阻燃硅橡胶的研制

摘要：

实验室通过对阻燃硅橡胶材料进行切片并测定某种材料配比下的硅橡胶切片燃烧后的自由熄灭时间以及燃烧速度等阻燃效果参数，实验结果显示氢氧化铝作为橡胶阻燃添加剂硅橡胶产品的阻燃性能能效果良好，但是当氢氧化铝添加量超过某一界限，硅橡胶材料的机械加工性能与力学性能将下降。该实验测得：硅橡胶200份，气相白炭黑80份，硅胶硫化剂2份，氢氧化铝120份，十溴二苯醚80份，三氧化钼2份，这种阻燃剂添加的配置比例，能够使的阻燃硅橡胶具有优良的阻燃效果，同时还具有良好的机械加工性能与综合力学性能。

关键词： 阻燃剂硅橡胶 研制工艺 氢氧化铝

中图分类号：TQ33文章编号

绪言：

在阻燃硅橡胶的研制过程中，需要各种化学材料的配比。RTV一1硅橡胶中加入表面经硅烷偶联剂处理后的三氧化二铁等材料，此时整个橡胶的耐热阻燃性能大大提高；当三氧化二铁的添加量增加到十份时，RTV一1硅橡胶在全天候的280℃度的环境下热老化后，橡胶的断面拉伸强度与伸长极限和橡胶的整体硬度的具体变化量并不是很大；因此使用经六甲在二硅氮烷表面进行处理的沉淀法白炭黑作增强剂、硅氮烷作羟基清除剂，这种材料配比方式同样能够提高硅橡胶的耐热阻燃性能；而运用氢氧化镁与十溴联苯醚的复合配比方式制成的耐热阻燃剂，对提高橡胶的耐热阻燃性能具有非常重要的作用，能够使得硅橡胶的阻燃性达到非常高的等级。

一、阻燃硅橡胶的优良性能

硅橡胶是指大量分子在主链上是由-Si-O -无机分子互相聚合的排列方式，它的侧链是一团有机分子结合的弹性结构，能够使橡胶不但具有足够的抗拉强度，而且还具有良好的弹性。现代工业生产的硅脂橡胶是一种无机与有机的饱和原子团在主侧链上相互连接形成的同时具有强度与弹性的结构体，其中最具代表性的就是甲基乙烯基硅橡胶。硅橡胶的只要特点：对环境温度的剧烈变化不敏感，其在工业生产的一100℃～300℃温度区间内仍能保持自身良好的性能，硅脂橡胶在现代工业生产中的所有橡胶中的低温性能很高；同时由于硅原子的特殊结构，使得硅脂橡胶拥有非常好的生物医学结核性，能够植入人与其他动物的身体内而不引起身体的排斥；而且由于它的表面张力很小因此还具有良好的表面性能，即使在很高的温度下对大部分材料仍不粘连，拥有良好的隔水性能；同时还拥有良好的透气性能能够用作食品等的保鲜材料；拥有非常优良的绝缘性能，因此能够用来做优质的绝缘材料；具有优异的高温抗老化性能，但是在密闭情况下的抗老化性尤其是在湿润环境下的抗老化性能相对较差；除此之外硅脂橡胶在几乎所有的工业橡胶材料当中的机械强度中是最为劣质的。

本文的主要研究对象是甲基乙烯基硅橡胶材料，同时分析研究在甲基乙烯硅脂橡胶材料中加入少许的非饱和乙烯分子有机团改善橡胶材料的硫化加工工艺性能和加工合格率，同时能够使加工橡胶材料的高温强度与抗老化性能大大提高。甲基乙烯硅脂橡胶具有很好的可燃性，在空气中遇到明火会剧烈燃烧生成白烟，经燃烧反应后能够分解生成的气体主要有氢气、一氧化碳、二氧化碳、乙烷、甲烷、乙烯等，生成的固体残渣为二氧化硅固体。阻燃硅橡胶顾名思义是指在硅橡胶配方中加入适量的阻燃添加剂，从而使制成的橡胶材料拥有燃烧条件苛刻或者能够自行熄灭的特点，工业生产过程中比较常见的阻燃剂分为添加型、化学反应型两大类。化学反应型阻燃剂能够使橡胶材料燃烧时产生较多的废渣并引起橡胶成分的特殊化分解从而抑制材料的进一步燃烧，考虑到现在的环境污染问题，未来阻燃剂研发思路将沿着低毒性、易降解、低卤化并对材料的综合性能影响较小的复合阻燃剂。目前西方发达国家正在将低卤化阻燃剂纳入国家法规之中，进一步加快未来阻燃剂向着低卤、无卤的方向发展，但是由于经济条件与阻燃剂研发技术的限制，许多国家限制生产使用无卤化阻燃剂橡胶材料并不现实。

二、阻燃硅橡胶的研制

1、阻燃硅橡胶生产原料

甲基乙烯硅橡胶（MVQ110-2）：南京爵精细化工有限公司提供；氢氧化铝：北京市天河化学试剂厂提供；气态白炭黑：河北联科白炭黑有限公司提供；橡胶硫化剂：浙江省海安县东洋化工厂提供；消烟剂三氧化，三氧化二锑，，白色粉状十溴二苯醚等：北京市天河化学试剂厂提供。

2、阻燃硅橡胶基本配方

现代工业产品的阻燃硅橡胶基本配方：硅橡胶基体：200份；气态白炭黑：80份；氢氧化铝、氯化石蜡、三氧化二锑、十溴二苯醚据不同性能要求而定。

3、阻燃硅橡胶具体制备方法

首先按照阻燃硅橡胶的基本配方比例选取硅橡胶基体、白炭黑等原料的质量，在橡胶进行制备过程中要控制温度始终在五十摄氏度以下以防基底原料发生反应或者相互粘接造成混合不均匀等问题。然后将混合的生胶包裹在慢速辊机器上，然后逐渐增加辊机的速度，辊制一段时间后就要添加各种塑性增强剂、橡胶的成型结构控制剂、耐热性优良的硫化剂并将这些添加剂充分地混合均匀，加料工艺宣告结束进入最后成品阶段。

4、橡胶成品的阻燃性能测定

对于硅橡胶阻燃效果的测试需要测定的两个基本参数：第一就是橡胶燃烧过程中的消耗氧气的质量；第二就是橡胶材料的自行熄灭的时间长短。

第一组是三氧化二锑，氯化石蜡作为阻燃添加剂其他配料保持相同时的硅橡胶的阻燃效果（如下表）：

通过分析以上表格数据可得：三氧化二锑和氯化石蜡以适当比例加入硅橡胶基体中阻燃添加剂能够达到不错的阻燃效果，而且可以知道随着这两种添加剂使用量的增大，硅橡胶的阻燃效果更加明显。

第二组是十溴二苯醚、三氧化二锑作为阻燃添加剂的橡胶阻燃效果（如下表）：

从以上表格数据可得：阻燃硅橡胶工业生产过程中十溴二苯醚与三氧化二锑作为阻燃添加剂配合使用时阻燃线过很差，但是当十溴二苯醚单独作为阻燃添加剂使用制成的阻燃硅橡胶的自行熄灭时间仅为5秒钟，阻燃效果非常好。

第三组是氢氧化铝和三氧化钼作为阻燃添加剂的硅橡胶的阻燃效果（如下表）：

由以上表格中的数据可得：氢氧化铝的阻燃效果随着添加量的增加，阻燃效果越发明显，但是前面已经介绍阻燃硅橡胶的工业生产过程中氢氧化铝作为阻燃添加剂如果假如的质量偏多，那硅橡胶的机械性能与力学性能将会降低，因此如果单独加入氢氧化铝作为阻燃添加剂在保证同等力学与机械加工性能时，根本起不到阻燃效果。

第四组是氢氧化铝、十溴二苯醚、三氧化钼作为阻燃添加剂共同使用时的阻燃效果（如下表）：

胶在保证机械性能与力学加工性能的前提下的阻燃效果最好。

实验结论：首先是氢氧化铝与氯化石蜡的复合阻燃添加剂并不是用在硅橡胶的生产工艺中，但是单独使用适量的氢氧化铝阻燃剂能够适当提高硅橡胶的阻燃效果，但是当超过一定剂量，就会对阻燃硅橡胶的力学性能机械性能有很大影响；另外十溴二苯醚的添加能够显著提高阻燃硅橡胶的阻燃性能，是最理想的阻燃剂；与此同时阻燃效果最好的阻燃添加剂配比是：硅橡胶200份，气相白炭黑80份，硅胶硫化剂2份，氢氧化铝120份，十溴二苯醚80份，三氧化钼2份，这种阻燃剂添加的配置比例，能够使的阻燃硅橡胶具有优良的阻燃效果，同时还具有良好的机械加工性能与综合力学性能。

三、阻燃胶的应用前景与发展趋势

自从上世纪七十年展至今，蕴含高科技技术含量的高效阻燃剂以及阻燃高分复合材料已经得到了广泛地应用与普及，并在减少火灾发生频率保护人民生命财产安全方面具有非常重要的现实意义，甚至大部分发达国家更是将阻燃剂进入商用民用生产列入国家的线性法律法规中，法律规定大部分的工业和民用消费品生产过程中一定要进行阻燃技术处理，必须要达到一定程度的阻燃效果才能允许进入市场流通，与此同时随着现代阻燃技术的不断创新以及发展以及现行法律法规对于阻燃材料的高标准限制，使得现代市场上正在流通的阻燃产品更新换代的频率越来越快。根据相关数据资料的科学统计数据显示，仅仅2007年一年全球的阻燃剂产品总消耗量达到了200万吨，到2011年这一数字上升到了260万吨，仅仅五年内阻燃剂消耗量的增长速度近百分之三十；另一方面从全球阻燃剂产品总销售额来讲，2007年的全球阻燃剂的总销售额为40亿美元，到2011年这一数字就上升到了60亿美元，五年内的消费总额增长速度更是达到了百分之五十。根据国内阻燃剂相关企业的供求关系与阻燃剂金融投资行情的分析预测数据显示，现代市场中FR的需求总量与塑料制品以及其中所含有的高效阻燃材料结合品的使用量存在一定的比例关系，从2007年至2011年期间全世界的塑料制品的年平均消耗量的增长率为百分之六左右，就目前的增长趋势来讲，即使塑料中阻燃剂的用量比例维持不变，全世界对于阻燃剂的消费量也会以百分之六的速度增长。在阻燃剂总销售额方面一方面市场需求量持续上扬，因此阻燃剂等相关产品的价格也会相应地走高，另一方面随着现代塑料制品的无卤化硬性要求与市场规范化的调整，由此不难预见未来阻燃橡胶等相关产品的消费量与市场需求量将会持续走高，具有广阔的发展空间。

结语：

综上所述，氢氧化铝作为添加剂制成的阻燃硅橡胶具有优良的阻燃效果，但是随着氢氧化铝添加量的增多，阻燃硅橡胶材料的综合力学性能反而呈现下降趋势。因此要保证橡胶材料具有相近层次的阻燃效果，以上同具阻燃效果的添加剂一同添加使用，除能够克服因添加氢氧化铝过量而导致的橡胶材料综合力学性能下降的问题，还能够最大程度节约产品的生产成本，生产出具有高效阻燃性能的硅橡胶材料，保证企业具有良好的经济效益。

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