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一种提高硅橡胶耐热性和阻燃性的方法

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耐热硅橡胶
耐热性是硅橡胶的显着特性之一。其耐高温性取决于生硅橡胶的分子骨架是由具有高键能(键能为451 kJ/mol)的Si-O-Si键组成,Si-C键与Si原子的侧基相连(键能为214 kJ/mol)也非常强。因此,硅橡胶在高低温条件下具有较高的稳定性,有的硅橡胶在-100~300℃的环境下使用时间较长。但是,硅橡胶不能满足更高的温度要求。在高温环境下,硅橡胶生胶分子由于侧有机基团的氧化和主链的热重排降解而失去其物理机械性能。

提高硅橡胶耐热性的方法主要有以下几种:
(1)在硅橡胶分子的侧链中引入特殊基团(如苯基),防止侧基团的氧化降解和主链的热重排降解;
(2)在硅橡胶分子的主链中引入较大的链段(如亚苯基、环二硅氮烷、碳化硼烷基),以提高硫化胶交联键的热稳定性;
(3)在橡胶配方体系中引入耐热添加剂(如SnO2、Fe2O3等),防止主链环化降解和侧链氧化交联。其中,在橡胶配方体系中引入耐热助剂是目前最常用、最有效的方法。

阻燃硅橡胶
硅橡胶闪点高达750℃,燃点450℃,氧指数高于其他碳基橡胶。燃烧时放热率低,火焰蔓延缓慢,无滴水现象。燃烧产物几乎无毒、无腐蚀性,表面形成仍具有阻燃性的陶瓷碳硅层。尽管具有优异的阻燃性,但硅橡胶仍然存在缺陷。特别是容易闷烧,有燃烧的危险。在一些高温、发热、高压的特殊场合(如航空航天、电子电气和输电线路等),硅橡胶的阻燃性极高。


提高硅橡胶的阻燃性一般从以下几个方面考虑:
(1)促进具有阻隔作用的陶瓷化碳硅层的形成;
(2)促进硅橡胶在高温下交联,形成稳定的结构;
(3)添加无机填料作为阻燃剂,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) 捕捉燃烧过程中产生的自由基,抑制和减缓燃烧;
(5)防止跳闸降解,减少易燃小分子的释放。

常用的阻燃剂一般分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。前者只是物理分散在基体中,不发生化学反应;后者作为单体或辅助试剂参与合法反应,成为硅橡胶结构的一部分。

熔融共混法制备的MMT/硅橡胶复合材料的氧指数随着MMT添加量的增加先升高后缓慢升高。氢氧化镁/硼酸锌混合阻燃体系还可以提高硅橡胶的阻燃性,增强燃烧后形成的陶瓷层。

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