摘 要

本文采用机械共混法，以甲基乙烯基硅橡胶作为基体，以氧化锆、白云母、气相二氧化硅作为成瓷填料，以低熔点玻璃粉作为助溶剂来制备可瓷化硅橡胶复合材料。

对制备好的可瓷化硅橡胶复合材料，研究了硅橡胶复合材料的物理力学性能、微观以及宏观形貌、热解性能和热解性能。研究发现随着氧化锆用量由0增加到40phr拉伸强度也由4.77MPa降低到4.32MPa；随着氧化锆的增加以及热解温度的升高，硅橡胶复合材料热解后的室温弯曲强度得到提高，氧化锆的添加量为40phr以及1200℃下的热解产物的室温弯曲强度高达11.26MPa；通过SEM微观形貌分析发现，随着氧化锆的加入，复合材料在热解时产生更多的液相，桥连结构更多，最终形成的陶瓷层也更加致密与坚硬；TG表明当氧化锆的添加量增加时硅橡胶复合材料的耐热解性能增大，其质量残留率也将增大；XRD表明在热解温度达到1000℃时产生了新的物相ZrSiO₄, ZrSiO₄陶瓷层的形成提高了硅橡胶复合材料热解产物的陶瓷化程度。

关键词：可瓷化复合材料，硅橡胶，氧化锆，低熔点玻璃粉，防火材料

Abstract

In this paper, the use of methyl vinyl silicone rubber as a matrix, zirconia, muscovite, fumed silica as a porcelain filler, low melting glass powder as a solvent to prepare ceramic silicone rubber composites.

The physical and mechanical properties, microcosmic and macroscopic morphology, ablation properties and pyrolysis properties of the silicone rubber composites were studied. It was found that the tensile strength decreased from 4.77 MPa to 4.316 MPa as the amount of zirconia increased from 0 to 40 phr; With the increase of zirconia and the increase of pyrolysis temperature, the room temperature bending strength of the silicone rubber composite material was improved, the addition amount of zirconium oxide was 40 phr and the room temperature bending strength of the pyrolysis product at 1200 ℃ was as high as 11.26 MPa ; By SEM micrograph analysis, it was found that with the addition of zirconia, the composite material produced more liquid phase during ablation, more bridging structure, and finally formed ceramic layer more dense and hard; TG shows that when the addition amount of zirconium oxide increases, the ablation resistance of the silicone rubber composite material increases and the mass retention rate will increase; XRD shows that a new phase ZrSiO₄ is produced at a pyrolysis temperature of 1000 ° C. The formation of ZrSiO₄ ceramic layer improves the ceramicization of the pyrolysis products of the silicone rubber composites.

Key Words: Ceramic composites， silicone rubber，Zirconia，Low melting point glass powder，Fireproof Materials

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1硅橡胶简介 1

1.1.1硅橡胶的种类 1

1.1.2硅橡胶的性能 2

1.2可陶瓷化硅橡胶复合材料 3

1.2.1 可陶瓷化复合材料的简介 3

1.2.2 可陶瓷化硅橡胶复合材料的特性与防火机理 3

1.2.3 可陶瓷化硅橡胶复合材料的制备方法 4

1.2.4可陶瓷化硅橡胶复合材料国内外研究 4

1.3 填料在可陶瓷化硅橡胶复合材料中的作用 5

1.3.1矿物填料在硅橡胶中的作用 5

1.3.2云母在硅橡胶中的作用 6

1.3.3气相二氧化硅在硅橡胶中的作用 6

1.3.4低熔点玻璃粉在硅橡胶中的作用 6

1.3.5硫化剂在硅橡胶中的作用 7

1.4课题研究的目的和意义 7

1.4.1课题研究的目的 7

1.4.2课题研究内容 8

第2章 实验部分 9

2.1实验原料 9

2.2实验设备和仪器 9

2.3可陶瓷化硅橡胶复合材料的制备 9

2.3.1填料的处理 9

2.3.2原料的混炼 10

2.3.3硫化 10

2.3.4裁剪样品 10

2.3.5可瓷化硅橡胶复合材料的热解 10

2.4测试与表征 11

2.4.1拉伸强度测试 11

2.4.2弯曲强度测试 11

2.4.3微观形貌分析 11

2.4.4X射线衍射分析 11

2.4.5同步热分析测试 11

第3章 结果与讨论 12

3.1氧化锆含量对硅橡胶复合材料拉伸性能的影响 12

3.2硅橡胶复合材料经过热解后的弯曲强度 12

3.3硅橡胶复合材料经过热解后的宏观形貌 13

3.4硅橡胶复合材料经过热解后的微观形貌 15

3.5硅橡胶复合材料热解后的产物的XRD图谱 18

3.6硅橡胶复合材料的热稳定性分析 19

第4章 结论 21

参考文献 22

致 谢 24

第1章 绪论

1.1硅橡胶简介

硅橡胶的主链结构以交替排列的硅氧原子(Si-O-Si)构成,并以有机基团作为侧基,例如:甲基、苯基、乙烯基等^[1,2]。

硅橡胶在低、高温下都具有一定的稳定性,在200℃以上温度下具有一定的表面硬度以及柔软性,并且力学性能稳定。另外硅橡胶拥有较良好的透气性。硅橡胶与肌体的相容性较好,因而可用于医用材料。另外为了提高硅橡胶的耐热耐老化性以及耐臭氧和紫外线的破坏的性能可采用乙烯基作为硅橡胶的侧链。并且经过硫化后的硅橡胶还会同时具有柔软和高弹性的特征,而其物理相关性能较弱。

1.1.1硅橡胶的种类

根据不同的分类方法能够把硅橡胶划分为不同的种类。一般,可以按硫化机理的不同进行划分,将硅橡胶大概划分为室温或者高温硫化型硅橡胶两大类^[3]。

(1)室温硫化硅橡胶

室温硫化硅橡胶在室温下就可以直接自行硫化,不需要加热^[2]。室温硫化型硅橡胶的端基一般含有乙酰氧基基团,羟基等基团,其分子量通常比较小,呈现为粘稠状的液体。

另外按组分、使用工艺和硫化机理的不同又可以进行分类,一类是单组分室温硫化硅橡胶,另外一类是双组分室温硅橡胶。