阻燃硅橡胶材料的制备与性能分析

关 程，赵 丹，孟祥耀沈阳理工大学，辽宁沈阳 110159

阻燃硅橡胶材料的制备与性能分析

关 程，赵 丹，孟祥耀
沈阳理工大学，辽宁沈阳 110159

硅橡胶材料是一种优良的绝缘橡胶材料，具有耐臭氧、耐高温等特点。但这种材料的最大缺点是具有易燃性，需要有良好性能的阻燃剂来克服这一缺点。本文分析了阻燃硅橡胶的制备与性能，探讨了几种常用阻燃剂对硅橡胶的阻燃影响，以提升这种材料的阻燃性能，扩大其适用范围。

硅橡胶材料；阻燃剂；制备；性能分析

目前，对硅橡胶有良好阻燃作用的阻燃剂有许多，例如卤系阻燃剂中的氯化石蜡和磷系阻燃剂中的红磷及磷酸酯等。但其燃烧时会产生有害气体，污染空气和环境。因此，近年来，研究人员不断探索能够替换这些阻燃剂的新型阻燃剂，使硅橡胶材料既能够有较好的阻燃性能，又能够起到保护环境的作用。下文分析了阻燃硅橡胶材料的制备及性能，对几种阻燃剂的性能做了比较，以不断提高阻燃硅橡胶材料的制备。

1 阻燃硅橡胶材料的制备及性能分析

1.1阻燃硅橡胶材料的制备

阻燃硅橡胶材料的制备需要一些必要的材料和化学制剂，分别是白炭黑、催化剂、阻燃剂、交联剂、电子分析天平、数显鼓风干燥箱、循环水式真空泵以及机械秒表等。其阻燃硅橡胶材料的制备过程如图1所示。

图1　阻燃硅橡胶材料的制备示意图

首先将白炭黑分批倒入至硅橡胶材料中，并搅拌均匀。分批加入过程中，每次加入时需停顿30min，使白炭黑能充分分散。由于白炭黑具有较强的黏稠度，每次加入时的量应尽可能地少。其次，A组分的制备需要分别将交联剂和白炭黑加入硅橡胶中，搅拌均匀。B组分的制备是将催化剂滴入到阻燃剂粉体中，搅拌均匀备用。最后将A、B两个组分合在一起强力搅拌分散均匀，放入锥形瓶中，并利用真空泵抽真空。去除硅橡胶材料上的气泡以后，将其涂抹在事先准备好的玻璃片上，并在150℃的温度下进行烘干，用刀片刮下玻璃片上的固体硅橡胶材料放入样品袋。

1.2硅橡胶材料的阻燃性能分析

性能分析包括3个部分：阻燃性能测试、撕裂强度测试以及拉伸长度测试。阻燃性能测试是用镊子将样品夹住放置酒精灯上直接接触火焰7s，然后移开，观察样品并记录燃烧时间。撕裂强度测试是用500g砝码直接压在对折样品的上方，待一段时间后取下，观察样品的裂痕状况，其裂痕长度共分为5级。拉伸长度测试是将样品的一段先固定住，然后用镊子夹住另一端，利用橡皮筋每次拉伸样品2mm，用游标卡尺记录橡皮筋的拉伸长度，利用橡皮筋的拉伸长度间接计算出样品的拉伸长度。样品的拉伸长度共分为10级。

下文详细分析几种阻燃剂对硅橡胶材料的阻燃性能影响，探索出能发挥最大效用的阻燃剂用量，以此为基础探讨具有高效阻燃性能的硅橡胶材料的制备。

2 几种阻燃剂的阻燃性能分析

2.1氢氧化铝/氧化铁阻燃剂

这种阻燃剂通过改变氢氧化铝和氧化铁的用量，测试硅橡胶材料的阻燃性能，并据此计算出能发挥这种阻燃剂最大阻燃效用的用量。随着氢氧化铝和氧化铁制剂用量的加大，硅橡胶材料的拉伸强度不断增加。在阻燃剂为8.75g时，其拉伸强度为6级；若用量低于6.25g，则这种氢氧化铝/氧化铁阻燃剂的阻燃性能不够显著；在阻燃剂大于6.25g时，硅橡胶材料的阻燃性能明显提高。在阻燃剂用量达到8.75g时，其阻燃性能显著下降至三级，撕裂强度也下降为二级。

在阻燃硅橡胶的制备中，白炭黑和催化剂的用量也会影响硅橡胶材料的阻燃效果。在白炭黑用量增加时，由于白炭黑的颗粒在硅橡胶中很容易聚集为大颗粒，导致其结构发生改变，阻碍其与硅橡胶材料的交互作用，降低硫化效果，使材料的搅拌流动性能变差，增加其固化所用的时间，影响其拉伸性能。催化剂可以显著缩短材料所需要的固化时间，增加其搅拌流动性。经试验证明，在催化剂的用量大于0.3g的情况下，硅橡胶的阻燃性能会渐渐减弱；在催化剂的用量小于0.3g的情况下，材料的阻燃性能则会逐渐增强。而在用量等于0.3g时，材料的阻燃性能最强，拉伸长度变为六级，撕裂性能也较好。

2.2氢氧化铝/氧化铁/氧化铜复合阻燃剂

在氢氧化铝和氧化铁阻燃剂中加入氧化铜后，其阻燃效能有明显提升。在这三者之间存在显著地协同阻燃作用，使用少量的氧化铜可有助于提高材料的阻燃性能和撕裂强度，但同时会降低其拉伸强度。在氧化铜用量逐渐加大时，材料所用的固化时间也在不断增加。在氧化铜用量低于0.15g的情况下，材料的阻燃性能未有显著提升。氧化铜用量在0.15和0.3g两者之间的情况下，其阻燃性能处于平均水平。在氧化铜用量大于0.3g时，硅橡胶材料的阻燃性能有较明显地提升，但其固化时间明显延长。

在加入促进剂氧化锌之后，可大大减少材料的固化时间，增强其拉伸长度性能。当氧化锌用量的逐渐增加时，材料的阻燃性能趋势表现为先下降后上升。在氧化锌用量低于0.25g时，其撕裂强度表现不明显。在用量达到0.3g时，其撕裂强度急剧下降。当氧化锌用量达到0.2g时，材料的阻燃性能明显，拉伸长度达到8级。因此，氧化锌用量应为0.2g。

2.3氢氧化铝/氧化铁/稀土氧化物复合阻燃剂

稀土氧化物加入进氢氧化铝和氧化铁的复合阻燃剂中，对提高材料的阻燃效能有明显的帮助作用。稀土氧化物能在能在热空气老化状态中发生氧化还原反应，阻碍硅橡胶材料的燃烧过程。稀土氧化物在发生还原反应的过程还会产生一些络合物，使氧化过程无法进行，在一定程度上对硅橡胶材料也起到了阻燃的作用。

经实验证明，这三者之间有优良的协同阻燃效果。稀土氧化物的用量多少直接影响着材料的阻燃效能和撕裂强度，但对其固化时间和拉伸长度的影响作用较小。在氧化镱用量逐渐加大时，硅橡胶材料的阻燃性能趋势表现为先下降后上升。这是因为最初氧化镱的用量较少，在氧化反应中捕捉的自由基较少，导致阻燃效果不明显。同时，氧化镱与自由基之间存在的化学反应是一种放热反应。若氧化镱用量过多，会引起隐燃现象，反而会降低硅橡胶材料的阻燃效果。此外，稀土氧化物的成本较高，处于经济效益的考虑，其不宜在实际中大量使用。因此，考虑各方面因素，氧化镱的用量在0.075g时能发挥出最大的阻燃效用。

3 结论

硅橡胶材料的阻燃剂研究一直是硅橡胶研究领域的前沿课题，关系到硅橡胶材料的应用和发展，也关系到国家科技水平的提高。本文探讨了阻燃硅橡胶材料的制备以及几种阻燃剂对其的性能影响，分析了硅橡胶材料的阻燃机理，总结了这3种阻燃剂的阻燃功能，并以此为基础，分析出能发挥最大效用的阻燃剂用量。随着硅橡胶材料阻燃研究的不断深入，未来硅橡胶材料应朝着多种阻燃剂协同阻燃的方向发展，减少阻燃剂用量的同时降低成本。

TQ33

A

1674-6708（2016）170-0121-01

关程，沈阳理工大学。赵丹，沈阳理工大学。孟祥耀，沈阳理工大学。

［1］孙名伟，刘涛，马凤国.阻燃硅橡胶的研究进展［J］.有机硅材料，2014（4）：326-333.

［2］任文坛，高璐.阻燃硅橡胶材料的研究及其进展［J］.特种橡胶制品，2012（5）：68-73.