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有机硅与无机填料的完美结合--一文带你了解陶瓷化硅橡胶

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发表时间:2018-12-11 09:11来源:凯时新材官方网站

陶瓷化硅橡胶是一种近年来快速发展起来的耐火线缆和耐火密封材料,其在室温下的性能与普通硅橡胶相同,但在火焰或高温条件下能快速陶瓷化,形成致密而坚硬的多孔性陶瓷材料,起阻燃、耐火的作用,是一种新型热防护复合材料。

陶瓷化硅橡胶的应用 电线电缆.jpg

陶瓷化硅橡胶的应用


作用机理及特点


1、作用机理


目前已研究过的可陶瓷化的聚合物有许多种,但最成功的还是陶瓷化硅橡胶。因为硅橡胶本身便拥有良好的热稳定性,且燃烧时Si-O结构会转变成连续、抗氧化、绝缘的网络状二氧化硅灰烬覆盖在表面,不仅能阻止进一步烧蚀,而这些二氧化硅粉末可以为后续的陶瓷化提供物质基础。


在燃烧时,陶瓷化防火硅橡胶中大量被添加进的成陶填料,会在高温火焰中形成坚硬的连续陶瓷层,提高材料的耐火程度。虽然陶瓷层的形成有多种可能的方式,但最主要的是通过低熔点无机填料形成液相将分布在基体内的无机填料粘结起来。


当添加硅酸盐类填料后,硅橡胶分解产生的二氧化硅会与硅酸盐填料发生反应,在填料的边缘形成“低共熔混合物”。此低共熔材料会在二氧化硅粒子和填料粒子之间起桥接作用,从而形成凝聚的陶瓷化产物。

陶瓷化硅橡胶.jpg

图1  燃烧时填料会与基体的热解产物二氧化硅产生共晶现象,形成一层坚硬的陶瓷层


2、特点

由于陶瓷化硅橡胶是半有机半无机材料,因此陶瓷化硅橡胶在常温下具有与普通聚合物相同的性能,但遭遇高温着火后形成的自支撑的陶瓷化产物又会有一定的强度,且能承受一定的冲击力,足以抵抗1000℃明火的烧蚀并保持制品的完整性。由于陶瓷化硅橡胶无须像阻燃硅橡胶那样添加大量的卤素阻燃剂,因此燃烧时更加环保,不产生有毒气体及烟雾。且随着烧结温度的升高,其体积电阻率也会跟着下降。


陶瓷化硅橡胶配方


1、生胶

主要使用甲基乙烯基硅橡胶(例如国产110-2硅橡胶),也可使用高温硫化乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡胶(例如国产110-4S硅橡胶)。这种硅橡胶可以用加成硫化体系硫化,硫化胶的撕裂强度高、压缩永久变形低,适用于耐火硅橡胶密封条。若需要耐烧蚀性更好的材料,可选用苯基硅橡胶,也可选用甲基苯基乙烯基硅橡胶(例如国产120-2苯基硅橡胶)。苯基硅橡胶的烧蚀率约为乙烯基硅橡胶的1/2,因价格高昂,仅用于特殊用途。


2、补强填料

陶瓷化硅橡胶的补强填料采用白炭黑,主要是气相法白炭黑,也用沉淀法白炭黑。经过表面处理的白炭黑可以有效改善硅橡胶硫化胶的强度,提高疏水性。


3、增量填料

增量填料对硅橡胶只起很弱的补强作用,一般与白炭黑并用,以调节硅橡胶硫化胶的硬度、改善胶料的工艺性能(如挤出性能)和降低成本。主要有硅微粉(例如FCJ系列)、硅藻土,氧化锌(例如FZ系列)、钛白粉、滑石粉和碳酸钙等。用硅烷偶联剂处理的硅微粉,不但提高了补强性,还能起烧结粘结剂的作用,对陶瓷化有贡献。


4、阻燃体系

FA-FM-FAM.jpg

凯时新材阻燃添加剂


陶瓷化硅橡胶常用的无卤阻燃剂有氢氧化铝(例如FA系列)氢氧化镁(例如FM系列)和铂阻燃剂。氢氧化铝和氢氧化镁在高温下释放水蒸气,生成氧化铝和氧化镁,水的蒸发潜热使燃烧温度降低,两者并用(例如FAM系列,氢氧化铝/氢氧化镁并用比为1/9~6/4)具有促进陶瓷化的特点,如表1所示。


表1  阻燃剂效果

陶瓷化硅橡胶配方.jpg


5、结构化控制剂

为抑制含气相法白炭黑补强的硅橡胶胶料的“结构化”,保证加工性能,需要添加结构化控制剂。一般使用羟基硅油(羟基质量分数为0.06~0.12)。


6、热稳定剂

热稳定剂一般采用氧化硒、氢氧化硒或辛酸硒,氧化铁或辛酸铁等。


7、硫化体系

甲基乙烯基硅橡胶和甲基苯基乙烯基硅橡胶均使用过氧化物硫化剂,品种视制品硫化工艺和设备的不同而选择。


8、陶瓷化体系

陶瓷化体系主要包括成瓷填料以及助熔剂。目前陶瓷化硅橡胶添加的成瓷填料一般是层状硅酸盐类矿物填料,呈晶体结构,具有高熔点(高耐火度)和高烧结度,且具有优良的电绝缘性能,代表性品种有:云母、硅灰石、高岭土等。助熔剂主要有玻璃添加剂、含硼化合物和氧化锌(例如FZ系列)


9、其他添加剂

根据需要,胶料中还可以添加着色剂、发泡剂等。


应用领域


1、防火电缆材料

陶瓷化硅橡胶最主要的应用是防火电缆材料。在应急电路系统中,电缆材料需要在火灾发生的情况下保证电路的正常运行。陶瓷化硅橡胶防火电缆与传统氧化镁矿物绝缘防火电缆和云母带绕包的耐火电缆相比,具有安全性好、施工方便、节约成本的优势。

有机硅橡胶-2.jpg


2、防火墙及其他

陶瓷化硅橡胶用作防火墙时能够在高温火焰下形成耐火陶瓷层,防止火焰穿透,在飞机中使用阻燃陶瓷化硅橡胶防火墙能防止火焰在机舱中的蔓延。除此之外,它还有其他十分广泛的应用,如防火门、防火板、建筑防火涂层、发泡防火高温处理材料、火箭发射平台高温隔火层等。


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