无卤阻燃硅橡胶的制备与性能研究

发布时间：2017-05-29 00:02

  本文关键词：无卤阻燃硅橡胶的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硅橡胶分子主链是Si-O键,具有很高的热稳定性,而且易燃性低,释放热量少、火焰蔓延速度低、无滴落现象及有毒气体释放,燃烧后其基体生成陶瓷化的碳硅保护层可阻隔热能的传播和氧气的交换,从而内部基体不易扩散到外面接触氧气和燃烧中产生的热量,起到良好的消防作用。由于其阻燃和耐高低温方面的特殊性能,硅橡胶作为新型的电缆材料取代了传统的云母、含卤电缆料。但是硅橡胶会发生阴燃现象,要预防火灾,就必须要切断其外部的热源,过高的温度和电压都可能导致阴燃转变为有焰燃烧。因此,如何让硅橡胶能适应更高的温度和电压,实现阻燃目地,电线电缆等行业正积极地探索以备市场广泛的应用。研究内容和主要结果如下:(1)研究了氢氧化铝(ATH)/硼酸锌(ZB)复配阻燃剂对硅橡胶(SR)力学性能和阻燃性能的影响,并进行了锥形量热、热失重(TG)分析和SEM照片分析。结果表明,当ATH、ZB独立使用时,随着ATH或者ZB用量的增加,硅橡胶的氧指数值(LOI)提高,力学性能降低。当20份ATH与10份ZB同时使用时,能发挥较好的协同阻燃作用,硅橡胶的LOI升到35.5%,UL-94测试达到V-1级;而且在锥形量热分析中,其可以降低硅橡胶热释放速率,减少其总释放热量,提高硅橡胶的阻燃性能;TG曲线表明,在空气条件下SR/ATH/ZB体系在降解的前期阶段具有较高的热氧稳定性;SEM照片显示ATH和ZB复配阻燃的硅橡胶燃烧后形成一种较为致密的坚硬保护层结构,阻隔热量、延缓火焰蔓延,提高了硅橡胶的阻燃性。(2)研究了聚磷酸铵(APP)/氢氧化铝(ATH)复配阻燃剂对硅橡胶(SR)力学性能和阻燃性能的影响,并进行了锥形量热、热失重(TG)分析以探讨APP/ATH复配阻燃剂对硅橡胶的阻燃机理。结果表明:当APP、ATH独立使用时,随着APP或者ATH加入量增多,硅橡胶的LOI逐渐增高,但物理性能降低;当APP、ATH同时使用时,样品的LOI比单独使用ATH或者APP的均要小,而且在垂直燃烧测试和锥形量热测试中阻燃性能下降;在氮气高温条件下,无论是何种阻燃剂加入硅橡胶后,其热降解过程均提前许多;在空气条件下,APP/ATH填充硅橡胶后,其热稳定性被恶化;从硅橡胶燃烧灰烬照片看到,单独使用APP时,硅橡胶灰烬表面结构连续而完整,而APP与ATH复配后,在高温下发生反应致其灰烬表明呈颗粒状,容易坍塌脱落,导致硅橡胶的阻燃性能下降。(3)研究了聚磷酸铵(APP)/三聚氰胺(MEL)复配膨胀阻燃剂对硅橡胶(SR)力学性能和阻燃性能的影响,并进行了锥形量热、热失重(TG)分析和SEM照片分析。结果显示:添加30份APP使硅橡胶的LOI值上升到31.3%,并且垂直燃烧测试中,出现离火自熄现象,且达到美国标准UL94 V-0级别。在30份APP的基础上加入0~10份MEL,随着MEL份数的递增,硅橡胶的LOI缓慢的增加但增幅不大,垂直燃烧测试依然保持V-0级别,而硅橡胶的的力学性恶化程度越严重。锥形量热分析显示,APP/MEL增大了硅橡胶的燃烧性。TG分析显示,加入APP/MEL膨胀阻燃剂的硅橡胶,其热降解分为两个阶段:第一个阶段,温度为320~380oC,对应APP和MEL的气相阻燃作用,MEL有利于APP的气相阻燃;在380~540oC的第二阶段,MEL不利于APP对硅橡胶的成炭作用,使得其热稳定性减小。总体而言,APP/MEL改变了硅橡胶的降解模式,使得其热降解过程大幅度地提前,明显地降低了它的热稳定性。SEM照片显示MEL配合APP加入硅橡胶中,样品燃烧后的灰烬表面呈现大小不一的气孔,说明APP/MEL对硅橡胶的气相阻燃效果明显。
【关键词】：硅橡胶 阻燃性能 氢氧化铝 硼酸锌 聚磷酸铵 三聚氰胺
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ333.93
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 硅橡胶概述12-13
• 1.1.1 硅橡胶的结构12-13
• 1.1.2 热硫化硅橡胶的基本性质13
• 1.2 高温硫化阻燃硅橡胶13-16
• 1.2.1 高温硫化阻燃硅橡胶的组成部分14-15
• 1.2.2 高温硫化阻燃硅橡胶的制备工艺15-16
• 1.3 硅橡胶的热降解、阻燃机理16-20
• 1.3.1 硅橡胶热降解研究进展16-18
• 1.3.2 硅橡胶的燃烧特点18-19
• 1.3.3 阻燃机理19-20
• 1.3.4 阻燃思路20
• 1.4 常用的无机阻燃剂20-24
• 1.4.1 聚磷酸铵（APP）20-22
• 1.4.2 氢氧化铝、氢氧化镁22-23
• 1.4.3 硼酸锌23-24
• 1.5 硅橡胶阻燃技术24-27
• 1.5.1 催化阻燃技术24-26
• 1.5.2 微胶囊阻燃技术26
• 1.5.3 纳米技术26-27
• 1.5.4 陶瓷化阻燃技术27
• 1.5.5 膨胀阻燃技术27
• 1.6 本课题的意义、主要内容及创新点27-30
• 1.6.1 本课题的意义27-28
• 1.6.2 本课题的研究内容28
• 1.6.3 本课题的创新之处28-30
• 第二章 ATH/ZB复配阻燃硅橡胶的研究30-47
• 2.1 引言30
• 2.2 实验部分30-32
• 2.2.1 主要原材料30-31
• 2.2.2 仪器与设备31
• 2.2.3 试样制备31
• 2.2.4 分析与测试31-32
• 2.3 结果与讨论32-45
• 2.3.1 硫化剂用量对硅橡胶力学性能的影响32
• 2.3.2 SR/ATH/ZB复合材料的力学性能32-36
• 2.3.3 SR/ATH/ZB复合材料的阻燃性能36-38
• 2.3.4 SR/ATH/ZB复合材料的热稳定性和热氧稳定性38-41
• 2.3.5 SR/ATH/ZB复合材料锥形量热仪测试41-44
• 2.3.6 阻燃硅橡胶燃烧灰烬的SEM照片44-45
• 2.4 本章小结45-47
• 第三章 APP/ATH复配阻燃硅橡胶的研究47-65
• 3.1 引言47
• 3.2 实验部分47-49
• 3.2.1 主要原材料47-48
• 3.2.2 仪器与设备48
• 3.2.3 试样制备48
• 3.2.4 分析与测试48-49
• 3.3 结果与讨论49-63
• 3.3.1 SR/APP/ATH复合材料的力学性能49-52
• 3.3.2 SR/APP/ATH复合材料的阻燃性能52-55
• 3.3.3 SR/APP/ATH复合材料的热稳定性和热氧气稳定性55-59
• 3.3.4 SR/APP/ATH复合材料锥形量热测试59-62
• 3.3.5 SR/APP/ATH复合材料的阻燃机理62-63
• 3.4 本章小结63-65
• 第四章 APP/MEL复配阻燃硅橡胶的研究65-78
• 4.1 引言65
• 4.2 实验部分65-67
• 4.2.1 主要原材料65
• 4.2.2 仪器与设备65-66
• 4.2.3 试样制备66
• 4.2.4 分析与测试66-67
• 4.3 结果与讨论67-76
• 4.3.1 SR/APP/MEL复合材料的力学性能67-69
• 4.3.2 SR/APP/MEL复合材料的阻燃性能69-70
• 4.3.3 SR/APP/MEL复合材料的热重分析70-72
• 4.3.4 SR/APP/MEL复合材料锥形量热仪测试72-74
• 4.3.5 扫描电镜分析74-75
• 4.3.6 APP/MEL阻燃机理75-76
• 4.4 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-87
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果87-88
• 致谢88-89
• 附件89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杜春毅;王正洲;;硅橡胶膨胀型阻燃和热分解特性分析[J];高分子材料科学与工程;2008年05期

2 郑俊萍,苏正涛,蔡宝连;过渡金属氧化物对硅橡胶耐热性的影响[J];合成橡胶工业;1997年05期

3 何颖,李春忠,干路平,丛德滋,胡彦杰;纳米二氧化硅补强硅橡胶的结构及性能[J];华东理工大学学报(自然科学版);2005年04期

4 王鹤;竺珠;赵树高;史新妍;;氢氧化铝和硼酸锌对乙烯-乙酸乙烯酯橡胶/丁腈橡胶共混胶阻燃性能的影响[J];合成橡胶工业;2012年05期

5 刘继红;王建华;;三聚氰胺系阻燃剂在尼龙中的应用[J];塑料助剂;2005年06期

6 崔健;聚磷酸铵阻燃剂技术进展及应用[J];现代塑料加工应用;2000年02期

7 王明清;橡胶的阻燃技术进展[J];橡胶工业;2004年05期

8 亢庆卫,罗权q;以三氧化二锑为协效剂的复合阻燃剂对MVQ硫化胶阻燃性能的影响[J];橡胶工业;2004年11期

9 郭建华;罗昆;曾幸荣;;氢氧化铝填充型阻燃硅橡胶的性能研究[J];橡胶工业;2007年08期

10 张旭文;姜宏伟;;耐高温无卤阻燃硅橡胶的研究[J];橡胶工业;2010年05期

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本文编号：403698