摘 要

为了降低日常生活中由于火灾而造成的人生以及财产危害，防火阻燃材料成为其中的关键问题。可瓷化聚合物基复合材料在热解过程中，可以形成致密的陶瓷结构，能够有效隔绝O₂的传播和热量的传递，降低材料内部的实际承受温度，起到很好的防火阻燃效果，常作为电线电缆的热防护层，有广阔的应用前景。本论文以甲基乙烯基硅橡胶（VMQ）作为基体，通过添加白云母作为成瓷填料，制备了耐高温性能良好的可瓷化硅橡胶复合材料。

首先，选择玻璃料作为助溶剂，通过物理共混的方法，制备了云母/硅橡胶可瓷化复合材料。研究了复合材料的力学性能，宏观和微观形貌，热分解性能及陶瓷化机理。研究发现：云母/硅橡胶复合材料在磷酸铝添加量为30phr时，硫化程度最高。云母/硅橡胶复合材料常温的拉伸强度在0phr时达到最大值3.73MPa，在40phr时达到最小值0.83MPa；复合材料在400℃热解后冷却至室温的弯曲强度在磷酸铝添加量为20phr时达到最大值0.84MPa；SEM 显示，硅橡胶复合材料在400℃下无法形成液桥结构和连续致密的陶瓷结构；TG 分析了复合材料的热解性能，结果显示磷酸铝的加入可以延缓硅橡胶的分解，增加其热稳定性；XRD 显示，并没有生成新的物相。

关键词：硅橡胶，磷酸铝，可瓷化复合材料,硫化性能

Abstract

In order to reduce the daily life of the fire caused by the life and property hazards, fire retardant materials become one of the key issues.Porcelain based polymer matrix composites in the pyrolysis process can form a dense ceramic structure, can effectively cut off the transmission of O₂ and heat transfer, reduce the actual internal temperature of the material, play a very good fire retardant effect, often as a wire and cable thermal protection layer, a broad application prospects . In this paper, methyl vinyl silicone rubber (VMQ) as a matrix, by adding muscovite as a porcelain filler, prepared a high temperature performance of porcelain can be ceramic composite material.

First, the choice of glass frit as a cosolvent, through the physical blending method, prepared mica / silicone rubber porcelain composite material.The mechanical properties, macroscopic and microscopic morphology, thermal decomposition properties and ceramicization mechanism of the composites were studied.It was found that the mica / silicone rubber composites had the highest degree of vulcanization when the amount of aluminum phosphate was 30phr.The tensile strength of the mica / silicone rubber composite material reached the maximum value of 3.73MPa at 0phr, the minimum value was 0.83MPa at 40phr.the flexural strength of the composite material after cooling at 400℃ was increased in the amount of aluminum phosphate For a maximum of 0.84 MPa at 20phr.SEM shows that silicone rubber composites can not form liquid bridge structure and continuous dense ceramic structure at 400 ℃.TG was used to analyze the pyrolysis properties of the composites. The results showed that the addition of aluminum phosphate could retard the decomposition of silicone rubber and increase its thermal stability.XRD shows that there is no production of new phases.

Key Word: silicone rubber,, aluminum phosphate, Ceramic composites, vulcanization performance

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1硅橡胶的简介 1

1.2 硅橡胶的种类 1

1.3可瓷化硅橡胶复合材料 2

1.3.1可瓷化机理 2

1.3.2陶瓷化体系 3

1.3.3可陶瓷化复合材料国内外研究进展 5

1.4橡胶硫化特性 6

1.4.1硫化 6

1.4.2硫化曲线 6

1.5课题研究的目的与意义 6

1.5.1课题研究的应用及意义 6

1.5.2课题研究内容 7

第2章 实验部分 8

2.1实验仪器及设备 8

2.2实验原料 8

2.3陶瓷化复合材料的制备过程 8

2.4测试与表征 9

2.4.1 硫化性能表征 9

2.4.2拉伸性能测试 9

2.4.3弯曲强度测试 10

2.4.4 电子扫描电镜分析 10

2.4.5 X射线衍射分析 10

2.4.6热失重分析 10

2.5结果讨论 10

2.5.1硅橡胶复合材料的硫化性能 10

2.5.2 硅橡胶复合材料的拉伸性能 13

2.5.3硅橡胶复合材料热解产物的弯曲强度 13

2.5.4硅橡胶复合材料热解后的宏观形貌 14

2.5.5热解后试样断面的微观形貌分析 14

2.5.6云母/硅橡胶复合材料热解产物的XRD 谱图分析 16

2.5.7磷酸铝对云母/硅橡胶复合材料耐热性能的影响 17

第3章 结论 19

参考文献 20

致谢 22

第1章 绪论

1.1硅橡胶的简介

硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总量的90%以上。在自然界中，硅只有化合态，无游离态，在地壳中含量排第二位。单质硅是灰黑色，硬而脆，有金属光泽的固体，熔点、沸点高，硬度大，是良好的半导体材料。合成无机硅化合物有水泥、玻璃和陶瓷等。不同于无机硅化合物，有机硅高分子则是一类合成高分子。这类有机硅化合物的主链为重复的Si-O键，或是并不完全或完全不以重复的Si-O键，而是引入杂原子或其他结构单元。广泛应用于电子、电气工业，密封圈、泳帽等生活用品，建筑，医药医疗，交通航天航空等领域，是人们日常生活中的必需品^[1-2]。

硅橡胶是一种具有无机和有机特性相结合的主链上不含有碳原子的高分子弹性体，其主链结构是硅氧原子交替排列组成（Si-O-Si）的，侧链是一些具有不同功能的有机基团。甲基的引入可以提高硅橡胶的弹性，耐性惰性，绝缘性，热稳定性。作为端基时还能促进发生解扣式降解。乙烯基为不饱和基团，含有乙烯基结构的有机硅橡胶具有优良的耐热耐老化性以及耐臭氧和紫外线的破坏。除此之外，引入苯基也能提高硅橡胶的耐热性和瞬时耐热性，使得硅橡胶能在很高的温度下还能长期工作^[3]。硅橡胶中分子链都处在较高的氧化状态,另外它的化学键也拥有较高的键能，硅橡胶的稳定性得到很好地改善，比如耐高温性、耐氧化性等等。另外硅橡胶分子链结构拥有优异的柔韧性，并且其相互间作用力较弱，因此硫化后的硅橡胶同时具有柔软和富有高弹性的双重特性。这些优良的性能使得其硅橡胶有良好的使用与发展潜力，是其他高分子材料所不及的，所以当今人们对它的研究也是最为着重的。

甲基乙烯基硅橡胶在日常生产中或是在实验室中都是较为常用的一种硅橡胶，占据主导。乙烯基为不饱和基团,含有乙烯基结构的有机硅橡胶具有优良的耐热耐老化性以及耐臭氧和紫外线的破坏。同时乙烯基的引入还大大提高了其机械性能和加工性能。对比与二甲基硅橡胶，它能有很大的温度使用范围，并且能保持弹性。它硫化活性高，永久压缩变形性较小，内层不易起泡。又有很好的耐性，像是耐老化，耐臭氧，耐紫外线等等^[4]。