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缩合型阻燃硅橡胶的研制

中国橡胶助剂网 发布于 2014-02-13

缩合型阻燃硅橡胶的研制
王恒芝,吴娜,张鹏,范召东
( 北京航空材料研究院,北京100095)
摘要: 以端羟基聚二甲基硅氧烷,气相法白炭黑,三氧化二铁,金属氢氧化物,阻燃协效剂,硫化剂等为原料,制成缩合型室温硫化( RTV) 阻燃硅橡胶.研究了氢氧化铝,氢氧化镁和阻燃协效剂对RTV 阻燃硅橡胶性能的影响.结果表明,氢氧化镁比氢氧化铝有更好的阻燃效果,氢氧化镁与硅橡胶的热降解温度更匹配; 阻燃协效剂与氢氧化镁并用,对硅橡胶的成炭性和阻燃效果有积极影响.较佳配方为: 100 份107 硅橡胶,20 份白炭黑,4 份三氧化二铁,4 份硫化剂,70 份氢氧化镁,1 份阻燃效剂.按此配方制得的硅橡胶的拉伸强度为2. 8 MPa,拉断伸长率为241%,氧指数为40. 7%,垂直燃烧等级为FV - 0 级.
关键词: 缩合型,阻燃,硅橡胶,氢氧化铝,氢氧化镁,阻燃协效剂
中图分类号: TQ333. 93 文献标识码: A 文章编号: 1009 - 4369 ( 2013) 04 - 0262 - 04
缩合型室温硫化( RTV) 硅橡胶以端羟基聚二甲基硅氧烷为基础聚合物,其分子链中的硅氧链节燃烧时能促进材料在高温下成炭,有助于形成抗氧化的保护层,具有一定阻燃作用,且不会产生大量烟尘和有害气体[1 - 2]; 但分子链中还含有大量的碳和氢,遇到明火会持续燃烧,所以普通硅橡胶不具自熄性[3].为了适应特殊环境的使用要求,需要通过添加适当的阻燃剂来提高硅橡胶的阻燃性.对绿色长寿的硅橡胶来说,应选择无卤,低烟,低毒,低腐蚀以及价廉的阻燃剂; 卤系,磷系阻燃剂在燃烧过程中都会产生很大的烟,且生产过程中会带来不同程度的环境问题.从性价比和安全角度,硅橡胶选择无机阻燃剂代表了今后的发展方向.
本实验选用氢氧化铝和氢氧化镁作为阻燃剂,填充到硅橡胶中,研究了阻燃剂对硅橡胶性能的影响; 并考察了阻燃协效剂对硅橡胶阻燃性能的影响.
1·实验
1. 1 主要原料及仪器设备
端羟基聚二甲基硅氧烷( 107 硅橡胶) : 黏度4 300 mPa·s,日本信越株式会社; 气相法白炭黑: R812S,德国德固赛公司; 三氧化二铁:工业品,市售; 氢氧化镁,氢氧化铝: 工业品,粒径1 μm,雅宝公司; 阻燃协效剂: FRS,自制; 硫化剂: 自制.
三辊研磨机: SG100,上海第一化工机械厂; 平板硫化机: 自制; 厚度计: CH - 1,长沙仪表机床厂; 邵氏橡胶硬度计: LX - A,上海六菱仪器厂; 电子拉力试验机: T2000,北京市友深电子仪器厂; 氧指数测定仪: JF - 3,南京市江宁区分析仪器厂; 水平垂直燃烧测定仪: CZF- 3,南京市江宁区分析仪器厂; 热失重分析仪:209 F1, NETZSCH 公司; 扫描电镜: Quanta600,美国FEI 公司.
1. 2 试样的制备
配方: 107 硅橡胶100 份( 质量份,下同) ,白炭黑20 份,三氧化二铁4 份,硫化剂4 份,氢氧化铝,氢氧化镁,阻燃协效剂为变量.按配方称取上述原料,在搪瓷盘中简单混合后,在三辊研磨机上研磨3 遍,出料.混炼均匀后的胶料在平板压机上硫化成标准试片,硫化条件: 常温× 7d.
1. 3 性能测试
拉伸强度和拉断伸长率: 按GB /T 528-2009 测试,哑铃状1 型试样; 氧指数和垂直燃烧性: 按GB /T 10707-2008 测试; 热失重: 用热失重分析仪测试,升温速率为10ºC /min,动态氮气气氛; 试样燃烧后残炭结构: 采用扫描电镜观察并拍照.
2· 结果和讨论
2. 1 阻燃剂种类对硅橡胶体系性能的影响
表1 是阻燃剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响.

由表1 可见,相同用量下,添加氢氧化镁的硅橡胶拉伸性能略好; 随着阻燃剂用量的增加,硅橡胶的拉伸强度和拉断伸长率先增后减,用量为50 份时,拉伸强度和拉断伸长率最大.
表2 为阻燃剂种类及用量对硅橡胶阻燃性能的影响.

由表2 可见,相同用量下,添加氢氧化镁的硅橡胶阻燃效果更好; 硅橡胶的氧指数和垂直燃烧性能等级随着阻燃剂用量的增加而提高.
氢氧化镁和氢氧化铝均通过分解吸热,生成水蒸气及稀释作用而发挥阻燃效能.氢氧化镁和氢氧化铝受热时由于键合于金属的羟基分解生成并释出的水量分别可达31% 和34%[4].理论上释出水量高的氢氧化铝应该具有更好的阻燃效果,但实际结果与之恰好相反.为解释这一现象,取未添加阻燃剂的硅橡胶和分别添加了70 份氢氧化铝和氢氧化镁的硅橡胶样品进行热失重分析,结果见图1.

由图1 可见,氢氧化铝的失重温度与硅橡胶的降解温度不匹配,氢氧化铝在硅橡胶降解前就将结晶水释放出来,氢氧化镁的失重温度与硅橡胶的降解温度更匹配; 氢氧化镁体系的残炭量优于氢氧化铝体系和未添加阻燃剂的硅橡胶,即氢氧化镁可以帮助固定更多的物质留在凝固相中,所以其阻燃效果更好.综合考虑力学性能,Mg( OH)2的较佳用量为70 份.
2. 2 阻燃协效剂对硅橡胶阻燃的协效作用
表3 为阻燃协效剂对硅橡胶阻燃性能的影响.

由表3 可见,添加少量阻燃协效剂提高了硅橡胶的阻燃性能......

查看全文:http://www.rubberadd.com/tiring_room/new/hynews/2014213151401.htm

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