基于硅橡胶/硼酸锌可瓷化复合多孔材料的制备与阻燃性能

新能源正处于高速发展的阶段,但是也面临着电池、安全等诸多问题。其中锂电池爆燃问题限制了新能源车的发展。针对这一问题,以有良好附着性的硅橡胶为基体,加入硼酸锌作为阻燃材料,研究复合硅藻土-硅橡胶材料的阻燃性能和高温下的瓷化效果。通过SEM、XRD、TG等检测方法,对该复合材料进行了表征。结果表明:样品具有良好的阻燃效果。样品内部的硼酸锌在热解条件下产生B2O3,高温煅烧下加速复合硅橡胶的热解并与SiO_(2)发生共熔,促进瓷化过程,产生连续的桥连结构。该研究有助于减缓锂电池的燃烧阻燃问题,降低新能源车的燃烧危害。

硼系化合物对可瓷化硅橡胶复合材料性能的影响

研究硼系化合物B1(粒径为5~10μm)/B2(粒径为2~3μm)用量比对可瓷化硅橡胶复合材料物理性能和热稳定性的影响,以及不同烧蚀温度下可瓷化硅橡胶复合材料陶瓷体的微观形貌和物相演变。结果表明:当硼系化合物B1/B2用量比为30/20时,可瓷化硅橡胶复合材料的拉伸强度和拉断伸长率均最大,分别为4.11 MPa和255%;在较低烧蚀温度(600~800℃)下,随着硼系化合物B1/B2用量比的增大,可瓷化硅橡胶复合材料陶瓷体的弯曲强度增大、线性收缩率减小,但变化不大;在较高烧蚀温度(800~900℃)下,可瓷化硅橡胶复合材料陶瓷体的弯曲强度先减小后增大,体系中生成的液相物质较多,形成了致密的陶瓷层,从而减缓了热量传递,阻碍了氧气对内部材料的氧化,提高了复合材料的热稳定性,增大了陶瓷体的弯曲强度。

硅橡胶/黏土可瓷化复合材料的热行为及微观结构

添加无机填料可改善硅橡胶烧蚀陶瓷残余物的强度,从而加强其结构完整性和高温稳定性。以甲基乙烯基硅橡胶为基体,以黏土矿物为填料制备硅橡胶/黏土可瓷化高分子复合材料,利用TG/DSC等热分析技术研究该材料的热稳定性。结果表明,添加黏土矿物可以改善硅橡胶的热稳定性,使其分解温度提高100℃左右。通过XRD分析和SEM观察发现:除少量杂质相之外,硅橡胶经600℃烧蚀后的物相主要为方石英,1 200℃烧蚀后的物相为莫来石和方石英,微观形貌特征分别为不致密絮状结构(600℃烧蚀后)和液相桥连的多孔结构(1 200℃烧蚀后)。根据试验结果分析复合材料的瓷化机理。

可瓷化高分子复合防火材料的研究进展

可瓷化高分子复合材料是一种新型防火材料,是在含硅的高分子(如硅橡胶)基体中加入粘土类矿物粉末填料、结构控制剂以及其它助剂制备而成的。这种复合材料在室温下具有普通电线/电缆绝缘层材料的性质,遇高温燃烧时形成坚硬的陶瓷保护层,可以起到隔绝火焰和防火的作用。该文系统阐述可瓷化高分子复合防火材料的特性、防火机理及制备的研究进展,指出通过对有机硅补强、粘土矿物改性以及制备工艺的研究,提高可瓷化高分子复合防火材料的性能,实现其低成本工业化生产是今后主要的发展方向。

可瓷化交联乙烯-醋酸乙烯共聚物复合材料的制备与性能

采用过氧化二异丙基苯(BIPB)作为交联剂对乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)进行交联改性。红外光谱和凝胶质量分数测试证明改性后的EVA形成了一种交联结构,其凝胶含量约为99.3%。进一步研究了EVA/硅酸盐玻璃粉(SGF)/聚磷酸铵(APP)复合体系中基体的交联程度,其值为98.8%,表明填料的添加对基体的交联反应几乎没有影响。动态流变分析表明,交联改性EVA复合材料比未改性的具有更高的剪切黏度和熔体强度。热重分析表明,交联改性能够提升复合材料的热稳定性,质量损失为5%时的温度为329℃,高于未改性的311℃。耐火性能测试表明,交联改性复合材料的烧蚀残余物弯曲强度随烧蚀温度的升高而增大,在1000℃时的弯曲强度是未改性样品的1.94倍,并且在烧蚀过程中能够很好地支撑其残渣质量,扫描电镜图片也显示其陶瓷体的结构更致密、表面裂纹相对更少。因此,基体的交联改性改善了材料的耐火性能。

可瓷化阻燃耐火硅橡胶研究进展

可瓷化阻燃耐火硅橡胶复合材料是一种新型的防火材料,是在硅橡胶基体中加入无机矿物粉末填料,结构控制剂和其它助剂等制备而成的耐火、阻燃材料。这种材料在常温下具有一般聚合物的优良性能,在遇到高温或是火焰烧蚀时,硅橡胶复合材料可形成坚硬的陶瓷保护层,起到隔绝火焰和防火的作用,从而保证了在火灾情况下电力和通信的正常工作。系统的介绍了硅橡胶基体的分解机理,可瓷化耐火硅橡胶的耐火机理和阻燃机理,总结了包括云母、碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁在内的无机填料在陶瓷化过程中的作用和对复合材料的影响,且在这些基础上对可瓷化耐火硅橡胶今后的发展方向做了展望。

可瓷化的纳米蒙脱土/EPDM绝热材料

根据纳米材料的优异阻燃性能和蒙脱土对聚合物材料的瓷化阻燃作用,提出了EPDM橡胶绝热材料新的研究方向——碳层的可瓷化。在EPDM橡胶中添加熔点较低的有机改性纳米蒙脱土后,蒙脱土在燃气流的烧蚀与冲刷作用下发生熔融,形成的黏性液体可以与裂解碳层发生物理交联,阻挡裂解气体的挥发和碳层的脱落,达到提高绝热材料抗烧蚀、抗冲刷性能和降低烟雾信号的目的。结果表明:蒙脱土与SiO2的用量比在13∶27时各项性能最优,此时,烟雾信号比未添加蒙脱土的提高约50%。

白云母与玻璃粉配合对可瓷化阻燃硅橡胶泡沫性能的影响

以甲基乙烯基硅橡胶为基胶,气相法白炭黑为填料,白云母/玻璃粉为复合瓷化填料,考察了白云母/玻璃粉联用对可瓷化阻燃硅橡胶泡沫性能的影响。结果表明:随着白云母与玻璃粉质量比的逐渐增大,可瓷化阻燃硅橡胶泡沫的表观密度变化幅度较大。保持白云母/玻璃粉用量为16份,当白云母与玻璃粉质量比为12∶4时,硅橡胶的发泡效果较好;随着白云母用量的减少,氧指数呈现先上升后基本保持平衡的变化趋势;保持白云母与玻璃粉质量比为5∶3,随着白云母/玻璃粉用量的增加,可瓷化阻燃硅橡胶的表观密度呈现逐步上升的趋势,当白云母/玻璃粉用量为3份时,可瓷化阻燃硅橡胶泡沫的综合性能较好。

电池用隔热防火可瓷化硅橡胶复合材料

以甲基乙烯基硅橡胶为基体,云母为成瓷填料,气凝胶、海泡石纤维、空心玻璃微珠3种无机材料分别为隔热填料,通过共混法制备了隔热防火可瓷化硅橡胶复合材料,并对复合材料烧结前的力学性能、密度、导热系数以及烧结后形成的多孔陶瓷材料的密度、导热系数和烧结形貌进行表征。结果表明:在高温下,采用海泡石纤维制备的隔热防火可瓷化复合材料的隔热性能优于另外两种;隔热防火可瓷化硅橡胶复合材料常温下的导热系数高于传统可瓷化硅橡胶,烧结后的导热系数最低可达0.074 W/(m·K);烧结后复合材料的外观形貌完整,无明显裂纹,有望应用于新能源电池隔热防火界面材料领域。

聚乙烯基倍半硅氧烷及其可瓷化复合材料的制备与性能

以乙烯基三甲氧基硅氧烷(VTMS)为单体,采用水解缩合的方法制备了聚乙烯基倍半硅氧烷(PVSQ),对PVSQ的固化机制、固化温度以及热稳定性进行研究。结果表明以低毒性的乙醇取代甲苯为溶剂、能于150℃中温固化的PVSQ可作为硅基可瓷化防热复合材料的基体使用。通过SEM、EDS、XRD对添加TiB2、云母等成瓷填料制备的PVSQ复合材料的陶瓷化性能进行研究。结果表明材料在800～1 200℃热处理30 min后失重率仅为0. 29%～4. 15%,体积收缩率为5. 20%～15. 08%,高温下成瓷填料与材料热解产物之间发生原位陶瓷化反应,产生大量玻璃相起到基体桥接作用,促进尺寸、形状稳定的陶瓷体形成。

氮化硼/硅橡胶可瓷化复合材料的制备及性能研究

以硅橡胶为基体材料、氮化硼为成瓷填料、短切碳纤维为补强填料,制备出硅橡胶可瓷化复合材料,研究氮化硼用量对硅橡胶可瓷化复合材料性能的影响。结果表明:随着氮化硼用量的增大,硅橡胶可瓷化复合材料的物理性能提高,当氮化硼用量为20份时,复合材料的拉伸强度和拉断伸长率均达到最大值;复合材料高温热解产物的弯曲强度随着氮化硼用量的增大而逐渐增大;复合材料中氮化硼的X射线衍射峰强度随其用量的增大而逐渐增强;当氮化硼用量为40份时,高温热解产物表面形成了坚硬、致密的陶瓷层,能够有效地阻止热量传递。

低熔点玻璃粉/硅橡胶可瓷化复合材料的制备与性能

以硅橡胶为基体、低熔点玻璃粉为填料制备高温可瓷化硅橡胶复合材料，并对其结构与性能进行研究。结果表明：经偶联剂KH-560包覆的玻璃粉在硅橡胶中的分散性获得改善，拉伸强度提高；玻璃粉／硅橡胶复合材料在400～700℃的热空气中加热1h即可瓷化，填料的表面处理对复合材料的瓷化效果无明显影响。

低熔点助熔剂对可瓷化硅橡胶泡沫材料性能的影响

通过添加物理发泡剂和助熔剂首次制得可陶瓷化的硅橡胶泡沫复合材料,并对其结构、性能以及物相变化进行了研究。结果表明,助熔剂的加入降低了硅橡胶的分解温度,且热处理后材料的质量残留率随着助熔剂用量的增加而升高;复合材料在1 000℃下能形成完整的陶瓷骨架结构,且保持了良好的泡孔形貌,材料的压缩强度最佳;当温度高于1 000℃时,材料的压缩强度有所降低,此时材料分解产生了二氧化硅,同时体系中有硅酸镁生成。此种可瓷化硅橡胶泡沫材料不仅对硅橡胶泡沫在极端条件下的应用做出探索,也对可瓷化复合材料的轻量化研究具有重要意义。

高岭土填充硅橡胶可瓷化耐火复合材料研究

本文采用不同粒径的高岭土填充硅橡胶制备可瓷化硅橡胶耐火复合材料，并进一步制备出耐火电缆测试其耐火性能。研究结果表明，在填料不做偶联剂表面处理的情况下，填料的加入会大大降低硅橡胶的拉伸强度，并且高岭土对拉伸强度的影响大于成瓷填料。成瓷填料可以有效的将高岭土和硅橡胶基体热分解产生的二氧化硅粘合在一起形成比较致密的陶瓷层，从而赋予了制备出的耐火电缆良好的耐火性能。

可瓷化阻燃耐火硅橡胶材料研究综述

新型防火材料可瓷化橡胶是一种性能良好的新型防火材料,其可应用于制作防火的电线电缆的原材料。这种材料常温下同普通聚合物一样性能良好,高温时可以形成陶瓷保护层,与火焰隔离起到防火作用。本文从可瓷化硅橡胶组成、分解机理、瓷化机理、填料、制备工艺、应用等方面进行阐述,以期对实际应用有所帮助。

可瓷化三元乙丙橡胶的制备及烧蚀性能

根据云母粉对聚合物材料的瓷化阻燃作用,以三元乙丙(EPDM)为基体,通过添加云母粉,在高温有氧环境下,使云母粉发生熔融,与裂解碳层发生物理交联,形成致密陶瓷复合结构,达到高温耐烧蚀的目的。本文通过形貌分析(SEM)、质量烧蚀率、X射线衍射仪(XRD),研究不同温度段下,云母粉对EPDM烧蚀性能的影响,发现在1100?C,云母粉形成了以莫来石为主晶相的陶瓷层,获得较好的烧蚀性能。

可瓷化聚氨酯泡沫复合材料的制备和阻燃性能

以白云母(mica)、聚磷酸铵(APP)和可膨胀石墨(EG)为阻燃剂,采用一步全水发泡法制备了可瓷化聚氨酯泡沫复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热失重分析仪和极限氧指数仪(LOI)对产物的显微结构、物相、热降解过程和阻燃性能进行了表征与分析。结果表明,mica/APP/EG复配体系能够使可瓷化聚氨酯泡沫复合材料高温烧蚀后的残留产物形成多孔陶瓷相结构,即成功制备出可瓷化聚氨酯泡沫复合材料,陶瓷层的主要成分为AlPO_4、KAl_3Si_3O_(11)和KAl5O8,当mica含量为泡沫总质量的20%,APP含量为8%,EG含量为2%时,PU/mica/APP/EG800℃时的残留率较聚氨酯(PU)提高了299%,表明复合材料不仅耐高温而且高温残留率高,PU/mica/APP/EG的LOI值高达34.5%,阻燃性能优异。

AlB_(2)对高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料及其裂解产物力学性能的影响

以AlB_(2)和SiC颗粒填充酚醛树脂作为基体,高硅氧纤维作为增强体,制备了高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料。研究了不同添加量的AlB_(2)颗粒对高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料常温和1200℃裂解产物性能的影响,并分析了AlB_(2)颗粒对其裂解产物的增强机制。结果表明:随着AlB_(2)颗粒的添加,高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料常温下的弯曲强度逐渐减小,但其1200℃裂解产物的弯曲强度先增大后减小。当AlB_(2)颗粒与酚醛树脂的质量比为12%时,裂解产物的弯曲强度提高最为显著,相比未添加AlB_(2)颗粒的复合材料,其裂解产物的弯曲强度提高了16.4%。AlB_(2)颗粒在1200℃有氧环境中反应生成由B_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)和Al_(20)B_(4)O_(36)组成的共熔体,填充了树脂基体裂解产生的孔隙,明显减少复合材料裂解产物的结构缺陷,阻止内部材料进一步氧化,提高了裂解产物的力学性能。

碳酸锂对氟金云母/硅橡胶复合材料瓷化性能的影响

以氟金云母为成瓷填料,碳酸锂为助熔剂,制备可瓷化硅橡胶复合材料,研究碳酸锂用量对氟金云母/硅橡胶复合材料瓷化性能的影响。结果表明,当碳酸锂用量为3份时,氟金云母/硅橡胶复合材料的综合性能最好,经1000℃处理1 h后,其陶瓷体的三点弯曲强度达3.57 MPa。扫描电子显微镜和X射线衍射分析结果表明,1000℃时碳酸锂产生液相,将氟金云母和白炭黑粘结起来,并与氟金云母发生共晶反应,生成LiAl(SiO3)2晶体,提高了氟金云母/硅橡胶复合材料的瓷化性能。

石英纤维增强可瓷化硼酚醛耐烧蚀复合材料研究

以硼酚醛树脂为基体,石英纤维为增强体,氧化硅、石墨及云母为陶瓷填料制备了可瓷化复合材料。通过1400℃下烧结前后材料的力学性能测试、氧-乙炔焰(2100℃)烧蚀性能测试,扫描电镜、热重分析及X射线衍射分析研究了不同含量陶瓷填料对石英纤维增强可瓷化硼酚醛树脂复合材料性能的影响。结果表明,常温下石英纤维增强可瓷化硼酚醛树脂复合材料的弯曲强度随着陶瓷填料含量的增加呈先升高后降低的趋势,最高可达到220.62 MPa,经过1400℃马弗炉烧蚀后,弯曲强度最高可达19.10 MPa。随着陶瓷填料含量的增加,复合材料的耐烧蚀性能提高,质量烧蚀率和线烧蚀率最低可分别达到0.050g/s和0.0187mm/s。陶瓷填料经1400℃高温处理后在一定程度下可生成SiC,使材料转变为含碳化硅的陶瓷基复合材料,提高了复合材料的弯曲强度、耐烧蚀性和耐高温性。与通常碳化硅陶瓷复合材料相比,该制备工艺简单,可大规模生产,实现了陶瓷基复合材料的低成本化。