阻燃硅橡胶的研制

感悟LIU

阻燃硅橡胶的研制通用热硫化(HTV)硅橡胶一旦着火，就会持续燃烧；而阻燃硅橡胶是一种不会产生大量烟雾及有害气体的安全性材料，在家用电器、办公用品、机械、航空航天、船舶及地下建筑领域中的应用越来越广泛。通过加入阻燃剂制备阻燃硅橡胶制品，具有工艺简单和加工方便等优点。氢氧化铝是橡胶及塑料常用的无机阻燃剂，本实验通过添加氢氧化铝，制成了无卤阻燃硅橡胶，考察了HTV硅橡胶的离火熄灭时间及燃烧速率。
   实验
   1.1 主要原料及设备
: [+ P$ O/ `7 w2 @   硅橡胶生胶：110#-2，；白炭黑：Nipsil LP，；羟基硅油：羟基质量分数≥8%；氢氧化铝：AR，200-400目；氯铂酸：AR，；铁锡复合氧化物：粒径大于400目，自制；乙炔炭黑：工业品，；硫化剂 (DPBMH)：工业品。
邵氏 LX-A，
7 e" Y( ^& H  r/ @5 t, p   1.2 硅橡胶混炼胶的基本配方
   100份硅橡胶生胶，40份白炭黑，4份羟基硅油。
   1.3 氢氧化铝的表面处理
   把氢氧化铝放入三口烧瓶中，加入适量的表面处理剂，在一定温度下搅拌回流2～4h；然后在真空下脱去低沸物，冷却，密闭保存备用。
   1.4 混炼工艺
( ?, g! @2 w- H3 k. w& [; }; ?! _5 |   取一定量的硅橡胶混炼胶，经塑炼、薄通，停放4h后，加入氢氧化铝，混炼，小辊距薄通 6次以上；再加入氯铂酸等助剂，混炼，薄通3次，下片，放置24h。
   1.5 制片
9 }! Q/ T- P4 @" u$ Y' {3 m   取上述混炼胶塑炼，加入适量DPBMH，混匀；在乎板硫化机上，170℃、14.5 MPa条件下硫化15min，试片厚度为2mm。
" D& t' i) X4 _: y5 v   1.6 性能测试
- G1 j0 r0 W( J) u" E7 G   硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和邵尔A硬度分别按GB/T528-1992、GB/T529-1992和 GB/T531-1992标准测试。
   硫化胶的离火熄灭时间：按美国UL-94V-0及V-1阻燃标准测试。将宽17.2mm的样条置于火焰中10s，然后移走火焰，垂直倒置，读出样条持续燃烧的时间；重复几次，取其平均值。
7 @2 c+ k4 L$ ^$ x7 p+ E, y   燃烧速率：按GB/T2408-1996标准测试。按下式计算：
   v=60 l/t
   式中，v为燃烧速率，mm/min；l为烧损长度，mm；t为燃烧时间，s。
   2 结果与讨论
   2.1 氢氧化铝用量对硅橡胶硫化胶性能的影响
   氢氧化铝用量对硅橡胶硫化胶性能的影响见表1。
   表1氢氧化铝用量对硅橡胶性能的影响①  氢氧化铝质 邵尔A硬度扯断伸长率 拉伸强度 撕裂强度 离火熄灭时间
  量分数/% /度 /% /MPa /kN/m /s   0 40 747 7.1 20.0 持续燃烧
4 j0 L' B+ @( e' @9 B   30 45 559 5.5 12.7 63
   35 42 656 5.4 11.9 37
   40 45 624 5.0 11.3 28
+ {5 C% u  M) A   45 45 577 4.2 11.8 8
   50 45 525 4.0 10.5 5   注：①硅橡胶混炼胶的用量为100质量份。
   从表1可以看出，氢氧化铝对提高硅橡胶的阻燃性的效果十分明显。随着氢氧化铝用量的增加，硫化胶的离火熄灭时间缩短；当氢氧化铝用量大于50%时，硫化胶的阻燃性能达到了美国 UL-94V-0阻燃标准(平均持续燃烧时间小于5s，最高为10s)；但随着氢氧化铝用量的增加，硅橡胶的断裂伸长率、拉伸强度和撕裂强度均有所下降。
   2.2 氢氧化铝的表面处理剂种类对硅橡胶性能的影响
, M( L* G: s& x7 i   不同表面处理剂处理的氢氧化铝对硅橡胶性能的影响见表2。
   表2 氢氧化铝的表面处理剂种类对硅橡胶性能的影响①
  处理剂种类 扯断伸长率拉伸强度 邵尔A硬度 撕裂强度/ 离火熄灭
   /% /MPa /度 kN/m 时间/s  未处理 577 4.2 45 11.8 8
  六甲基二硅氮烷 610 5.0 45 15.0 10
" |* @. Q4 a4 I$ i0 D  γ-氯丙基三甲氧基硅烷 532 4.8 55 14.0 10
, }7 ^) ?1 S) [3 A  乙烯基三乙氧基硅烷 620 5.1 48 14.5 9   注：①棍炼胶100份，氢氧化铝45份。
) }; t3 I' f4 h' @1 c4 ^( F   由表2可看出，使用经表面处理的氢氧化铝作填料，硅橡胶的力学性能有所提高；但对阻燃性没有益处。其中经六甲基二硅氮烷处理的氢氧化铝最松散，加工性能最好；而用γ-氯丙基三甲氧基硅烷及乙烯基三乙氧基硅烷处理的氢氧化铝则易结块，对硅橡胶的加工性能有所影响；未处理的氢氧化铝与硅橡胶的亲和性最差。
   2.3 氯铂酸用量对硅橡胶阻燃性能的影响
   氯铂酸用量对硅橡胶阻燃性能的影响见表3。
  表3 氯铂酸用量对硅橡胶阻燃性能的影响①  氯铂酸用量② 离火熄灭时间 燃烧速率/ 拉伸强度
  /10^-6 　　　/s　　　　　 mm/min　　/MPa   0 持续燃烧 29.7 　6.7
   10 持续燃烧 24.9 6.7
   30 187 18.0 6.5
   50 147 10.2 6.8   注：①混炼胶100份，氢氧化铝45份；②为氯铂酸中Pt的质量分数，下同。
4 |! @$ X# f2 M; v: n6 h5 v   由表3可看出，氯铂酸是一种有效的阻燃剂，其用量越大，阻燃效果越好，而且基本不影响硅橡胶的拉伸强度；但因价格较贵，所以其用量受到成本限制。其最佳用量为能达到阻燃性能的最小值。氯铂酸的阻燃性能与硅橡胶的配方及硫化工艺有关；本实验发现，相同配比的未完全硫化胶的阻燃性能比完全硫化胶的性能好。
   2.4 阻燃剂并用对硅橡胶燃烧性能的影响
7 U" A% ^3 T5 U* b* r   阻燃剂并用对硅橡胶燃烧性能的影响见表4。
' u9 t4 E/ O. q, Y: m- [+ J) l   表4 阻燃剂并用对硅橡胶燃烧性能的影响①  胶样编号 氢氧化铝质氯铂酸的质量 铁锡复合氧化物及乙 离火熄灭
5 z: O. s4 w- e9 u# l) P& j   量分数/% 分数/10^-6 炔炭黑的质量分数/% 时间/s  1 45 8
5 J: z' A8 D! R  2 50 147
% [" _( U0 v$ s* v6 I7 c( H  3 2 持续燃烧
  4 45 50 2 3   注：①100份混炼胶。
9 U9 y7 z" `# C; P1 w   从表4可以看出，氯铂酸、铁锡复合氧化物和乙炔炭黑与氢氧化铝并用时，则具有较好的协同阻燃效果；若需达到相同等级的阻燃标准，可以减少氢氧化铝的用量，从而提高硅橡胶的力学性能。
   3 结论
: h/ ^3 ~1 G  ~; y   氢氧化铝对热硫化硅橡胶具有较好的阻燃效果。随着氢氧化铝用量的增加，热硫化硅橡胶的阻燃性能提高；但力学性能降低。
   氯铂酸、铁锡复合氧化物和乙炔炭黑等阻燃剂与氢氧化铝并用时，具有较好的协同阻燃作用；为达到相同等级的阻燃效果，可减少氢氧化铝的用量，从而提高硅橡胶的力学性能。
) E. b! S2 A; r   用六甲基二硅氮烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷及乙烯基三乙氧基硅烷等对氢氧化铝进行表面处理，可不同程度地提高硅橡胶的力学性能

wf0305

好东东，谢谢了。

337900398

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爱我中华

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wf0305

好好学习，天天向上

changmaogood

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