[发明专利]一种防火耐高温有机硅橡胶料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种防火耐高温有机硅橡胶料及其制备方法。其特征在于：这种防火耐高温橡胶料由乙烯基有机硅橡胶、金属锡粉、硅灰石、白炭黑、羟基硅油和硫化剂制备而成。本发明通过添加包括金属锡粉、针状硅灰石、白炭黑在内的成瓷填料制备了防火耐高温橡胶料，为制备防火耐高温材料提供了新方法。本发明的防火耐高温橡胶料的制备方法：一、将硅橡胶、金属锡粉、针状硅灰石、白炭黑等成瓷填料及助剂在密炼机进行热炼混合；二、在开炼机上加入硫化剂，混匀出料。本发明优点在于：通过在有机硅橡胶内添加包括金属锡粉体在内的成瓷填料和硫化剂，制备的有机硅橡胶料不仅具有良好的阻燃性能，同时在高温条件下形成的陶瓷体更加致密，且制备过程简单、设备要求低，能够广泛应用于防火耐高温材料和领域。

技术领域

硅橡胶是一种具有有机特性和无机特性的高分子弹性体，其主链是重复的-Si-O-单元，与硅原子相连的侧基有甲基、乙烯基、苯基等有机基团，使硅橡胶成为一种典型的半有机半无机聚合物，具有许多优良的性能，如具有优良的耐高温低温性、电气绝缘性、耐候性、耐化学腐蚀性等。

背景技术

陶瓷化有机硅材料是一种新型的防火耐高温材料，它是以有机硅材料为基体，通过添加成瓷填料、助剂和其他功能填料所制得的。在室温状态下为柔性的普通橡胶状态，具有良好的拉伸性能，当处于高温条件下，将由橡胶状态转变为具有致密且坚硬的陶瓷体。陶瓷化有机硅材料的成瓷机理主要包括两个过程：a)在较低温度时，无机成瓷填料均匀分散在硅橡胶基体内部；b)当处于高温环境，伴随着有机硅分解成SiO₂，成瓷填料中的助熔剂开始融化，在填料边缘形成液相共熔体，使SiO₂与成瓷填料发生共晶反应，随着灼烧温度的上升和灼烧时间的延长，SiO₂颗粒与填料之间形成“桥接”，从而形成无机陶瓷体。

为了能够得到室温下力学性能优异且耐高温、阻燃、成瓷快、瓷体强度高的陶瓷化有机硅材料，国内外进行了大量的研究。例如李函坚等研究了白炭黑种类及其用量对硅橡胶瓷化形成的陶瓷体的三点弯曲强度、压缩强度、烧蚀质量损失率和烧蚀线性收缩率的影响，结果表明相比加入沉淀法白炭黑的硅橡胶，加入气相法白炭黑的硅橡胶形成的陶瓷体的三点弯曲强度和压缩强度更高，陶瓷体断面更致密，硅橡胶的瓷化效果更较好，当气相法白炭黑用量为40份时，陶瓷体的最大弯曲强度和最大压缩强度分别为14.1 MPa和6.0 Mpa；曾浩等以硅橡胶为基体，通过添加玻璃粉和阻燃剂制备了兼具阻燃和耐火性能的陶瓷化硅橡胶材料，研究了阻燃剂氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌对硅橡胶瓷化性能的影响，3种阻燃剂中硼酸锌的添加使硅橡胶具备了最佳的阻燃性，试样的极限氧指数达到48%，垂直燃烧等级达到FV-0，氢氧化镁的添加使硅橡胶的陶瓷化效果更加明显，瓷化物的密度、吸水率和弯曲强度可分别达到1.63344 g/cm³、9.86%和6.43 MPa；Lou等以硅橡胶为基体，以聚磷酸铵、碳酸钙、云母、玻璃粉为添加剂，制备了陶瓷阻燃硅橡胶复合材料，结果表明，陶瓷化硅橡胶的LOI值为31.2%，1000 ℃时形成的陶瓷残基的抗弯强度为19.7 MPa，随着烧结温度的升高，孔数减少，形成致密的结构，使成型陶瓷在高温下具有优异的力学性能；Hamdani等研究发现，填充硅灰石的硅橡胶在940 ℃下烧蚀所得陶瓷体表面只有少量裂纹，体积收缩率仅为7%，从扫描电镜照片上可观察到，含有硅灰石的烧蚀残留物表面存在一些较大的硅灰石颗粒，且硅灰石颗粒与残余的二氧化硅之间存在桥接现象，硅灰石促使硅橡胶在烧蚀过程中形成坚硬的炭层，提高了烧蚀残留物的强度；M. Imiela等探索了添加不同含量碳纤维的可陶瓷有机硅复合材料，研究了复合材料热处理过程中陶瓷结构的表征及其热性能。结果表明纤维填充复合材料的热稳定性和陶瓷体的抗压强度得到了提高，当填充5份碳纤维时，1000℃下陶瓷体的压缩力从46.7 N提升到了187.9 N；中国专利CN 109401634 A公开了一种能够具有阻燃抑烟的陶瓷化有机硅材料及其制备方法，拉伸强度4.0 Mpa，断裂伸长率313%，阻燃性能满足UL94V-0，得到的有机硅材料在900 ℃马弗炉中烧蚀1 h，得到阻燃抑烟的陶瓷体三点弯曲强度能达到9.9 MPa；中国专利CN 107760039 A公开了一种陶瓷阻燃防火硅橡胶及其制备方法，硅橡胶含有以下重量份的组分：100份生硅橡胶，10～50份白炭黑，10～100份氢氧化铝，10～50份低熔点玻璃粉，10～100份云母粉末，1～20份羟基硅油，1～20份六甲基二硅氮烷，0.1～3份铂化合物和0.1～5份硫化剂，所制得的陶瓷阻燃耐火硅橡胶，具有优异的阻燃性，可以达到UL94V-0级，拉伸强度4.2 MPa，断裂伸长率231%，在高温下（600～1200 ℃）燃烧不会产生熔融物、滴落物，燃烧后形成坚硬致密的陶瓷体，弯曲强度为5.3 MPa；中国专利CN 106009695 A公开了一种高强度陶瓷硅橡胶的制备方法，以绢云母粉末和玻璃粉作为填料，通过表面改性，提高无机填料在硅橡胶基体中的分散性，与橡胶基体共混后平板硫化热压成型，从而得到高强度陶瓷化硅橡胶的制备方法，改性玻璃粉的添加使瓷化物表面形成致密的玻璃相，瓷化物致密而又坚硬，又弥补了烧蚀后陶瓷层强度较低的缺陷。