论文总字数：18208字

摘 要

可瓷化硅橡胶复合材料是一种新型的耐火阻燃材料，可应用于各式各样的防火环境下，例如电线电缆等领域。这类材料因具有优异的耐火性能和耐高温性能而被广泛应用。在可瓷化聚合物复合材料的研究取得丰硕成果的同时，其工业应用也在逐步扩展。本文以硅橡胶为基体，以聚磷酸铵和滑石粉作为填料，经过混炼以及压片得到试样，并测量其燃烧性能（热释放速率、总热释放量、抑烟性能、质量损失曲线和极限氧指数等）、瓷化性能（气孔率、烧失率和吸水率）、力学性能（拉伸强度、断裂伸长率）和电绝缘性能。在分析其燃烧机理和阻燃机理及聚磷酸铵阻燃剂在其中的作用后，对上述性能提供相应的理论支持与解释。

关键字：聚磷酸铵 可瓷化 硅橡胶 复合材料 阻燃性能

Application study of ammonium polyphosphate in ceramifiable silicone rubber

Abstract

The silicone rubber composite material which can be ceramized is a new kind of fire-resistant and flame-retardant material, which can be used in a variety of fire protection environments, such as wire and cable fields. Such materials are widel-ranging used due to their high fire resistance and high temperature resistance. While the research on porcelainizable polymer composites has achieved fruitful results, its industrial applications are gradually expanding. In this paper, silicone rubber is used as the matrix, ammonium polyphosphate and talc powder are used as fillers. Samples are obtained after mixing and tableting, and their combustion properties (heat release rate, total heat release, Smoke suppression performance, Mass loss curve and limiting oxygen index) are measured. ceramifiable performance (porosity, burn loss rate and water absorption rate), mechanical properties (tensile strength, elongation at break) and electrical insulation performance. After analyzing its combustion mechanism and flame retardant mechanism and the role of ammonium polyphosphate flame retardant in it, it provides corresponding theoretical support and explanation for the above properties.

Keywords: Ammonium polyphosphate; Porcelainizable; Silicone Rubber; Composite material; Flame retardant performance

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 可瓷化硅橡胶耐火材料的产生背景和研究进展 1

1.2.1 可瓷化硅橡胶 1

1.2.2 成瓷填料 2

1.2.3 聚磷酸铵阻燃剂 4

1.3 硅橡胶的燃烧机理 4

1.4 聚磷酸铵（APP）的阻燃机理 5

1.4.1 隔绝作用 5

1.4.2 抑制燃烧链反应 5

1.4.3 稀释作用 5

1.5 本课题的研究内容和研究意义 6

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料与仪器设备 7

2.2 样品制备 8

2.2.1 配料 8

2.2.2 混料 8

2.2.3 压片 8

2.3 工艺流程 9

2.4 性能测试 9

2.4.1 扫描电子显微镜分析 9

2.4.2 傅里叶红外光谱分析仪分析 10

2.4.3 X射线衍射分析仪分析 10

2.4.4 燃烧性能测试 11

2.4.5 力学性能测试 12

2.4.6 瓷化性能测试 12

第三章 结果与讨论 14

3.1 自支撑性能与表面形貌 15

3.2 机械性能 15

3.3 扫描电子显微镜分析 16

3.4 可瓷化硅橡胶复合材料的易燃性 16

3.5 可瓷化硅橡胶复合材料在高温下的陶瓷化工艺 19

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

致谢 25

第一章 绪论

1.1 引言

近年来，人们的生活水平不断提高，城市所聚集的人口不断增加，人口密集的公共场所不断增加，一些安全性的问题愈来愈得到重视，防火问题则是其中关键性问题之一，因此耐火阻燃材料在众多领域中起着愈来愈关键的作用^[1]。由于现有的传统阻燃材料有着成本高昂、生产效率低下等缺点，因此对于可瓷化硅橡胶的研究需要进行起来。可瓷化硅橡胶复合材料在常温下性能与其他复合材料一样，而且在高温下可以生成陶瓷结构并且具备一定的防火性能和强度可抵御一定的外力侵蚀^[2]。因此，可瓷化硅橡胶的研究受到许多专家的重视。

目前，国内仍然使用着大量的含卤耐火材料作为防火材料，其在高温下会释放出大量烟雾以及有害有毒气体，对周围的环境造成巨大损伤，有可能也会对火灾现场的人们造成不可复原的伤害。在当前的环境下，无卤阻燃剂聚磷酸铵阻燃剂收到了极大的重视。

1.2 可瓷化硅橡胶耐火材料的产生背景和研究进展

1.2.1 可瓷化硅橡胶

可瓷化的硅橡胶复合材料由硅基材料制成，该材料不易燃烧且燃烧缓慢，燃烧时不会产生熔滴，也不会释放有毒气体^[3-4]。硅橡胶用作基质，并添加适当的无机填料和其他添加剂使其成为高温状态，形成陶瓷状结构以提高瓷化物强度。可瓷化聚合物复合材料是阻燃防火领域的一项重要的材料，其加工工艺基本也与其他高分子材料相同，也基本均可使用相同的设备^[5-6]。

制备方法是以聚合物为基体，添加特定的成瓷填料，并通过物理掺合和热压成型制备可瓷化的聚合物复合材料。而可瓷化硅橡胶复合耐火材料用有机硅为基体加入无机填充物，处于高温烧蚀的情况下，有机硅中的硅氧基团会初步转变为可抗氧化以及可绝缘的SiO₂结构，这样可以显著提高材料的氧指数以及抗氧化性能^[7]。这样的材料由于其优异的耐火性和耐高温性而被广泛使用。在可瓷化聚合物复合材料的研究取得丰硕成果的同时，其工业应用也在逐步扩展。

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