阻燃防火硅橡胶研究进展

燃涂料，其中含有氢氧化铝、气相Ｔｉ０２、硼酸锌、氧化镁或１种 陶瓷填料，主要用来密封建筑的缝隙，降低烟雾的蔓延。Ｊｏｈｎ Ｄｉｅｔｌｅｉｎ［６］发明的水基有机硅涂料，含有５～１５份膨胀蛭石， ０．２～６份陶瓷纤维和芳纶纤维及其他无机填料。在６５０℃火 焰下灼烧１５ｒａｉｎ以上，形成的碳层厚度小于５ｍｍ，体积收缩率 小于１％。 添加一定量的铂可使硅橡胶具有优良的阻燃灭焰性，其 阻燃机理是通过铂的催化作用，在高温下使侧链有机基团发 生氧化交联反应，形成坚硬的阻隔层，隔绝空气而使火焰熄 灭［７］。有研究［８］指出，基础胶中铂含量在３～３００ｐｐｍ（× １０＿６）均可达到阻燃效果。但铂含量太高会增加产品成本，超 过２００ｐｐｍ，则逐渐上升的自熄性又将开始下降。另有研究［９］ 发现在硅橡胶体系中将铂与其它化合物并用，可以大大改善 硅橡胶的阻燃性，单独使用铂，则只能产生很小甚至没有阻燃 作用。 ＧＥ公司Ｂｏｂｃａｔ［１０］研发的阻燃防火硅橡胶，其中添加了３ ～２５０ｐｐｍ的铂、１～２０份的氢氧化铝、０．００１～２．０份的氧化 镁，８１６～１０９３℃的火焰下灼烧６０ｓ，火焰移走后，可立即自熄 而不继续燃烧。 Ｌｏｕｉｓ［１１］在１０００～６０００ＭＰａ・ｓ的液体硅橡胶中加入０．２ ～２５０ｐｐｍ的铂化合物、１～２０份炭黑、８０～１１０份Ａ１（ＯＨ）３。
作者简介：聂梅（１９８３－－），女，北京航空材料研究院硕士生，主要研究方向：有机硅密封剂。，
万 方数据
第２期
聂梅等：阻燃防火硅橡胶研究进展
・９‘
１）复配，以及［１６］将铂化合物和７－Ｆｅ２０３复配，均大大提高了产 品阻燃性。
下灼烧，没有烧穿，且３０ｒａｉｎ后，背面温度保持在４４０℃左右。
Ｊｏｈｎ Ｍｅａｎｅｙ［２７］设计了一种用于飞机发动机的轻质防火
有机硅橡胶具有卓越的耐高温与耐低温性，优良的电绝 缘性和化学稳定性，良好的耐老化性，突出的表面活性、憎水 防潮和生理惰性等。同时有机硅橡胶燃烧时少烟无毒、燃烧 热值低、火焰传播速度慢，适应于目前航空航天、电子电气及 输电线路等方面对材料具有良好的阻燃防火性能的要求。本 文就国外阻燃硅橡胶和防火硅橡胶的研究应用进行了阐述。
ＵＬ
９１０阻燃测试。
日本的ｓａ啪ｄａ［２］开发出阻燃防火硅橡胶电缆。厚０．１～
１．Ｏｍｍ，相对１００份硅橡胶分别添加了５０－一１２５份的玻璃粉、 氧化铝、硅灰石和云母粉。产品通过了ＦＳＦＲＴＡ测试，测试 环境为８４０℃火焰灼烧３０ｍｉｎ。 Ｓｗｅｅｔ等［３］报道在树脂增强的加成型室温硫化硅橡胶中 加入１．５％～３５％的中空陶瓷微球，８％～３０％的石英粉和氧 化镁，同时还添加短碳纤维、玻璃纤维。所制试片在７００℃火 焰下灼烧１５ｒａｉｎ，只有很少的烟产生。 ＨｉｔｃｈｃｏｃｋＥＩ］研制成功阻燃有机硅泡沫橡胶，主要添加了 ３０％～４０％的硅酸铝陶瓷纤维。 道康宁公司的Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ等ＩＳ］开发了一种水基有机硅阻
在ＩＪｌＬ－９４垂直燃烧中可达到Ｖ－Ｏ级，在空气中无法点燃试样。
Ｍｉｔｓｎｏ Ｈａｒｍｄａ［１２］在硅橡胶中添加了铂化合物和１种三 唑化合物，制成透明的阻燃硅橡胶。并指出如果不要求透明 性，则可添加二氧化钛以进一步提高硅橡胶的阻燃性。而Ｅｌ— ｌｉｏｔＣｌ３］使用Ａｌ（ＯＨｈ和氯铂酸复配制备出阻燃硅橡胶。 有研究表明氧化铁和其它某些阻燃剂复配可提高硅橡胶 的阻燃性。Ａｋｉｔｏ ＮａｋａｍｕｒｄＨ］将１～２０份ｒＦ岛０３和（Ｆｅ０）。 （ＦＩｅ２０３）ｙ（ｘ／ｙ在０．０５／１～１．０／１），ｉ００～２００份粒径在５０ｐｘｎ 以内的Ａｌ（０Ｈ）ａ复配，使之具有了优异的自熄性。另外还有 专利［１５］将铂化合物和（ＦｅＯ）。（Ｆｅ２ ０３），（ｘ／ｙ在０．０５／１～１．ｏ／
２防火硅橡胶研究进展
除阻燃要求外，一些可能要经受极端高温的地方，需要有 防火墙的设计，对材料也提出了更高的防火性能的要求。 防火，即要求材料能在极高温的火焰下形成陶瓷化的阻 隔层，以保护背面部件不受强热量而损坏，其研制可以从阻燃 硅橡胶的研究中得到一些借鉴。国外相关研究报道也较多。 美国ＧＥ公司［１７］研制的ＲＴｖ－７５７触变型硅橡胶泡沫层， 具有良好的耐热和隔热性能。在纸板上涂一薄层后，置于 ２７８０＂１２火焰下６０ｓ，背面温度仅由２２℃升到２９℃，被保护的鲜 花不枯萎。道康宁公司的Ｊａｃｋ ＨａｒｐｅｒＥｌ８］在泡沫硅橡胶中加 入２．５％的玻璃纤维，２．５％的珍珠岩中空微球，制成１．７１ｃｒｎ 厚的试片在１７３０～１９３０℃的火焰下２００ｍｉｎ后仍未烧穿。法 国的Ｂｅｒｎａｒｄ Ｌａｉｓｎｅ一：１９］在发泡硅橡胶里加入了石英粉和碳
Ｌ＆［Ｐ］．ＵＳ ６２３９３７８ Ｂ１，２００１－０５—２９．
Ｓａｗａｄａ｝Ｌ
Ｆ［Ｐ］．平成０９—５５１２５，１９９７－０２—２５． ａｌ－［Ｐ］．ＵＳ ６６２３８６４
Ｂ１，２００３－０９—２３． ４２５９４５５，１９８１＿０３—３１．
机填料有７５％以上在１２００℃时仍具有热稳定性，如硅藻土、 石英粉、云母、高岭土、滑石粉和珍珠岩等，另含１％的碳化硼， 将其涂在金属表面，在高温火焰下灼烧６０ｒａｉｎ，金属背面温度 只有３４０℃左右，面没有涂硅橡胶隔热层的金属背面温度达到 了９２５℃。
Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌａｍｅ－ｒｅｔａｒｄａｎｔ ａｎｄ ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ
Ｎｉｅ Ｍｅｉ Ｆａｎ Ｚｈａｏｄｏｎｇ
（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００９５）
综上所述，通过添加特殊的填料使得硅橡胶在高温火焰 下可以形成坚硬的隔层来达到阻燃防火的目的，已成为研究 的主要方向。国外在阻燃防火硅橡胶的研究领域，已做了大 量深入的工作，开发出了种类繁多，性能优异的产品。
黑，制成的试件在１０００℃以上灼烧３ｈ，仍有２０％～４０％的部
分完好，且形成相对坚硬的碳层。
道康宁的ｔｈｔｎｓｅｖｅｒ［２０］研制了１种耐烧蚀有机硅橡胶涂
Ｆａｒ００ｃｌ
Ｒａｎｄａｌｌ Ｐ Ｓ，ｅｔ Ｌｌｏｙｄ
Ｈ．Ｆ［Ｐ］．ＵＳ
Ｒｏｂｅｒｔ
Ｍ Ｓ，ｅｔ ａｋ［Ｐ］．ＵＳ ５８６１４５１，ｉ９９９－０１—１９．
ＪｏｌＩＩｌ Ｅ Ｄ，ｅｔ ａＬ［Ｐ］．ＵＳ ４７１９２５１，１９８８－０１—１２．
伊藤邦雄．硅橡胶［Ｊ］．工业材料（日），１９７７，２５（８）：３１
Ｓ［Ｐ］．ＵＳ ４３２００４４，１９８２－０５—１６．
日本公开特许公报．昭和５１－３５５０１，１９７６－０３—２６．
Ｉｓｈｉｋａｗａ
Ｎ．［Ｐ］．昭和５３－４４５０１，１９７８－０４－２１．
Ｍｉｓｓｉｌｅｓ ａｎｄ Ｒｏｃｋｅｔｓ，１９６５，１７（５），４０
Ｊａｃｋ Ｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌａｍｅ－ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎｅ
ｒｕｂｂｅｒ ａｂｒｏａｄ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｏｆ ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ，ｆｌａｍｅ－ｒｅｔａｒｄａｎｔ，ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ
１阻燃硅橡胶研究进展
硅橡胶阻燃的常用方法是向高聚物中加入阻燃剂，以降 低燃烧物表面温度，稀释可燃物分子浓度，切断氧气的供给， 在硅橡胶燃烧表面形成阻隔层，阻止热能向硅橡胶纵深传递， 抑制温度升高来达到阻燃的目的。阻燃剂按使用方法，可分 为反应型和添加型两大类。采用添加型阻燃剂工艺简单，效 果显著，在阻燃有机硅材料中应用广泛。国外已经做了很多 相关研究。 道康宁公司的Ｋｉｅｒｓｔｅｎ ＳｈｅｐｈａｒｄＣｌ］研发了一种厚０．２～ ０．６ｍｍ的电缆，其中包括３０％～９０％乙烯基封端硅橡胶，以 及部分白碳黑、硅灰石、硅藻土等。在锥形量热仪中，当测试 热流量为５０ｋＷ／ｍ２时，ＨＲＲ峰值小于１００ｋＷ／ｍ２，并可通过
２００２，４８（６）：４８３－４９０．
Ｗｉｌｌｉａｍ Ｊ Ｋ［Ｐ］．ＵＳ ４２８８３６０，１９８１－０９－０８．
Ｌｏｕｉｓ Ｈ Ｔ，ｅｌ：ａｋ［Ｐ］．ＵＳ ５２６０３７２，１９９３—１１－０９．
Ｍｉｔｓｕｏ Ｈ，Ｓａｄａｍｉ Ｙ．［Ｐ］．‘昭和５４—１１８４０５，１９７９－０９－１３．
Ｅｄｗａｒｄ Ｃ Ｅ．［Ｐ］．ＵＳ ３９６５０６５，１９７６－０６－２Ｚ． Ａｋｉｔｏ Ｎ
０，０ ｃｏｈｎ Ｌ Ｈ，ｅｔ
ａ１．［Ｐ］．ＵＳ ４１５６６９４。１９ห้องสมุดไป่ตู้９－０５—２９．
ＡｈｍｅｄＣ２２］以单组分缩合型硅橡胶为基体研制的
［［［
０
］］］
Ｋｅｎｉｃｈｉ
Ｈ，ＨａｊｉＩＩｌｅ Ｏ，Ｓｈｉｎ Ｔ，ｅｔ ａ１．［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ．
隔热涂层，主要添加了８％～２０％的三聚氰胺作为阻燃剂，并 含有ｏ～３０％的无机非补强填料，涂层６ｍｍ厚，火焰温度为 １２００℃，４ｈ后，其背面温度不超过２２０℃；当涂层２０ｍｍ厚时， 背面温度不超过２００℃。 道康宁公司的Ｋｈｒｉｓｔｏｐｈｅｌｚ２３］，以液体硅橡胶为基体，其 中添加了７％～２０％的硅灰石和１０％～６０％的补强填料，包 括斥水性白炭黑和ＭＱ硅树脂，制成厚０．６３５ｃｍ的试片在本 生灯１０９３℃的火焰下灼烧１５ｒａｉｎ，背面没有烧穿或燃烧。丽 他［绷研制的另１种防火密封剂，其中添加了补强填料，氢氧化 铝，并添加了２０％以上的玻璃料，其中含有至少４０％的ＣａＯ， ２０％的＆Ｑ及至少２０％的Ｓｉ０２，其阻燃防火性能明显提高。 美国ＴＡ公司［２５］的ＦＡＳＴＢＩＤＣＫｍ ３０１防火隔热材料是 １种双组分有机硅橡胶胶粘／密封剂。２种组分配合质量比为 １８：１，制得的硫化胶密度小于０．８５９／ｃｍ３。当厚６ｍｍ的试片 在１０９３℃的火焰下灼烧１５ｒａｉｎ，背面温度不超过３００℃，可以 被用作防火隔热弹性涂层。 ３Ｍ公司Ｄａｒｏｇａｃ２６］研发的一种防火墙涂层是在硅橡胶中 加入了ｌ％～１０％的轻质耐热纤维，和２０％～４５％的中空玻 璃微球，并保证体系中不含有在３５０＂１２下会蒸发的成分，是一 种轻质非膨胀型的防火隔层，可以用在飞机的油箱，发动机， 乘客舱和货舱。制成１２４５弘ｍ厚的试片在１３７０℃左右的火焰 ［ ［ ［ ［ 如ｎ坨坞Ｍ坫”＂坞 孙ｎ毖嚣孔筋；Ｓ朗罢Ｓ］ ］ ］