CN102152553A - 一种硅橡胶复合材料的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅橡胶复合材料的加工方法，其特征在于：该方法先分别制备硅橡胶防火隔离层(1)、硅橡胶阻燃降温层(2)、硅橡胶抗烧蚀层(3)、本体硅橡胶层(4)的半成品后，再将这些半成品依次叠合在层压机模具里，然后在一定条件下成型加工制得。本发明所述硅橡胶复合材料具有良好的阻燃防火效果。适用制作飞机特殊环境的要求的防火墙用防火硅橡胶材料。也可以作高速交通工具、建筑物内部防火材料、军事装备、消防工具等。

Description

一种硅橡胶复合材料的加工方法

技术领域

本发明涉及一种硅橡胶复合材料的加工方法，特别是一种具备防火功能的硅橡胶复合材料的制备方法，适用于飞机防火墙，其它高速运输工具的内部防火设备及军用相关设备等。

背景技术

因飞机特殊环境的要求需要建立防火墙，这是一种将飞机潜在的起火区与临近的舱隔离的金属板结构。防火硅橡胶是其重要部件，除要求硅橡胶的阻燃性质外，对材料也提出了更高的抗火焰冲击性的要求。要求材料能在极高温的火焰下形成陶瓷化的阻隔层，以保护背面部件不受强热量而损坏。

防火硅橡胶的研究国外相关研究报道较多。如美国专利第5047449号提到用硅橡胶、金属氧化物硼砂与云母或蛙石所组成的复合材料。美国专利第5508321号及4694030号中使用硅橡胶结合膨胀石墨硅酸盐等组合而成的防火膨胀物。美国GE公司研制的RTV2757触变型硅橡胶泡沫层，具有良好的耐热和隔热性能。在纸板上涂一薄层后，置于2780℃火焰下60s，背面温度仅由22℃升到29℃，被保护的鲜花不枯萎。

道康宁公司研发生产的一种专利技术，在液体硅橡胶中添加了7％-20％的硅灰石和10％-60％的补强填料等，制成厚0.635cm的试片在本生灯1093℃的火焰下灼烧15min，背面没有烧穿或燃烧。

John Meaney设计的一种用于飞机发动机轻质防火层。在金属部件表面涂第一层有机硅密封剂，在未硫化时，在其上面铺上陶瓷纤维织物，然后再涂第二层有机硅密封剂。有机硅密封剂使用了道康宁公司的牌号为902006的空间密封剂，陶瓷纤维布使用3M公司Nextel 312系列的产品。这种热防护层在1093℃火焰下15分钟不烧穿，且具有轻质，耐溶剂，耐油及抗水冲刷和抗振动的优点。但是存在其产品较厚、比重大和耐火时间较短等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防火、隔热效果好的防火硅橡胶复合材料的加工方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种防火硅橡胶复合材料的加工方法，它包括如下步骤：

1、硅橡胶防火隔离层半成品的制备：硅橡胶防火隔离层的材料由基体、防火填料、增强材料、交联剂、催化剂和粘接剂原料制备而成，各原料所占重量份数为：基体100份、防火填料100-300份、增强材料50-100份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份、粘接剂1-100份；所述的基体为聚二甲基硅氧烷。

所述的聚二甲基硅氧烷具有线性大分子结构，包容量大的特点。

所述的防火填料为水滑石、蒙脱土和膨胀石墨，水滑石、蒙脱土、膨胀石墨所占防火填料的重量百分数为：水滑石0.5-99％、蒙脱土0.5-99％、膨胀石墨0.5-99％。

所述的增强材料为玻璃纤维、碳纤维中的任意一种或任意二种的混合，任意二种混合时为任意配比。

(1)碳纤维包括：70mm以下短切碳纤维材料，70mm以上长碳纤维材料及碳纤维毡等。

(2)玻璃纤维包括：有碱纤维的短纤维(70mm以下)、中碱纤维的短纤维(70mm以下)、无碱纤维的短纤维(70mm以下)、石英纤维的短纤维(70mm以下)、其他特种玻璃纤维(70mm以下)，长纤维(70mm以上)及其玻璃毡等。

所述的粘接剂为高分子酚醛树脂，所述高分子酚醛树脂为热固性酚醛树脂和改性酚醛树脂(硼改性酚醛树脂、二甲苯改性酚醛树脂)。

所述的水滑石是一类具有层状结构的阴离子层状功能无机材料，具有可调变的化学组成及独特的结构和性能。

所述的蒙脱土为纳米蒙脱土系蒙皂石粘土(包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土)经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25nm，蒙脱石含量大于95％(质量)。

所述的膨胀石墨为天然鳞片状石墨，石油碳系人工石墨，焦碳系的人工石墨等石墨制品，经过层间处理的受热(大于200℃)膨胀特性的石墨或前述其中至少两种以上石墨的混合物。

所述的交联剂为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷水解物、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。

所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的任意一种或二种的混合，二种混合时，二醋酸二丁基锡与二月桂酸二丁基锡的质量配比为1∶9或2∶8。

硅橡胶防火隔离层半成品的制备方法，它包括如下步骤：

1)按各原料所占重量份数为：基体100份、防火填料100-300份、增强材料50-100份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份、粘接剂1-100份；选取基体、防火填料、增强材料、交联剂、催化剂和粘接剂原料；所述的基体为聚二甲基硅氧烷；

2)将聚二甲基硅氧烷与增强材料、防火填料混合均匀，然后加入粘接剂、交联剂和催化剂，在室温混合后，放入摸具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为68MPa，得到厚度为0.5-2mm的硅橡胶防火隔离层半成品。

2.硅橡胶阻燃降温层半成品的制备：硅橡胶阻燃降温层的材料由聚二甲基硅氧烷(作为基体材料)、防火填料、交联剂、催化剂和高分子酚醛树脂(作为粘接剂)原料制备而成，各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、防火填料100-300份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份、高分子酚醛树脂1-100份。

所述的防火填料为水滑石、蒙脱土和膨胀石墨，水滑石、蒙脱土、膨胀石墨所占防火填料的重量百分数为：水滑石0.5-99％、蒙脱土0.5-99％、膨胀石墨0.5-99％。

所述的交联剂为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷水解物、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比；

所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的任意一种或二种的混合，二种混合时，二醋酸二丁基锡与二月桂酸二丁基锡的质量配比为1∶9或2∶8。

硅橡胶阻燃降温层半成品的制备：

1)按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、防火填料100-300份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份、高分子酚醛树脂1-100份，选取聚二甲基硅氧烷、防火填料、交联剂、催化剂和高分子酚醛树脂；

2)在室温下将聚二甲基硅氧烷、防火填料、交联剂、催化剂和高分子酚醛树脂混合，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为0.52mm的硅橡胶阻燃降温层半成品。

3.硅橡胶抗烧蚀层半成品的制备：硅橡胶抗烧蚀层的材料由面板、中间夹层和底板组成，中间夹层位于面板与底板之间。

面板、底板组成的原料相同(制备也相同)，由聚二甲基硅氧烷(作为基体材料)、可伸缩的编织增强材料、交联剂和催化剂组成，各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、可伸缩的编织增强材料50-100份，交联剂3-8份，催化剂0.2-0.4份；

中间夹层的材料由聚二甲基硅氧烷、蒙脱土、高分子酚醛树脂、交联剂和催化剂组成；各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、蒙脱土100-300份，高分子酚醛树脂1-100份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份；所述的可伸缩的编织增强材料为可伸缩的编织玻璃纤维、可伸缩的编织碳纤维中的任意一种或二种的混合，二种混合时为任意配比；

所述的交联剂为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷水解物、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比；

所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的任意一种或二种的混合，二种混合时，二醋酸二丁基锡与二月桂酸二丁基锡的质量配比为1二9或2∶8。

面板(底板)的制备：

1)按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、可伸缩的编织增强材料50-100份，交联剂3-8份，催化剂0.2-0.4份，选取聚二甲基硅氧烷、可伸缩的编织增强材料、交联剂和催化剂；

2)在室温下将聚二甲基硅氧烷、可伸缩的编织增强材料、交联剂和催化剂混合后，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为0.5-11mm的面板(底板)；

中间夹层的制备：

1)按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、蒙脱土100-300份，高分子酚醛树脂1-100份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份，选取聚二甲基硅氧烷、蒙脱土、高分子酚醛树脂、交联剂和催化剂；

2)在室温将聚二甲基硅氧烷、蒙脱土、高分子酚醛树脂、交联剂和催化剂混合后，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为0.5-2mm的中间夹层；

硅橡胶抗烧蚀层半成品的制备：将面板、中间夹层和底板分层依次叠合在层压机模具里，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为1-4mm的硅橡胶抗烧蚀层半成品。

4.本体硅橡胶层半成品的制备：本体硅橡胶层的材料包括聚二甲基硅氧烷，在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为0.5-11mm的本体硅橡胶层半成品；

所述的本体硅橡胶层的材料包括液体端梭基丁睛橡胶或液体端胺基丁睛橡胶；各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份，液体端梭基丁睛橡胶或液体端胺基丁睛橡胶1-20份，在室温混合。添加其它高弹性橡胶进行改性，提高其与金属底板的粘结性能。

5.防火硅橡胶复合材料的制备：将上述硅橡胶防火隔离层半成品、硅橡胶阻燃降温层半成品、硅橡胶抗烧蚀层半成品、本体硅橡胶层半成品分层依次叠合在层压机模具里，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为3-8mm的防火硅橡胶复合材料(胶片)。

本发明的有益效果是：

1)本发明的硅橡胶防火隔离层在吸热的同时能产生稀释空气中的氧和聚合物分解生成的可燃气态物，并能放出保护气体阻隔氧气，起到阻燃效果，该材料还具有抑烟特性。该材料遇明火时，表面的酚醛树脂迅速碳化与膨胀石墨及蒙脱土形成多层防火碳层，再依靠玻璃纤维或碳纤维网络形成严密的隔热层，能隔绝或削弱热传递，而且水滑石受热后，释放水和二氧化碳，使材料不燃烧、不发烟、不产生有毒气体，加上该材料的比重较轻。切断硅橡胶、热和氧气三要素构成的燃烧循环，本发明具有良好的阻燃防火效果。

2)硅橡胶阻燃降温层，当遭遇火焰时，材料在吸热的同时能产生稀释空气中的氧和聚合物分解生成的可燃气态物，并能放出保护气体阻隔氧气，起到阻燃降温效果。

3)硅橡胶抗烧蚀层，它能抗击火焰的烧蚀，保护本体硅橡胶。

4)当遇火灾时，硅橡胶防火隔离层、硅橡胶阻燃降温层、硅橡胶抗烧蚀层可形成多层防火隔离膜，具有能隔绝和削弱热传递，防止火焰继续燃烧。本体硅橡胶层能与金属底板有机的结合在一起，不产生或很少产生燃烧时放出的浓烟或有毒气体。适用制作飞机特殊环境的要求的防火墙用防火硅橡胶材料。也可以作高速交通工具(飞机、轮船船舱、火车车厢、地铁车厢、电梯厢等)，建筑物内部防火材料、军事装备、消防工具等。

附图说明

附图1为本发明所述防火硅橡胶复合材料的结构示意图，图中：1为硅橡胶防火隔离层、2为硅橡胶阻燃降温层、3为硅橡胶抗烧蚀层、4为本体硅橡胶层。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1。

一种防火硅橡胶复合材料，它由硅橡胶防火隔离层1、硅橡胶阻燃降温层2、硅橡胶抗烧蚀层3、本体硅橡胶层4热压复合而成，硅橡胶防火隔离层、硅橡胶阻燃降温层、硅橡胶抗烧蚀层、本体硅橡胶层从外向内依次布置。

上述防火硅橡胶复合材料的制备方法，它包括如下步骤：

1.硅橡胶防火隔离层半成品的制备：硅橡胶防火隔离层的材料由基体、防火填料、增强材料、交联剂、催化剂和粘接剂原料制备而成，各原料所占重量份数为：基体100份、防火填料100份、增强材料即份、交联剂3份、催化剂0.2份、粘接剂1份；

所述的基体为聚二甲基硅氧烷。

所述的防火填料为水滑石、蒙脱土和膨胀石墨，水滑石、蒙脱土、膨胀石墨所占防火填料的重量百分数为：水滑石0.5％、蒙脱土0.5％、膨胀石墨99％。

所述的增强材料为玻璃纤维；玻璃纤维采用无碱纤维的短纤维(70mm以下)。

所述的粘接剂为高分子酚醛树脂，所述高分子酚醛树脂为热固性酚醛树脂。

所述的交联剂为四甲氧基硅烷。

所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。

硅橡胶防火隔离层半成品的制备方法，它包括如下步骤：

1)按各原料所占重量份数为：基体100份、防火填料100份、增强材料50份、交联剂3份、催化剂0.2份、粘接剂1份；选取基体、防火填料、增强材料、交联剂、催化剂和粘接剂原料；所述的基体为聚二甲基硅氧烷；

2)将聚二甲基硅氧烷与增强材料、防火填料混合均匀，然后加入粘接剂、交联剂和催化剂，在室温混合后，放入摸具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2小时后成型，压力为6MPa，得到厚度为0.8mm的硅橡胶防火隔离层半成品。

2.硅橡胶阻燃降温层半成品的制备；硅橡胶阻燃降温层的材料由聚二甲基硅氧烷(作为基体材料)、防火填料、交联剂、催化剂和高分子酚醛树脂(作为粘接剂)原料制备而成，各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、防火填料100份、交联剂3份、催化剂0.2份、高分子酚醛树脂1份。

所述的防火填料为水滑石、蒙脱土和膨胀石墨，水滑石、蒙脱土、膨胀石墨所占防火填料的重量百分数为：水滑石0.5％、蒙脱土0.5％、膨胀石墨99％。所述的交联剂为四甲氧基硅烷。所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。

硅橡胶阻燃降温层半成品的制备：1)按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、防火填料100份、交联剂3份、催化剂0.2份、高分子酚醛树脂1份，选取聚二甲基硅氧烷、防火填料、交联剂、催化剂和高分子酚醛树脂；

2)在室温将聚二甲基硅氧烷、防火填料、交联剂、催化剂和高分子酚醛树脂混合，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2小时后成型，压力为6MPa，得到厚度为0.5mm厚度的硅橡胶阻燃降温层半成品。

3.硅橡胶抗烧蚀层半成品的制备：硅橡胶抗烧蚀层的材料由面板、中间夹层和底板组成，中间夹层位于面板与底板之间；

面板、底板组成的原料相同(制备也相同)，由聚二甲基硅氧烷(作为基体材料)、可伸缩的编织增强材料、交联剂和催化剂组成，各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、可伸缩的编织增强材料50份，交联剂3份，催化剂0.2份；

中间夹层的材料由聚二甲基硅氧烷、蒙脱土、高分子酚醛树脂、交联剂和催化剂组成；各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、蒙脱土100份，高分子酚醛树脂1份、交联剂3份、催化剂0.2份；所述的可伸缩的编织增强材料为可伸缩的编织玻璃纤维。所述的交联剂为四甲氧基硅烷。所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。

面板(底板)的制备：

1)按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、可伸缩的编织增强材料50份，交联剂3份，催化剂0.2份，选取聚二甲基硅氧烷、可伸缩的编织增强材料、交联剂和催化剂；

2)在室温将聚二甲基硅氧烷、可伸缩的编织增强材料、交联剂和催化剂混合后，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2小时后成型，压力为6MPa，得到厚度为0.5mm的面板(底板)；

中间夹层的制备：1)按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、蒙脱土100份，高分子酚醛树脂1份、交联剂3份、催化剂0.2份，选取聚二甲基硅氧烷、蒙脱土、高分子酚醛树脂、交联剂和催化剂；

2)在室温将聚二甲基硅氧烷、蒙脱土、高分子酚醛树脂、交联剂和催化剂混合后，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力。2小时后成型，压力为6MPa，得到厚度为0.8mm的中间夹层；

硅橡胶抗烧蚀层半成品的制备：将面板、中间夹层和底板分层依次叠合在层压机模具里，然后在165±5℃温度下加压力0.2小时后成型，压力为6MPa，得到厚度为1.5mm的硅橡胶抗烧蚀层半成品。

4.本体硅橡胶层半成品的制备：本体硅橡胶层的材料包括聚二甲基硅氧烷，在165±5℃温度下加压力0.2小时后成型，压力为6MPa，得到厚度为0.5mm的本体硅橡胶层半成品。

5.防火硅橡胶复合材料的制备：将上述硅橡胶防火隔离层半成品、硅橡胶阻燃降温层半成品、硅橡胶抗烧蚀层半成品、本体硅橡胶层半成品分层依次叠合在层压机模具里，然后在165±5℃温度下加压力0.2小时后成型，压力为6MPa，得到厚度为2.5mm防火硅橡胶复合材料(胶片)。

将制备的防火硅橡胶复合材料进行火焰试验，在1100±50℃火焰喷烧15min，观察样品的烧蚀情况。外面(硅橡胶防火隔离层)没有燃烧，内面(冷面，本体硅橡胶层)温度低于400℃。说明本发明防火、隔热效果好。

Claims (1)

1.一种硅橡胶复合材料的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)硅橡胶防火隔离层半成品的制备：

①按各原料所占重量份数为：基体100份、防火填料100-300份、增强材料50-100份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份、粘接剂1-100份；选取基体、防火填料、增强材料、交联剂、催化剂和粘接剂原料；所述的基体为聚二甲基硅氧烷；

②将聚二甲基硅氧烷与增强材料、防火填料混合均匀，然后加入粘接剂、交联剂和催化剂，在室温混合后，放入摸具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为68MPa，得到厚度为0.5-2mm的硅橡胶防火隔离层半成品。

(2)硅橡胶阻燃降温层半成品的制备：

①按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、防火填料100-300份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份、高分子酚醛树脂1-100份，选取聚二甲基硅氧烷、防火填料、交联剂、催化剂和高分子酚醛树脂；

②在室温下将聚二甲基硅氧烷、防火填料、交联剂、催化剂和高分子酚醛树脂混合，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为0.52mm的硅橡胶阻燃降温层半成品。

(3)硅橡胶抗烧蚀层半成品的制备：

①面板(底板)的制备：a)按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、可伸缩的编织增强材料50-100份，交联剂3-8份，催化剂0.2-0.4份，选取聚二甲基硅氧烷、可伸缩的编织增强材料、交联剂和催化剂；b)在室温下将聚二甲基硅氧烷、可伸缩的编织增强材料、交联剂和催化剂混合后，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为0.5-11mm的面板(底板)；

②中间夹层的制备：a)按各原料所占重量份数为：聚二甲基硅氧烷100份、蒙脱土100-300份，高分子酚醛树脂1-100份、交联剂3-8份、催化剂0.2-0.4份，选取聚二甲基硅氧烷、蒙脱土、高分子酚醛树脂、交联剂和催化剂；b)在室温将聚二甲基硅氧烷、蒙脱土、高分子酚醛树脂、交联剂和催化剂混合后，放入模具中，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为0.5-2mm的中间夹层；

③将面板、中间夹层和底板分层依次叠合在层压机模具里，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为1-4mm的硅橡胶抗烧蚀层半成品；

(4)本体硅橡胶层半成品的制备：

将聚二甲基硅氧烷100份、液体端梭基丁睛橡胶或液体端胺基丁睛橡胶1-20份，在室温混合后，在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为0.5-11mm的本体硅橡胶层半成品；

(5)防火硅橡胶复合材料的制备：

将硅橡胶防火隔离层半成品、硅橡胶阻燃降温层半成品、硅橡胶抗烧蚀层半成品、本体硅橡胶层半成品分层依次叠合在层压机模具里，然后在165±5℃温度下加压力0.2-2小时后成型，压力为6-8MPa，得到厚度为3-8mm的防火硅橡胶复合材料(胶片)。

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