莫来石纤维/无机粉体填充硅橡胶复合材料的制备及防火抗震性能研究

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作为一种新兴的防火材料,陶瓷化硅橡胶复合材料在遇到明火或者高温灼烧情况下,能形成坚硬的陶瓷层从而起到良好的防火作用。普通陶瓷化硅橡胶复合材料只需在基体中加入一定量的陶瓷化填料,即可赋予其坚硬强度,然而飞机短舱用密封材料等一些特殊材料,不仅要满足其较好的防火性能和密封性能还需要具有良好的抗震动性能。而一般的陶瓷化防火硅橡胶复合材料在震动力场的影响下较难形成良好的陶瓷层。本论文通过在硅橡胶中添加莫来石纤维(MF)、玻璃微珠(GB)、耐火补强填料(CaCO3)、硅烷偶联剂(KH570)改性MF和不同软化点的玻璃粉制备陶瓷化硅橡胶复合材料,系统研究它们对硅橡胶复合材料防火震动性能的影响,主要内容如下:(1)研究了MF和GB对硅橡胶复合材料性能的影响。填充MF和GB可以使硅橡胶复合材料的耐火性能得到明显的提升,阻燃防火等级达到了FV-0级,极限氧指数达到34.8%,在1050℃燃烧火焰、50 Hz频率和5 g水平加速度下震动燃烧15 min仍然能满足防火抗震性能要求,然而其力学性能大幅下降。虽然,通过MF改性虽然可以提升材料的力学性能,却会导致材料的防火性能、耐火性能以及极限氧指数降低;填充CaCO3不仅可以提升材料的力学性能,还能使材料保持相对较好的防火性能,降低材料的热释放速率和总的热释放量。(2)研究了MF、GB和CaCO3含量对硅橡胶复合材料防火抗震性能的影响。填充MF可以提升材料陶瓷化性能和陶瓷层强度,材料的耐火性能随着MF含量的增加明显提升,当填充28 g MF时,材料能够满足防火抗震性能的要求,且随着含量的增大生成的陶瓷层的厚度逐渐增强;GB能够提升材料的极限氧指数和阻燃防火等级,且随着含量的增多,其阻燃防火性能逐渐提升,材料的热导率下降,耐热性能增强;CaCO3可以提高材料的力学性能,能够明显降低材料的线性烧蚀率,增强材料的弯曲强度。(3)探究了硅橡胶复合材料的陶瓷化机理。在震动燃烧初期,MF为内部陶瓷层的生成提供了保护作用,经历一定温度和时间后,内部陶瓷层形成,外部陶瓷层震动塌陷,新形成的陶瓷层能够支撑材料的震动燃烧,且厚度逐渐增加。GB作为助熔剂可以通过“液桥”作用将硅橡胶复合材料震动燃烧的残留物粘结起来增强陶瓷层的强度。CaCO3作为硅酸盐的先驱体,可以在600℃作用开始分解,吸收热量提升材料的耐火性能,其分解生成的Ca O可以与SiO2发生反应生成硅酸钙从而增强材料的陶瓷化强度。(4)研究了不同软化点的玻璃粉与GB对硅橡胶复合材料防火抗震性能的影响。在振动燃烧过程中,软化点越低的玻璃粉会导致材料提前分解,耐火性能降低,其生成的陶瓷强度却相对较高,高熔点的玻璃粉虽然具有较好的耐火性能,然而其陶瓷化强度下降,防火抗震性能降低,材料在震动燃烧过程中会在震动力场或冲击火焰的作用下被烧穿。随着GB的添加,会使材料具备良好的耐火性能和防火抗震性能。因此,相比较而言,添加GB复合材料具有相对较好的耐热性能和防火抗震性能。
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