硅橡膠具有燃燒緩慢、無熔滴、無毒性氣體釋放的特點,在防火與阻燃材料領域應用廣泛。陶瓷化硅橡膠是一種新型防火材料,其在室溫下的性能與普通橡膠材料相同,但在高溫下卻能夠形成致密而堅硬的陶瓷體,以阻止火焰蔓延。近年來,陶瓷化硅橡膠的研究引起眾多專家學者的關注。
陶瓷化聚合物材料,在燃燒后依舊可以保有完整的結構
圖1 燃燒時填料會與基體的熱解產物二氧化硅產生共晶現象,形成一層堅硬的陶瓷層
目前已研究過的可陶瓷化的聚合物有許多種, 但最成功的還是陶瓷化硅橡膠。因為硅橡膠本身便擁有良好的熱穩定性,且燃燒時Si-O結構會轉變成連續、抗氧化、絕緣的網絡狀二氧化硅灰燼覆蓋在表面,不僅能阻止進一步燒蝕,而這些二氧化硅粉末可以為后續的陶瓷化提供物質基礎。
陶瓷化硅橡膠特點
1、在火焰中形成自支撐陶瓷體
當含有無機填料的橡膠材料暴露在火焰中時,橡膠發生降解或燃燒,降解或燃燒產物揮發后留下強度較小的無機殘余物或灰分。這些殘余物通常是不凝聚的或不自支撐的,甚至碎成顆粒或粉末,因此沒有防火功效。當特殊設計配方的陶瓷化橡膠暴露在火焰中時,視橡膠品種和配方調整,可在350~800℃或以上范圍內產生陶瓷化,燒結成多孔性自支撐的陶瓷體,在650~1000℃高溫的火焰中、一定時間(0.5~2h)內能保持結構的完整性,可以很好地發揮“被動防火”的功效,為消防安全贏得寶貴時間。
2、有一定的強度,抗熱沖擊性好
陶瓷化后的燒結體比較堅硬,敲擊有陶瓷聲,有一定的屈撓強度和壓穿強度。據涂布在線了解,陶瓷化硅橡膠試件的彎曲強度遠大于普通硅橡膠,而且隨著溫度的升高明顯增大。模擬救火過程給高溫燒蝕的試件噴灑水,陶瓷化硅橡膠的燒結體不炸裂,顯示出良好的抗熱沖擊性。
3、無鹵、低煙、低毒、自熄、環保
陶瓷化硅橡膠無需添加鹵素阻燃劑就可以達到阻燃自熄的效果,阻燃性UL94V-0,氧指數可高達38。在火焰的燒蝕下,被燒幾分鐘后便完全斷煙,在接下來的燒蝕過程中,本身不再有煙霧產生。陶瓷化硅橡膠燃燒產生二氧化碳、水和二氧化硅,均為無毒物質。
4、電性能良好
優化配方的陶瓷化硅橡膠的電性能——燒結前體積電阻率不小于1015Ω,隨著燒結溫度的升高,其體積電阻率下降,在1000℃下燃燒30min后,其體積電阻率下降為107。普通硅橡膠燒結前后的體積電阻率分別不小于1015和107Ω。
5、易加工
膠料制備和制品生產工藝與普通硅橡膠類似,使用常規的橡膠加工設備(擠出機、平板硫化機、注射機等)就可以生產。耐火電纜生產工藝簡化,成本降低。