黏土/甲基乙烯基硅橡胶可瓷化复合材料的制备及其热稳定性研究

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可瓷化高分子复合材料作为一种新型的阻燃防火材料,在被动防火领域已获广泛应用,有望取代传统的防火材料。这种材料在火焰烧蚀条件下,低烟、无毒、无熔融滴落,可转变为坚硬的陶瓷体,保持原有的形状和尺寸不改变。结构完整的自支撑陶瓷体能有效的阻碍物质对流和热量传输,抑制材料内部物质挥发损耗的同时,阻隔外界热量向材料内部扩散,阻隔火焰的蔓延。加强可瓷化高分子复合材料的应用研究对推动防火材料的发展,提高技术水平有积极作用。本文以甲基乙烯基硅橡胶(MVMQ)为基体,改性黏土矿物粉末为填料,低熔点玻璃粉/硼酸为结构控制剂,过氧化苯甲酰为硅橡胶交联剂,采用直接共混法制备黏土/硅橡胶可瓷化复合材料。首先,采用氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对黏土矿物粉末进行有机改性,通过正交实验法确定黏土粉末改性的最佳条件。采用吸光度法、渗透时间法和红外光谱法对改性效果进行表征。研究发现采用KH-550改性高岭土、云母和滑石的最佳用量分别为黏土粉末总重的2wt.%,3wt.%和3wt.%。最佳改性条件分别为:90℃,30min; 100℃, 50min和90℃,40min。然后,采用传统的熔体冷却法制备磷酸盐体系(P2O5-ZnO-B2O3,简称PZB)低熔点玻璃粉末。通过热机械分析法(TMA)、差示扫描量热法(DSC)和纽扣法确定该体系低熔点玻璃的软化温度范围为600~700℃。最后,采用直接共混法制备黏土/硅橡胶可瓷化复合材料。通过热分析技术(DSC-TG)、X射线衍射技术(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对样品的热稳定性及组织结构进行表征。研究结构控制剂种类、含量以及黏土矿物粉末(高岭土)对甲基乙烯基硅橡胶热稳定性的影响。实验结果表明:1)黏土矿物粉末可以改善硅橡胶的柔韧性和热稳定性,高温下能形成陶瓷骨架;2)以硼酸作为低熔点结构控制剂的复合物试样起始降解温度(T0.05)、峰值降解温度(Tmax)、物质残余量、以及明火点燃时间(TTI)和火焰持续时间分别为:108.5℃、500.0℃、48.68wt.%、29.08s和10.65s,具有比PZB玻璃粉末更好的优越性;3)10wt.%的PZB低熔点玻璃添加量,对复合材料热稳定性的改善最为明显。复合物的T0.05、Tmax和物质残余量分别为:260.4℃、409.6℃和50.82wt.%。4)黏土/硅橡胶可瓷化复合材料的瓷化机理主要是液相的桥连作用。
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