摘 要

硅橡胶是一种以Si-O键为主链，以高分子基团为侧链的聚合物材料，兼具无机材料与有机材料的一些优点，耐高温性能在高分子材料中比较突出，国内外许多研究发现，加入陶瓷填料后制取的可瓷化硅橡胶复合材料耐高温性大大提高，具有非常大的应用前景。

本文以酚醛树脂/硅橡胶为基体，绢云母、氧化锆，低熔点玻璃粉为瓷化填料，气相二氧化硅为补强填料，制取四组硼酚醛含量梯度的可瓷化硅橡胶，分别在600℃、800℃、1000℃、1200℃温度下热解，测量热解样条的力学性能并考察其微观形貌、物相转变以及热解过程的物理化学变化。

经过实验得知，酚醛树脂在复合材料中的作用是隔绝氧气条件下碳化生成无定形碳，填充孔隙，阻碍氧气进入，质量输出并稳定材料结构；低熔点玻璃粉在800℃以下软化，填充孔隙，在相对较低的温度下保持材料结构，维持材料尺寸稳定性；白云母在1000℃以上发生晶型转变，与其他填料发生共晶反应生成陶瓷晶体；氧化锆熔点高达2700℃以上，比较稳定，在复合材料中的主要作用是在整个升温过程中起到补强剂的作用，维持材料的结构稳定，并有一定的隔绝氧气和热量的作用。随着硼酚醛含量增加，热解温度升高，力学性能提高，尺寸稳定性下降，硼酚醛含量30%，热解温度1200℃时力学性能最佳，但收缩率也最大。

关键词：硅橡胶 热稳定性 可瓷化 复合材料 硼酚醛

Abstract

Polymer materials with a small density, plasticity, and some prominent mechanical properties is one of the mainstream for the future direction of the development of materials. However, the traditional polymer material can not stand high temperature, the introduction of halogen in the polymer combustion will produce toxic gases, which is not conducive to environment. Silicone rubber makes Si-O bond as the main chain, the polymer group for the side chain, has some advantages of both inorganic and organic materials, like high temperature performance in the polymer material is more prominent. at home and abroad, Many studies have found that the addition of ceramic filler can make the property of resisting high temperature for porcelain silica rubber composite material greatly improved, with a very large application prospects.

In this paper, four kinds of boron phenolic were prepared by using phenolic resin / silicone rubber as matrix, muscovite, zirconia, low melting glass powder as porcelain filler and fumed silica as reinforcing filler. The mechanical properties of the ablated spline were measured by ablation at 600 ℃, 800 ℃, 1000 ℃ and 1200 ℃. The microstructure, phase transition, physical and chemical changes of the ablation process were investigated.

Experiments show that the role of phenolic resin in the composite material is carbonization to generate amorphous carbon, filling the pores, hinder the oxygen into and stabilize the material structure, low melting point glass powder softening below 800 ℃, fills the pores, keeps the material structure, mica and The zirconia powder acts as a barrier to oxygen. With the increase of boron phenolic content and ablation temperature, the mechanical properties is improved, the dimensional stability decreased. The mechanical properties were the best, but the shrinkage rate was also the largest when the boron phenolic content was 30% and the ablation temperature was 1200 ℃,

Key words: silicone rubber heat stability ceramifiable composite boron phenolic

目 录

第1章 绪论 1

1.1 可瓷化硅橡胶复合材料 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 发展现状 2

1.1.3 制备方法 2

1.2 硅橡胶简介 3

1.2.1 分子结构 3

1.2.2 耐热性 4

1.3 填料在可瓷化复合材料中的作用 4

1.3.1 气相二氧化硅 5

1.3.2 白云母 5

1.3.3 低熔点玻璃粉 5

1.3.4 硼酚醛 5

1.3.5 氧化锆 6

1.4 论文主要内容与目的 6

1.4.1 论文主要内容 6

1.4.2 论文目的 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验原料及仪器 8

2.1.1 实验原料 8

2.1.2 实验仪器 9

2.2复合材料及试样的制备 9

2.2.1称量 9

2.2.2混炼 9

2.2.3 硫化 9

2.2.4 拉伸及弯曲试样制备 9

2.2.5 热解 10

2.3 性能测试 10

2.3.1 拉伸性能 10

2.3.2 弯曲性能 10

2.3.3 扫面电子显微镜（SEM） 10

2.3.4 X射线衍射分析（XRD） 11

2.3.5 TG-DSC测试 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 力学性能分析 12

3.1.1 拉伸性能分析 12

3.1.2 弯曲性能分析 13

3.2 扫描电镜分析 15

3.3 X射线衍射分析 16

3.4 TG-DSC分析 17

第四章 结论 19

参考文献 20

致谢 22

第1章 绪论

1.1 可瓷化硅橡胶复合材料

1.1.1 研究背景

可瓷化硅橡胶复合防火材料是在有机硅基体中加入陶瓷填料和其它辅助添加剂制备而成，是一种新型的耐高温材料，由于基体是高分子材料，填料主要是陶瓷材料，因此兼具了两种材料的优点，譬如可瓷化硅橡胶不仅具有较为优良的耐高温性能，还具有密度小，韧性、成型性能好等优点，具有非常广泛的应用前景。

传统的耐高温材料是无机非金属材料（国外统称陶瓷材料）。因其良好的硬度、强度及突出的耐高温性能而在这一领域占有统治地位。但是，无机非金属材料密度高、脆性大、韧性、抗冲击性差，极大地制约了其在某些领域的应用，而高分子材料则很好的弥补了这些缺点。高分子材料因其较小的密度和良好的可塑性，在各个领域迅猛发展，逐渐取代传统的金属及无机非金属材料，广泛应用于人们的日常生活中。但是，高分子材料普遍不耐烧蚀，很难再耐高温领域广泛发展，因此，开发一种结合无机非金属材料与高分子材料两者各自优点，使其在常温条件下显示高分子材料的特点，而在高温条件下显示陶瓷材料的特点，并具有密度小等特点的复合材料显得尤为必要。在航空航天领域，对航空器质量的要求非常高，因此高分子材料成为航空航天领域最理想的选择。就目前航空领域的发展趋势来看，复合材料的用量越来越大，A-380客机高分子复合材料用量为25%，波音787“梦幻”客机复合材料用量更是高达55%，目前阻碍复合材料在航空领域进一步发展的主要瓶颈就是力学性能和耐高温性。航空器在高速飞行时与空气剧烈摩擦，表面温度可达数百甚至数千摄氏度，这要求表面材料具有良好的耐热性和隔热性，传统的树脂基复合材料隔热性良好，但耐热性较差，容易在高温环境下迅速老化，丧失强度。在电力输送领域，传统的电力电缆导线采用含有云母或氧化镁的柔性带缠绕在导电芯材上面制成，工艺复杂，劳动量繁重且防火性较差，云母在高温下碳化，碳可以导电；氧化镁遇水在高温下可生成氢氧化镁，氢氧化镁微溶于水，形成电解质溶液，也可以导电^[1]。