CN107201044A - 一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料及其制备方法，属于橡胶材料技术领域。所述的膨胀可瓷硅橡胶复合材料包括具有下述份数的各组分：甲基乙烯基硅橡胶生胶100份，补强填料20‑30份，成瓷填料10‑20份，甲基硅油0‑8份，助熔填料0‑40份，硫化剂2‑4份。将上述填料在双棍混炼机中混炼均匀，并将所得混炼橡胶在平板硫化仪160℃，15Mpa压力下硫化12分钟，得膨胀可瓷硅橡胶，由于助熔剂和成瓷填料的添加，使得复合材料在外部形成一层致密坚硬的陶瓷化物包覆在聚合物表面，内部形成蓬松有孔的封闭结构炭层。本发明可有效降低成本且能够提高制备反应速度，提高生产效率，并且在较低温度下实现硅橡胶的膨胀成瓷。

Description

一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料及其制备方法，属于橡胶材料技术领域。
技术背景
硅橡胶是以Si-O为主链的一类特殊的聚合物兼具无机性质和有机性质，因为其具有无机硅氧键和侧链有机基团(R)的结构，是一种应用范围特别广的弹性高分子材料，既作为特种材料应用在军事、航空等领域，也用在国民经济的各行各业，比如化工、机械制造、纺织造纸等。可瓷化复合材料的性能和普通高分子材料性能一样，但与普通材料遇高温分解成无强度的粉末或气体不同，这种材料在高温环境下可以陶瓷化，形成的陶瓷结构能够自支撑甚至可以抵御一定的外力侵蚀。硅橡胶在高温降解产生大量SiO2，可以作为陶瓷化材料的基础物质，覆盖在物体表面，但是产生的SiO2呈粉末状，强度太低，没有固定形状，微弱的外力即可使之瓦解，因此需添加成瓷填料，来形成具有一定强度的瓷化物。
火灾容易造成原有结构的完整性防火性等性能的破坏，火灾发生后火和烟气，毒性气体往往通过电缆、电线和各类管道等穿越的孔洞向邻近空间扩散，使火灾事故扩大，造成严重后果。因此采用膨胀防火密封材料封堵各种开口，可形成被动防火系统，以阻止火灾蔓延和防止有毒气体扩散，将火灾控制在一定的范围内。传统的防火密封材料防火效率低、膨胀性小、密封效果差。
硅橡胶具有热稳定性高、热释放速率低、成炭率高、无毒、耐高低温和耐老化等优点，适合做电线电缆等贯穿用阻燃密封材料；但硅橡胶本身具有一定可燃性且基本上没有密封膨胀性，这在一定程度上限制了其在阻燃领域的应用，现有技术的陶瓷硅橡胶不能满足此领域的膨胀密封要求，因此探索膨胀成瓷硅橡胶复合材料逐渐成为人们研究的重点。
发明内容
针对上述提到的现有技术的问题，本发明提供一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料及其制备方法，所述的硅橡胶复合材料在常温下和硅橡胶性能一样，但在高温环境下可以膨胀成瓷化，外部形一层致密的陶瓷结构能够自支撑甚至可抵御一定的外力侵蚀，内部形成蓬松有孔的坚硬炭层，在某些领域可封闭开口，从而保护其内部，并且其加工工艺与普通的高分子材料一致。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其包括具有下述份数为：
甲基乙烯基硅橡胶生胶100份
补强填料20-30份
成瓷填料10-20份
甲基硅油0-8份
助熔填料0-40份
硫化剂2-4份。
上述的膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其特征在于所述的甲基乙烯基硅橡胶的分子量大于50万；所述的补强填料为碳酸钙、白炭黑、氧化锌、二氧化钛中的一种或者其组合，所述的成瓷填料为云母、高岭土、次磷酸铝、三聚磷酸铝、氧化铝中的至少一种；所述的助熔剂为熔点为500摄氏度和400摄氏度的玻璃粉比例为1:1的混合物。上述所说的硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷(俗称双2,5)、2,4- 二氯化氧化苯甲酰(俗称双2,4)、或者过氧化二异丙苯(俗称DCP)中的一种或其组合。
所述的膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其中特征在于通过以下方法制备得到：
1)将0-20份成瓷填料在烘箱中80℃下干燥7h，以备后续使用；
2)将上述的100份硅橡胶、补强填料20-30份、成瓷填料10-20份、助熔填料0-40份在双棍中混炼均匀；
3)将0-8份甲基硅油加入在双棍中混炼均匀；
4)将2-4份硫化剂加入到混炼均匀的橡胶中，出片；
5)将混炼好的硅橡胶在160℃，15Mpa压力下，硫化12分钟制成试片及圆柱体，分别测试其力学性能，膨胀成瓷性能。
本发明的优点与效果是：
本发明具有一定的阻燃性能，同时再添加填料后，硅橡胶的力学性能也没有显著影响，本发明膨胀可瓷硅橡胶使用的白炭黑及碳酸钙是制备硅橡胶中普遍使用的填料，其除了能对硅橡胶起补强作用外，也可以通过稀释可燃物浓度、提高硅橡胶分子间的相互作用力来提高硅橡胶的热稳定性，对硅橡胶的成瓷具有重要作用。助熔剂为两种温度玻璃粉的混合物其加入可有效降低瓷化温度，使其在较低温度下发生共晶反应，在外部形成一层致密坚硬的陶瓷化物包覆在聚合物表面，内部由于碳酸钙及硅橡胶的分解，形成蓬松有孔的封闭结构炭层，从而堵塞开口，以减弱聚合物和热源间的热量传递。本发明可有效降低成本且能够提高制备反应速度，提高生产效率，并且在较低温度下实现硅橡胶的膨胀成瓷。
具体实施例
本发明的至少一个实施例提供一种一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其包括具有下述份数为：甲基乙烯基硅橡胶生胶100份；补强填料20-30份；成瓷填料10-20份；甲基硅油0-8份；助熔填料0-40份；硫化剂2-4份。
实施例1
1)将100g硅橡胶和20份成瓷填料、0份助熔剂、30份的补强填料在双棍混炼机中共混10分钟，混合均匀；
2)将0份的甲基硅油加入到混炼机中继续共混；
3)将2.5份的硫化剂加入到混炼均匀的橡胶中，出片；
4)将上述3)所得的混炼橡胶在160℃，15Mpa压力下，硫化12分钟，制成所需样品，对其进行性能测试，成瓷强度及膨胀倍率以马弗炉950℃半小时为准，其性能如表1所示。
实施例2
1)将100g硅橡胶和20份成瓷填料、10份助熔剂、30份的补强填料在双棍混炼机中共混10分钟，混合均匀；
2)将0份的甲基硅油加入到混炼机中继续共混；
3)将2.5份的硫化剂加入到混炼均匀的橡胶中，出片；
4)将上述3)所得的混炼橡胶在160℃，15Mpa压力下，硫化12分钟，制成所需样品对其进行性能测试，成瓷强度及膨胀倍率以马弗炉950℃半小时为准，其性能如表1所示。
实施例3
1)将100g硅橡胶和20份成瓷填料、20份助熔剂、30份的补强填料在双棍混炼机中共混10分钟，混合均匀；
2)将0份的甲基硅油加入到混炼机中继续共混；
3)将2.5份的硫化剂加入到混炼均匀的橡胶中，出片；
4)将上述3)所得的混炼橡胶在160℃，15Mpa压力下，硫化12分钟，制成所需样品，对其进行性能测试，成瓷强度及膨胀倍率以马弗炉950℃半小时为准，其性能如表1所示。
实施例4
1)将100g硅橡胶和20份成瓷填料、30份助熔剂、30份的补强填料在双棍混炼机中共混10分钟，混合均匀；
2)将0份的甲基硅油加入到混炼机中继续共混；
3)将2.5份的硫化剂加入到混炼均匀的橡胶中，出片；
4)将上述3)所得的混炼橡胶在160℃，15Mpa压力下，硫化12分钟，制成所需样品，对其进行性能测试，成瓷强度及膨胀倍率以马弗炉950℃半小时为准，其性能如表1所示。
实施例5
1)将100g硅橡胶和20份成瓷填料、40份助熔剂、30份的补强填料在双棍混炼机中共混10分钟，混合均匀；
2)将0份的甲基硅油加入到混炼机中继续共混；
3)将2.5份的硫化剂加入到混炼均匀的橡胶中，出片；
4)将上述3)所得的混炼橡胶在160℃，15Mpa压力下，硫化12分钟，制成所需样品，对其进行性能测试，成瓷强度及膨胀倍率以马弗炉950℃半小时为准，在其性能如表1所示。
实施例6
1)将100g硅橡胶和20份成瓷填料、40份助熔剂、30份的补强填料在双棍混炼机中共混10分钟，混合均匀；
2)将6份的甲基硅油加入到混炼机中继续共混；
3)将2.5份的硫化剂加入到混炼均匀的橡胶中，出片；
4)将上述3)所得的混炼橡胶在160℃，15Mpa压力下，硫化12分钟，制成所需样品，对其进行性能测试，压缩强度及膨胀倍率以马弗炉950℃半小时为准，其性能如表1所示。
性能 拉伸强度(Mpa) 断裂伸长率(％) 邵氏A 压缩强度(Mpa) 膨胀倍率(％)
纯硅橡胶 4.89 313 64 0.21 47
实施例1 4.64 282 69 0.23 18
实施例2 3.96 274 70 1.34 -21
实施例3 3.57 267 72 3.02 -32
实施例4 3.14 242 74 2.97 35
实施例5 2.94 236 75 1.99 157
实施例6 3.78 321 66 2.01 176
由上表可见，应用于本发明技术方案的实施例样条的测试性能成瓷强度以及膨胀倍数均比纯硅橡胶有了很大改善，且材料的力学性能也满足一般要求的力学性能。也就是说，本发明所述的硅橡胶复合材料在膨胀的同时也保持其成瓷性能，力学性能也在硅油的加入后了很大改善，且满足平常应用的正常值，具有极高的创新价值。

Claims (7)

1.一种膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其特征在于具有下述质量份数：
硅橡胶100份
补强填料20-30份，以增强硅橡胶力学强度；
成瓷填料10-20份，用于高温下的共晶反应来生成陶瓷；
甲基硅油0-8份，以提高填料与硅橡胶的相容性；
助熔填料0-40份，以此降低发生共晶反应的温度
硫化剂2-4份，用于硅橡胶的交联。
2.根据权利要求1所述的膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其特征在于，所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，其分子量大于50万。
3.根据权利要求1所述的膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其特征在于所述的补强填料为碳酸钙、白炭黑、氧化锌、二氧化钛中的一种或者其组合。
4.根据权利要求1所述的膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其特征在于所述的成瓷填料为云母，高岭土，次磷酸铝，三聚磷酸铝，氧化铝中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其特征在于所述的助熔剂为熔点为500摄氏度和400摄氏度的玻璃粉比例为1:1的混合物。
6.根据权利要求1所述的膨胀可瓷硅橡胶复合材料，其特征在于上述所说的硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷(俗称双2,5)、2,4-二氯化氧化苯甲酰、或者过氧化二异丙苯中的一种或其组合。
7.根据权利要求1至6所述的可瓷硅橡胶复合材料，其特征在于通过以下方法制备得到：
1)将10-20份成瓷填料在烘箱中80℃下干燥7h，以备后续使用；
2)将上述的100份硅橡胶、补强填料20-30份、成瓷填料10-20份、助熔填料0-40份在双棍中混炼均匀；
3)将0-8份甲基硅油加入在双棍中混炼均匀；
4)将2-4份硫化剂加入到混炼均匀的橡胶中，出片；
5)将混炼好的硅橡胶在160℃，15Mpa压力下，硫化12分钟制成试片及圆柱体以备测试性能。
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