论文总字数：15374字

摘 要

具有自支撑性能的可瓷化硅橡胶复合材料是一种新型的耐火材料，通过在不同温度下煅烧不同比例的硅橡胶（SiR）/三聚磷酸钠（STPP）复合材料来获得瓷化物，并测量瓷化物的弯曲角度以衡量它的自支撑性能，研究STPP和烧蚀温度对自支撑性能的影响。实验结果表明，弯曲角度随着三聚磷酸钠的加入而降低，说明STPP的加入可以提升材料的自支撑性能。但是，同一温度下STPP的逐渐加入会导致弯曲强度逐渐下降。X射线衍射（XRD）分析表明，由于STPP的加入，改变了陶瓷残余物的相组成，高温下有磷酸钠晶体的生成，同时促进了方石英相的析出。因此，在高温下形成的结晶相对提高可瓷化硅橡胶的自支撑性能起到很重要的作用。

关键字：可瓷化；硅橡胶；自支撑；三聚磷酸钠

Study for Preparation and Properties of Ceramifiable Silicone Rubber with Self - supporting Properties

Abstract

Self-supporting properties of ceramifiable silicone rubber composite material is a new type of refractory material. Ceramics were obtained by calcining different proportions of silicone rubber (SiR) / sodium tripolyphosphate (STPP) composites at different temperatures. And the bending angle of the ceramics was measureed to evaluate its self-supporting performance to study the effect of STPP and firing temperature on self-supporting properties. The experimental results demonstrate that the bending angle decreases with the addition of sodium tripolyphosphate, indicating that the addition of STPP can improve the self - supporting properties of the material. However, the gradual addition of STPP at the same temperature results in a gradual decrease in bending strength. X - ray diffraction (XRD) analysis showed that the addition of STPP promoted the precipitation of quartz phase, and the glass phase was transformed into crystal phase to form sodium phosphate crystals. Therefore, the formation of crystals at high temperatures relative to improve the self-supporting properties of porcelain can be played a very important role.

Key words: Ceramifying；Silicone rubber；Self-supporting；STPP

目 录

具有自支撑性能的可瓷化硅橡胶的制备与性能研究 I

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 可瓷化硅橡胶的特性 1

1.3 具有自支撑性能可瓷化硅橡胶的研究进展 2

1.4 本课题探究的内容和价值 3

1.5 本课题创新之处 4

第二章 实验部分 5

2.1 实验原料与仪器设备 5

2.2 样品的制备 5

2.2.1 配制实验样品 6

2.2.2 混炼 6

2.2.3 压片 6

2.3 工艺流程 6

2.4 性能测试 7

2.4.1 拉伸性能测试 7

2.4.2 体积与表面电阻系数测定 8

2.4.3 硫化性能测试 9

2.4.4 极限氧指数测试 9

2.4.5 弯曲角度的测试 10

2.4.6 体积密度和气孔率测试 10

2.4.7 弯曲强度测试 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 可瓷化硅橡胶的力学性能 12

3.2 可瓷化硅橡胶的电性能 13

3.3 可瓷化硅橡胶的阻燃性能 13

3.4 可瓷化硅橡胶的瓷化物性能 14

3.4.1 自支撑性能 14

3.4.2 瓷化物性能 14

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 绪论

1.1 引言

随着经济发展和城市人口的不断增加，工厂、车站、医院和地铁等人口密集的公共场所越来越多，防火安全问题也得到越来越多的重视^[1]。现有的传统耐火 材料在生产、安装、使用和成本等许多方面存在缺陷，所以人们一直想开发一种 生产高效、安装方便、成本低廉的新型材料。由于可瓷化聚合物复合材料在常温下具有聚合物基质材料的特性，并且在高温烧蚀下变为致密的陶瓷状结构。瓷化物具备一定的强度和防火性能，因此已经成为用于钢结构，防火电缆和密封胶等防火领域的最佳选择^[2]。

1.2 可瓷化硅橡胶的特性

可瓷化硅橡胶复合材料，是利用硅基材料不易燃烧且燃烧缓慢、没有熔滴并且燃烧时无有毒气体释放的特性^[3-4]，以硅橡胶为基体，加入适当的无机填料以及其它助剂，使之在高温下形成类似于网状的陶瓷化结构来提升瓷化物强度^[5]。

聚硅氧烷主链结构单元为 Si—O， Si—O 键的化学键能很大，赋予硅橡胶很好的耐热性，在防火材料、航空航天等领域都有大范围的使用。而且Si—O键不易反应呈惰性，因此材料具有耐化学性、耐老化、电绝缘性等多些优异性能。其他有机基团（主要为甲基）通过支链与主链上的硅原子连接，因此硅橡胶是兼具有机基团和有机结构的高分子材料，可以相互交联成橡胶状弹性体。同时硅橡胶在高温烧蚀过程中少烟且产生的气体也是没有毒性的，生成的气体和烟尘的主要成分为CO₂和水蒸气，有机硅聚合物燃烧反应方程式如下：

普通高分子材料经过高温燃烧，会有熔融滴落现象且大部分最终都变为灰烬，不能起到防火效果。而可瓷化硅橡胶耐火材料用聚有机硅氧烷为基体，同时加入无机填充物。在高温烧蚀时，有机硅中的硅氧基团转变为SiO₂。且SiO₂呈现连续的、抗氧化的、电阻率高的网络状结构，因此大幅度提高材料的极限氧指数和抗氧化能力^[6]。同时Si—O主链与无机填料形成交联网状的构造，从而使硅橡胶瓷化成致密的瓷化物。这种陶瓷化物具有耐高温的性质，可抵挡大约1200℃以上的烧蚀，可以阻碍火焰的进一步蔓延；而且生成的瓷化物具有一定的机械强度，从而保护内部材料不受大火破坏^[7]。

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