，制備了可以在高溫環(huán)境下發(fā)生陶瓷化反應(yīng)，生成具有自支撐結(jié)構(gòu)的陶瓷體。
　　本論文使用高嶺土作為成瓷填料添加至硅橡膠基體中制備陶瓷化硅橡膠復(fù)合材料。TG-DSC測試顯示，添加高嶺土填料能夠明顯提高材料的熱穩(wěn)定性能，當(dāng)高嶺土的添加量為40wt％時，殘留率為50.23%，而純硅橡膠的殘留率為37.33%。另外添

3、加低熔點玻璃粉作為助溶劑，可以明顯降低材料的T5以及Tmax，起始分解溫度從417℃降至387℃，峰值分解溫度也有50~70℃范圍內(nèi)的變化，最多時從512.4℃降至446.9℃。微觀結(jié)構(gòu)SEM結(jié)果顯示，Kaolin/frits/VMQ大約從800℃左右發(fā)生有機-無機的陶瓷化轉(zhuǎn)變，表面完整，沒有明顯裂紋或者空洞現(xiàn)象產(chǎn)生。掃面電鏡分析在軟化溫度范圍內(nèi)，基體中會出現(xiàn)大量連續(xù)均勻的熔融狀小球，EDS顯示這些小球正是添加的玻璃粉助劑，它們此時可以

4、很好的將基體與高嶺土填料粘接起來。分析陶瓷化過程，發(fā)現(xiàn)CaO與基體的降解產(chǎn)物SiO2大約在600~800℃形成硅鈣石wollastonite以及斜硅鈣石larnite，其中在703℃時吸熱轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X土，隨后再一次受熱轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?，并且最后?2000C時出現(xiàn)了CaAl2O4的衍射峰。
　　添加硼酸鋅作為另一種助溶劑，制備陶瓷化硅橡膠復(fù)合材料。TG-DSC分析發(fā)現(xiàn)此時的殘留率有較大變化，添加量為15wt%時，殘留率為57.63%，

5、高于Kaolin/frits/VMQ，而 T5以及 Tmax則略有降低，沒有添加玻璃粉時明顯。SEM掃描圖像顯示，大約從600℃開始，材料內(nèi)部就會變致密均勻的網(wǎng)格狀，溫度越高，網(wǎng)格中空洞越小，在800℃時有十分明顯的致密化變化，而當(dāng)煅燒溫度達(dá)到1000℃時，基體材料中會出現(xiàn)新的熔融液相，從EDS能譜分析發(fā)現(xiàn)此為“低共熔混合物”（eutectic mixture）能夠?qū)⒒w材料中的二氧化硅與高嶺土成瓷填料很好的粘接起來，起到“橋連”的作用

6、，于是可以在著火點以下發(fā)生固化，待冷卻之后即可形成陶瓷結(jié)構(gòu)，所以在此溫度下煅燒獲得的陶瓷體強度最高，結(jié)構(gòu)最完整，表面裂紋也是最少的。
　　添加高硅氧玻璃纖維作為增強材料可以有效改善陶瓷化硅橡膠的熱力學(xué)性能。以玻璃粉為助溶劑時，殘留率從54.00%提升至63.00%，另一組添加硼酸鋅的硅橡膠復(fù)合材料也從57.63%提高到65.12%。同時兩者的彎曲性能在600℃之后有明顯的提高，在1000℃時達(dá)到最大值分別為1.89MPa，2.01