耐烧蚀可瓷化硅橡胶基复合材料的制备与性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lohansun
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可瓷化聚合物基复合材料在热解过程中,可以形成致密的陶瓷结构,能够有效隔绝O2的传播和热量的传递,降低材料内部的实际承受温度,起到很好的防火阻燃效果,常作为电线电缆的热防护层,有广阔的应用前景。本论文在前人的基础上,以甲基乙烯基硅橡胶为基础,气相法白炭黑为补强填料,云母为成瓷填料,低熔点玻璃料为助溶剂,热固性硼酚醛树脂为耐热填料,制备出耐高温性能良好的可瓷化硅橡胶复合材料。首先,选择两种不同软化点的玻璃料A、B作为助溶剂,通过物理共混的方法,制备了云母/硅橡胶可瓷化复合材料。研究了复合材料的力学性能、宏观和微观形貌、热分解性能及陶瓷化机理。研究发现:云母/硅橡胶复合材料常温的拉伸强度在34MPa之间变化;复合材料在6001200℃之间热解后冷却至室温的弯曲强度在0.54.5MPa之间,且加入玻璃料之后热解产物的尺寸稳定性提高;SEM显示,玻璃料A更有助于复合材料热解过程中形成较多的液桥结构,形成更加连续致密的陶瓷结构;TG分析了复合材料的热解性能,发现金属氧化物含量多的玻璃料可以加速硅橡胶的分解,因此要控制玻璃料的添加量,对比发现玻璃料的含量在20phr(phr-以100g硅橡胶生胶计)时对云母/硅橡胶复合材料的耐高温性能提升较好,而且玻璃料A的效果强于玻璃料B;XRD显示,玻璃料A在热解过程中有助于形成钾长石(K2O·Al2O3·6SiO2)结构,从而更好的提升复合材料的陶瓷化效果。在前面的基础上,为了进一步提升云母/硅橡胶复合材料热解后陶瓷余料的强度,加入热固性硼酚醛树脂作为耐热填料。研究了复合材料的硫化性能、力学性能、耐烧蚀性能、热解性能、形貌及陶瓷化机理。结果表明:硼酚醛树脂的加入可以延缓硅橡胶的硫化,但在热硫化过程中可以增加硅橡胶的交联点,提升交联密度,硼酚醛树脂的含量在040phr之间变化时,复合材料的拉伸强度从3.33MPa提高到5.61MPa,断裂伸长率从170%减小到85%;硼酚醛树脂的加入可以增加云母/硅橡胶复合材料的耐烧蚀性能,提升热解产物的弯曲强度,BPF40在1200℃热解后的弯曲强度达到了11.25MPa;TG结果也显示硼酚醛树脂的加入可以延缓硅橡胶的分解,增加其热稳定性;SEM结果显示,加入硼酚醛树脂后的热解产物形成了更为致密连续的结构,且层间结合较好,形成整块的陶瓷结构,通过比较分析硼酚醛树脂的加入量在30phr时比较合适;采用XRD分析热解产物的物相结构,发现硼酚醛树脂的加入有助于热解产物中形成SiC陶瓷和更多的液相结构,从而提升云母/硅橡胶复合材料的陶瓷化性能。
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