氟金云母2017 对陶瓷化硅橡胶瓷化性能的影响_王煜

收 稿 日 期 ：２０１６－０８－１４ 基金项目：２０１６ 年 度 广 东 省 大 学 生 培 育 专 项 （ｊ２ｔｗ－Ｋ１１６００１０），
２０１６ 年 度 中 山 市 新 型 研 发 机 构 产 业 化 项 目 作者简介：王 煜（１９９５－），男，湖 北 荆 门 人，华 南 理 工 大 学 材 料 科
薄通５ 遍；将 开 炼 机 辊 距 调 至 ４～５ ｍｍ，打 卷 ５
个，出片，制 得 最 终 混 炼 胶；停 放 １２ｈ，返 炼。 采
用无转子硫化仪 测 定 混 炼 胶 的 正 硫 化 时 间 （ｔ９０）， 测试条件１７０ ℃×３０ｍｉｎ。采用平板硫化机硫化
试样，一段硫化条件为１７０ ℃×ｔ９０，二段硫化条件 为１８０ ℃×２ｈ。
添加 不 同 用 量 氟 金 云 母 的 陶 瓷 化 硅 橡 胶 ＴＧＡ 曲线见图３，相应参数见表１。
是，云母中的金属 离 子 也 会 加 速 硅 橡 胶 交 联 结 构 的降解［１３］；随 着 氟 金 云 母 用 量 的 增 大，金 属 离 子 对硅橡胶的降解作用比氟金云母对热的阻隔作用 明显，导致硅橡胶 起 始 分 解 温 度 和 最 大 失 重 速 率 温 度 下 降 。 另 外 ，随 着 氟 金 云 母 用 量 的 增 大 ，陶 瓷 化硅橡胶质量残 余 率 逐 渐 增 大；其 原 因 可 能 时 氟 金 云 母 所 占 比 例 增 大 ，硅 橡 胶 所 占 比 例 减 少 ，由 于 失重主要是由硅 橡 胶 基 体 造 成，氟 金 云 母 自 身 失 重 很 小 ，所 以 陶 瓷 化 复 合 物 的 质 量 残 余 率 升 高 。 ２．４ 对 烧 蚀 性 能 的 影 响
业有限公司；万能材料试验机，Ｚ０１０，德国 Ｚｗｉｃｋ／
Ｒｏｅｌｌ公司；橡 胶 硬 度 计，ＬＸ－Ａ，上 海 六 菱 仪 器
厂；电子简支梁冲击 试 验 机，ＰＴＭ１０００，深 圳 三 思
纵横 科 技 股 份 有 限 公 司；单 反 相 机，ＥＯＳ６０Ｄ，日
本佳能株式会社；扫 描 电 子 显 微 镜，ＥＶＯ１８，德 国
度达到１０００ ℃时，云 母 颗 粒 的 边 缘 开 始 熔 融，渗 透到硅橡胶基体中分解产生 ＳｉＯ２ 粉末，并粘 接 成 瓷。Ｈａｎｕ等人［１０］以硅橡胶为基 体，研 究 了 云 母、 玻璃粉和氧化铁等填料对陶瓷化硅橡胶的影响。 研究表明，云母和 三 氧 化 二 铁 在 燃 烧 时 能 够 降 低 热 释 放 速 率 ，云 母 能 够 延 迟 材 料 的 点 燃 时 间 。
描 电 镜 表 征 了 陶 瓷 体 表 面 形 貌 和 微 观 结 构 。 结 果 表 明 ，氟 金 云 母 用 量 从 ０ 份 增 大 到 ５０ 份 ，拉 伸 强 度 先 增 大 后
减小，拉断伸长率降低，硬度和弹性模量升高，烧 蚀 质 量 变 化 率 和 线 性 收 缩 率 均 减 小 。 当 氟 金 云 母 用 量 为 ２０
１可看出，云母由多个片层状 结 构 复 合 而 成，厚 度 为１～３μｍ，氟 金 云 母 由 Ｓｉ、Ｏ、Ｍｇ、Ｆ、Ｋ、Ａｌ、Ｃｕ 等元 素 组 成，其 中 Ｓｉ 和 Ｏ 元 素 为 主，分 别 占 １９．７％和３６．７％，另外，Ｆ 元素占１３．４％。
图 １ 氟 金 云 母 微 观 形 貌 和 元 素 分 析
蔡司公司。
１．３ 样 品 制 备
调整开炼机辊距至 ２～３ ｍｍ，加入硅橡胶 混
炼 胶 ，待 其 包 辊 后 加 入 氟 金 云 母 和 玻 璃 粉 ；混 合 均
匀后，加 入 硫 化 剂 ２，５－ 二 甲 基 －２，５－ 二 （叔 丁
基过氧基）己烷；调 整 开 炼 机 辊 距 至 １ ｍｍ 以 下，
陶瓷化硅橡 胶 由 硅 橡 胶 基 体、助 熔 剂 和 ［６］ 瓷 化填料 等 ［７，８］ 组 成，云 母 是 其 常 用 的 成 瓷 填 料。 众 所 周 知 ，云 母 是 一 种 片 层 状 硅 酸 盐 ，呈 白 色 粉 末 状 ，具 有 良 好 绝 缘 性 和 耐 热 性 ，可 提 高 聚 合 物 热 稳 定性、绝缘性，可 改 善 聚 合 物 加 工 性 能 。 ［５］ 目 前， 关于云母对陶瓷化硅橡胶结构和性能的影响业界 有相关报道，如 Ｍａｎｓｏｕｒｉ等 人 研 ［９］ 究 了 硅 橡 胶／
（华南理工大学 材料科学与工程学院，广州 ５１０６４０）
摘 要：研究了氟金云母用量对陶瓷 化 硅 橡 胶 力 学 性 能、热 稳 定 性、烧 蚀 质 量 损 失 率 和 烧 蚀 线 性 收 缩 率 的 影
响，探讨了云母用量对硅橡胶瓷化后形成的陶瓷体三点弯 曲 强 度 和 冲 击 强 度 的 影 响 ，分 别 采 用 数 码 相 机 和 扫
ω＝ｍ１ｍ－１ｍ２ ×１００％
（１）
式中，ω 为 试 样 烧 蚀 质 量 变 化 率，％；ｍ１ 和 ｍ２ 分 别 为 试 样 烧 蚀 前 和 烧 蚀 后 质 量 ，ｇ。
硅 橡 胶 烧 蚀 线 性 收 缩 率 按 式 （２）计 算 ：
Ｌ＝ｌ１ｌ－１ｌ２ ×１００％
（２）
式中，Ｌ 为 试 样 烧 蚀 线 性 收 缩 率，％；ｌ１ 和ｌ２ 分 别
２．２ 氟 金 云 母 用 量 对 力 学 性 能 的 影 响 添加不同用量氟金云母的陶瓷化硅橡胶应力
－ 应 变 曲 线 见 图 ２。
图 ２ 添 加 不 同 用 量 云 母 的 硅 橡 胶 应 力 － 应 变 曲 线
２０１７ 年
王 煜等 氟金云母对陶瓷化硅橡胶瓷化性能的影响
３
从图 ２ 可 看 出，随 着 云 母 用 量 从 ０ 份 增 大 到 ５０份，陶瓷化 硅 橡 胶 拉 伸 强 度 先 增 大 后 减 小；当 氟金 云 母 用 量 为 １０ 份 时，硅 橡 胶 拉 伸 强 度 最 大， 达到８．０ ＭＰａ；当氟 金 云 母 用 量 为 ５０ 份 时，拉 伸 强度最小，为５．４ ＭＰａ。此外，随着氟金云母用量 的 增 大 ，硅 橡 胶 拉 断 伸 长 率 逐 渐 减 小 ，弹 性 模 量 逐 渐增大。其原因可能是少量氟金云母对硅橡胶有 一 定 的 补 强 作 用 ，但 随 着 云 母 用 量 的 增 大 ，过 多 的 氟金云母在硅橡 胶 基 体 中 的 分 散 变 差，容 易 导 致 应力集中，造成硅 橡 胶 拉 伸 强 度 和 拉 断 伸 长 率 等 力学性能下降 。 ［１２］ ２．３ ＴＧＡ 分析
密程度较高。
关 键 词 ：硅 橡 胶 ；陶 瓷 化 ；云 母 ；弯 曲 强 度 ；冲 击 强 度
中 图 分 类 号 ：ＴＱ３３３．９３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００５－４０３０（２０１７）０１－０００１－０５
DOI:10.16574/j.cnki.issn1005-4030.2017.01.001
在有关陶瓷化 硅 橡 胶 的 研 究 中，采 用 的 瓷 化 填料大多为绢云 母 和 白 云 母，而 关 于 氟 金 云 母 用 作 瓷 化 填 料 则 鲜 有 报 道。 氟 金 云 母 ［ＫＭｇ３ （ＡｌＳｉ３Ｏ１０）Ｆ２］是一种含有 氟 元 素 的 合 成 云 母，具 有耐高温性（１２００ ℃以上）、电绝缘性、耐酸碱性、 透明性和 可 剥 离 性 等 特 点 。 ［１１］ 本 工 作 研 究 了 氟 金 云 母 用 量 对 陶 瓷 化 硅 橡 胶 力 学 性 能 、热 稳 定 性 、 烧蚀质量变化率 和 烧 蚀 线 性 收 缩 率 的 影 响，并 探 讨了氟金云母用量对硅橡胶瓷化后形成的陶瓷体 力学性能的影响，最 终 确 定 了 氟 金 云 母 在 陶 瓷 化 硅橡胶中的合适用量。
为 试 样 烧 蚀 前 和 烧 蚀 后 长 度 ，ｍｍ。
分别采用数码相机和扫描电子显微镜观察陶
瓷体表面形貌和微观结构。ＳＥＭ 观察前，需对陶
瓷体冲击断面进行喷金处理。
ＴＧＡ 表征：温度范围为４０ ℃ ～８００ ℃，升温
速率为１０ ℃·ｍｉｎ－１，氮气气氛。
２ 结 果 与 讨 论
２．１ 氟 金 云 母 的 微 观 结 构 和 元 素 分 析 图１是氟金云母微观形貌和元素分析。从图
８００目，软化点４８０ ℃，自制；２，５－二甲基－２，５
－双（叔丁基过氧基）己 烷，Ｃ－１５，东 莞 市 彩 源 有
机硅材料有限公司。
基 本 配 方 （质 量 份 ）：硅 橡 胶 混 炼 胶 ，１００，邵 尔
Ａ 硬度 ５０ 度；氟 金 云 母，变 量 （０，１０，２０，３０，４０，
５０）；玻璃粉，１５；２，５－ 二 甲 基 －２，５－ 二 （叔 丁 基
学与工程学院本科生。 ＊通讯联系人
１ 实 验
１．１ 主 要 原 材 料 甲 基 乙 烯 基 硅 橡 胶 混 炼 胶 ，ＣＹ３１５，广 东 彩 艳
股份有限公司；氟 金 云 母，平 均 粒 径 小 于 ５μｍ，汕
２
特种橡胶制品
第 ３８ 卷 第 １ 期
头 保 税 区 三 宝 光 晶 云 母 科 技 有 限 公 司；玻 璃 粉，
过 氧 基 ）己 烷 ，２。
１．２ 主 要 设 备 和 仪 器
开炼机，ＸＫ－１５０，广 东 湛 江 机 械 厂；无 转 子
硫化仪，ＭＲ－Ｃ ３，北 京 瑞 达 宇 辰 仪 器 有 限 公 司；
平板硫 化 机，ＫＳＨＲ１００Ｔ，东 莞 市 科 盛 实 业 有 限
公司；快 速 升 温 箱 式 电 炉，ＫＬ－１２Ｂ，洛 阳 神 佳 窖
第 ３８ 卷 第 １ 期 ２０１７ 年 ２ 月
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材料·配合
特种橡胶制品 Ｓｐｅｃｉａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｒｕｂｂｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１７
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氟金云母对陶瓷化硅橡胶瓷化性能的影响
王 煜，郭建华＊ ，梁 栋，燕禹琦，张 涌，李函坚，曾幸荣，罗权焜
份时，硅 橡 胶 热 稳 定 性 较 好，陶 瓷 体 三 点 弯 曲 强 度 和 冲 击 强 度 均 达 到 最 大 值 ，分 别 为 ２０．１ ＭＰａ 和 １０．０
Ｊ·ｍ－１，陶瓷体表面裂纹和表面结皮现象明显减 少，陶 瓷 体 中 玻 璃 相 和 云 母 相 熔 融 混 合 充 分 ，陶 瓷 体 结 构 致
图４是氟金云母用量对陶瓷化硅橡胶烧蚀质 量变化率和烧蚀线性收缩率的影响。
图３ 陶瓷化硅橡胶 ＴＧＡ 曲线
表１ 陶瓷化硅橡胶 ＴＧＡ 参数
将硫化胶试片切成条状，规格为 ８０．０ ｍｍ×
１０．０ｍｍ×３．０ ｍｍ，每 组 配 方 ５ 个 样 条，放 入 马
弗炉中，从３０ ℃ 升 温 至 １０００ ℃，升 温 速 率 为 １０
℃·ｍｉｎ－１，达到１０００ ℃后保 持 １ｈ，然 后 随 炉 冷
却 ，制 得 硅 橡 胶 陶 瓷 体 。
１．４ 测 试 与 表 征
陶瓷化硅橡胶是指在高温或明火ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件下能转 云母复合体系的陶瓷化硅橡胶成瓷过程以及硅橡
变为坚硬陶瓷体并保持基体材料初始形状的硅橡 胶烧蚀所得 陶 瓷 体 的 性 能。 结 果 表 明，当 烧 蚀 温
胶防火材料［１，２］，主 要 用 于 电 线 电 缆 绝 缘 材 料、燃 料容器 用 防 火 材 料 和 热 收 缩 套 管 等 。 ［３，４］ 当 前， 电线电缆绝缘材料为普通型阻燃硅橡胶或三元乙 丙 橡 胶 ，其 遇 到 火 灾 时 会 燃 烧 变 成 灰 烬 ，使 铜 导 线 裸露并发生相应 灾 害；陶 瓷 化 硅 橡 胶 遇 到 明 火 或 处于高温环境时，其 烧 蚀 残 余 物 具 有 自 支 撑 性 和 良 好 强 度 ，能 防 止 导 线 裸 露 ，使 电 线 电 缆 在 火 灾 发 生过程中保持电 路 畅 通，尽 可 能 地 减 少 人 身 伤 害 和财产损失 。 ［５］ 因 此，研 发 陶 瓷 化 硅 橡 胶 材 料 对 电线电缆防火应用具有重要意义。
拉伸 性 能、撕 裂 强 度 和 硬 度 分 别 按 ＧＢ／Ｔ
５２８－２００９、ＧＢ／Ｔ ５２９－２００８ 和 ＧＢ／Ｔ５３１．１－
２００８测试，陶瓷体三点弯曲 强 度 和 冲 击 强 度 分 别
按 ＧＢ／Ｔ１４４９－２００５和 ＧＢ／Ｔ１８４３－２００８测试。
硅 橡 胶 烧 蚀 质 量 变 化 率 按 式 （１）计 算 ：