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  有機硅橡膠具有卓越的耐高溫與耐低溫性,優良的電絕緣性和化學穩定性,良好的耐老化性,突出的表面活性、憎水防潮和生理惰性等。同時有機硅橡膠燃燒時少煙無毒、燃燒熱值低、火焰傳播速度慢,適應于目前航空航天、電子電氣及輸電線路等方面對材料具有良好的阻燃防火性能的要求。本文就國外阻燃硅橡膠和防火硅橡膠的研究應用進行了闡述。

1、阻燃硅橡膠研究進展

  硅橡膠阻燃的常用方法是向高聚物中加入阻燃劑,以降低燃燒物表面溫度,稀釋可燃物分子濃度,切斷氧氣的供給,在硅橡膠燃燒表面形成阻隔層,阻止熱能向硅橡膠縱深傳遞,抑制溫度升高來達到阻燃的目的。阻燃劑按使用方法,可分為反應型和添加型兩大類。采用添加型阻燃劑工藝簡單,效果顯著,在阻燃有機硅材料中應用廣泛。國外已經做了很多相關研究。

  道康寧公司的KierstenShephard研發了一種厚0.2～0.6mm的電纜,其中包括30%～90%乙烯基封端硅橡膠,以及部分白碳黑、硅灰石、硅藻土等。在錐形量熱儀中,當測試熱流量為50kW/m2時,HRR峰值小于100kW/m2,并可通過UL910阻燃測試。日本的Sawada開發出阻燃防火硅橡膠電纜。厚0.1～1.0mm,相對100份硅橡膠分別添加了50～125份的玻璃粉、氧化鋁、硅灰石和云母粉。產品通過了FSFRTA測試,測試環境為840℃火焰灼燒30min。Sweet等報道在樹脂增強的加成型室溫硫化硅橡膠中加入115%～35%的中空陶瓷微球,8%～30%的石英粉和氧化鎂,同時還添加短碳纖維、玻璃纖維。所制試片在700℃火焰下灼燒15min,只有很少的煙產生。Hitchcock研制成功阻燃有機硅泡沫橡膠,主要添加了30%～40%的硅酸鋁陶瓷纖維。道康寧公司的Schroeder等開發了一種水基有機硅阻燃涂料,其中含有氫氧化鋁、氣相TiO2、硼酸鋅、氧化鎂或1種陶瓷填料,主要用來密封建筑的縫隙,降低煙霧的蔓延。JohnDietlein發明的水基有機硅涂料,含有5～15份膨脹蛭石,0.2～6份陶瓷纖維和芳綸纖維及其他無機填料。在650℃火焰下灼燒15min以上,形成的碳層厚度小于5mm,體積收縮率小于1%。

  添加一定量的鉑可使硅橡膠具有優良的阻燃滅焰性,其阻燃機理是通過鉑的催化作用,在高溫下使側鏈有機基團發生氧化交聯反應,形成堅硬的阻隔層,隔絕空氣而使火焰熄滅。有研究指出,基礎膠中鉑含量在3～300ppm(×10-6)均可達到阻燃效果。但鉑含量太高會增加產品成本,超過200ppm,則逐漸上升的自熄性又將開始下降。另有研究發現在硅橡膠體系中將鉑與其它化合物并用,可以大大改善硅橡膠的阻燃性,單獨使用鉑,則只能產生很小甚至沒有阻燃作用。

  GE公司Bobear研發的阻燃防火硅橡膠,其中添加了3～250ppm的鉑、1～20份的氫氧化鋁、0.001～2.0份的氧化鎂,816～1093℃的火焰下灼燒60s,火焰移走后,可立即自熄而不繼續燃燒。Louis[11]在1000～6000MPa·s的液體硅橡膠中加入0.2～250ppm的鉑化合物、1～20份炭黑、80～110份Al(OH)3。在UL-94垂直燃燒中可達到V-0級,在空氣中無法點燃試樣。

  MitsnoHamada在硅橡膠中添加了鉑化合物和1種三唑化合物,制成透明的阻燃硅橡膠。并指出如果不要求透明性,則可添加二氧化鈦以進一步提高硅橡膠的阻燃性。而Elliot使用Al(OH)3和氯鉑酸復配制備出阻燃硅橡膠。

  有研究表明氧化鐵和其它某些阻燃劑復配可提高硅橡膠的阻燃性。AkitoNakamura[14]將1～20份γ2Fe2O3和(FeO)x(Fe2O3)y(x/y在0105/1～110/1),100～200份粒徑在50μm以內的Al(OH)3復配,使之具有了優異的自熄性。另外還有專利[15]將鉑化合物和(FeO)x(Fe2O3)y(x/y在0.05/1～1.0/１)復配，以及〔16〕將鉑化合物和γ2Fe2O3復配均大大提高了產品的阻燃性。

防火硅橡膠研究進展

  除阻燃要求外,一些可能要經受極端高溫的地方,需要有防火墻的設計,對材料也提出了更高的防火性能的要求。防火,即要求材料能在極高溫的火焰下形成陶瓷化的阻隔層,以保護背面部件不受強熱量而損壞,其研制可以從阻燃硅橡膠的研究中得到一些借鑒。國外相關研究報道也較多。

  美國GE公司研制的RTV2757觸變型硅橡膠泡沫層,具有良好的耐熱和隔熱性能。在紙板上涂一薄層后,置于2780℃火焰下60s,背面溫度僅由22℃升到29℃,被保護的鮮花不枯萎。道康寧公司的JackHarper[18]在泡沫硅橡膠中加入2.5%的玻璃纖維,2.5%的珍珠巖中空微球,制成1.71cm厚的試片在1730～1930℃的火焰下200min后仍未燒穿。法國的BernardLaisney在發泡硅橡膠里加入了石英粉和碳黑,制成的試件在1000℃以上灼燒3h,仍有20%～40%的部分完好,且形成相對堅硬的碳層。

  道康寧的Ramsever研制了1種耐燒蝕有機硅橡膠涂層,涂在航天飛行器表面,使其不至于在1648℃以上的極端高溫下被損壞。涂料以室溫硫化硅橡膠為基體,其中70%為二甲基硅橡膠,30%為苯基硅橡膠,10份SiC,100份二氧化硅,8份碳纖維,另外添加一些氧化鐵之類。

  HerbertKurz研發的有機硅防火涂層,其中添加的無機填料有75%以上在1200℃時仍具有熱穩定性,如硅藻土、石英粉、云母、高嶺土、滑石粉和珍珠巖等,另含1%的碳化硼將其涂在金屬表面,在高溫火焰下灼燒60min,金屬背面溫度只有340℃左右,而沒有涂硅橡膠隔熱層的金屬背面溫度達到了925℃。

　　FarooqAhmed[22]以單組分縮合型硅橡膠為基體研制的隔熱涂層,主要添加了8%～20%的三聚氰胺作為阻燃劑,并含有0～30%的無機非補強填料,涂層6mm厚,火焰溫度為1200℃,4h后,其背面溫度不超過220℃;當涂層20mm厚時背面溫度不超過200℃。

道康寧公司的Khristopher[23],以液體硅橡膠為基體,其中添加了7%～20%的硅灰石和10%～60%的補強填料,包括斥水性白炭黑和MQ硅樹脂,制成厚0.635cm的試片在本

生燈1093℃的火焰下灼燒15min,背面沒有燒穿或燃燒。而他[24]研制的另1種防火密封劑,其中添加了補強填料,氫氧化鋁,并添加了20%以上的玻璃料,其中含有至少40%的CaO,20%的B2O3及至少20%的SiO2,其阻燃防火性能明顯提高。

  美國TA公司的FASTBLOCKTM301防火隔熱材料是1種雙組分有機硅橡膠膠粘/密封劑。2種組分配合質量比為18∶1,制得的硫化膠密度小于0.85g/cm3。當厚6mm的試片在1093℃的火焰下灼燒15min,背面溫度不超過300℃,可以被用作防火隔熱彈性涂層。

  3M公司Daroga研發的一種防火墻涂層是在硅橡膠中加入了1%～10%的輕質耐熱纖維,和20%～45%的中空玻璃微球,并保證體系中不含有在350℃下會蒸發的成分,是一種輕質非膨脹型的防火隔層,可以用在飛機的油箱,發動機,乘客艙和貨艙。制成1245μm厚的試片在1370℃左右的火焰下灼燒,沒有燒穿,且30min后,背面溫度保持在440℃左右。

  JohnMeaney設計了一種用于飛機發動機的輕質防火層。先在金屬部件表面涂一層有機硅密封劑,在未硫化時,在其上面鋪上陶瓷纖維織物,然后再涂第二層有機硅密封劑。有機硅密封劑使用了DowCorning902006空間密封劑,陶瓷纖維布則推薦了3M公司Nextel312系列的產品。這種熱防護層通過了FAR25防火測試標準,即1093℃火焰下15min不燒穿,且具有輕質,耐溶劑,耐油及抗水沖刷和抗振動的優點。

　　DetrichWolfer[28]采用硅橡膠制成的電纜在高溫火焰下可以形成陶瓷狀硬殼并能承受很高的電壓。其中填充了粒徑大于10μm的Al2O3,乙烯基鉑硅油及聚丙烯腈小球。電纜在420℃下引燃,燃燒后形成了堅固多孔狀的陶瓷層,在1100℃火焰下2h后,仍可持續傳導1000伏電壓而沒有短路。

 綜上所述,通過添加特殊的填料使得硅橡膠在高溫火焰下可以形成堅硬的隔層來達到阻燃防火的目的,已成為研究的主要方向。國外在阻燃防火硅橡膠的研究領域,已做了大量深入的工作,開發出了種類繁多,性能優異的產品。

來源：宏泰基阻燃材料，宏泰基阻燃劑。轉載請注明出處。

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