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提高硅橡胶耐热性、阻燃性的方法

2021-06-10

耐热性是硅橡胶的显著特性之一。其耐高温性取决于硅橡胶生胶分子骨架是由键能很高的 Si-O-Si 键(键能为 451 kJ/mol)构成,并且联在 Si 原子侧基上的 Si-C键(键能为 214 kJ/mol)也很强。因此,硅橡胶在高低温条件下具有高稳定性,某些硅橡胶在-100~300℃环境中长期使用。但是,硅橡胶不能满足更高温度的要求,在高温环境下,硅橡胶生胶分子因为侧有机基团氧化以及主链的热重排降解而丧失物理力学性能。

提高硅橡胶耐热性的方法主要有以下几种:

(1)在硅橡胶分子侧链引入特殊的基团(如苯基)以阻止侧基的氧化降解和主链的热重排降解;

(2)在硅橡胶分子主链上引入体积较大的链段(如亚苯基、环二硅氮烷、碳十硼烷基)以提高硫化胶的交联键热稳定性;

(3)在胶料配方体系中引入耐热添加剂(如 SnO2、Fe2O3等)以阻止主链环化降解和侧链氧化交联等。其中,在胶料配方体系中引入耐热添加剂为目前常用、有效的方法。

硅橡胶闪点高达 750℃,燃点 450℃,其氧指数较其它以碳为主链的橡胶高。燃烧时,热释放速率低,火焰传播慢,无滴落,燃烧产物无腐蚀性,在表面上形成仍是阻燃性的陶瓷化碳硅层。尽管阻燃性优异,但是硅橡胶仍存在缺陷,特别是其容易阴燃,存在潜在的燃烧危险。在一些高温、发热、高电压的特殊场合(如宇航、电子电气及输电线路等),对硅橡胶的阻燃性要求极高。

硅橡胶

提高硅橡胶阻燃性一般从以下几个方面考虑:

(1)促进其形成阻隔作用的陶瓷化碳硅层;

(2)促进硅橡胶在高温下的交联,形成稳定结构;

(3)加入无机填料,充当阻燃剂以降低燃烧时的表面温度、提高导热性或形成空气阻隔层起到阻燃作用;

(4)捕捉燃烧时生成的自由基,抑制和减缓燃烧;

(5)防止解扣式降解,减少可燃性小分子的放出。

常用的阻燃剂一般分为添加型阻燃材料和反应型阻燃剂。前者只是以物理方式分散于基体中,不发生化学反应;后者作为一种单体或辅助试剂参与法学反应而成为硅橡胶结构的一部分。采用熔融共混法制备的 MMT/硅橡胶复合材料,其氧指数随着 MMT 添加量的增加先是剧增后缓增。氢氧化镁/硼酸锌的混合阻燃体系同样也可以提高硅橡胶的阻燃性并且增强燃烧后所形成的陶瓷层。

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