摘 要

随着不断的工业化进程，人们对生命财产安全的需求也大大提升，为了保证公共消防安全，各类材料必须有着足够的防火性能。可瓷化硅橡胶基复合材料在高温时可以陶瓷化，转变为坚硬的自支撑陶瓷化产物。为了研究硼酚醛树脂的添加量对硅橡胶基复合材料的耐烧蚀性能的影响，本论文以硅橡胶为基体，硼酚醛树脂、气相法二氧化硅、玻璃料、白云母等为填料制备了复合材料，并研究了其热稳定性能、力学性能、微观形貌及热处理后的陶瓷化转变机理。

可得：随着硼酚醛树脂含量的增加，材料热稳定性能有所提升；材料在600℃-1200℃下的拉伸强度为0.52MPa-11.254MPa，并随着温度的提高以及硼酚醛树脂添加量的增加而有所增加；由SEM图像可知，随着温度的增加，玻璃料共熔物液相逐渐扩展并形成连续的致密化结构，促进了陶瓷结构的产生；由XRD谱图可知，在高温下玻璃料、云母中的K₂O、SiO₂以及Al₂O₃与硅橡胶基体解聚产生的SiO₂发生化学反应，产生钾长石（K₂O·Al₂O₃·6SiO₂)。同时，硼酚醛树脂热分解产生碳，可与玻璃料、白云母中以及硅橡胶生成的二氧化硅在高温下反应，生成碳化硅。这二者的形成促进了硅橡胶基复合材料陶瓷化以及耐烧蚀性的提高。

关键字：硅橡胶； 可瓷化复合材料； 耐烧蚀材料； 硼酚醛树脂

Abstract

Boron-containing phenol-formaldehyde resin has more excellent high temperature ablation resistance, high thermal stability, excellent high temperature instantaneous ablation performance than ordinary phenolic resins.It can be used as an excellent high temperature resistant filler. In order to study the effects of boron-containing phenol-formaldehyde resin on the properties of silicone rubber composites, boron-containing phenol-formaldehyde resin,fumed silica, glass frit, muscovite have been added as filler into silicone rubber,the matrix. The thermal stability, mechanical properties, microstructure and ceramic transition mechanism after heat treatment are studied.

The result shows that :With the increase of content of boron-containing phenolic resin, the material’s thermal stability has improved ; The tensile strength of this material at 600 ℃ -1200 ℃ is between 0.52MPa-11.254MPa, and increased with the increasing temperature and content of boron-containing phenolic resin;SEM images show that as the temperature increases, the glass frit eutectic liquid gradually expanded and densified to form a continuous structure, accelerating the generation of the ceramic structure; XRD spectra show that at high temperature,K, SiO₂ and Al₂O₃ in glass frit, mica and SiO₂ produced by silicone rubber base chemical depolymerization reaction of silicone rubber form potassium aluminum silicate(K₂O · Al₂O₃ · 6SiO₂). Boron-containing phenol-formaldehyde resin decomposed to produce carbon,which can react with SiO₂ in glass frit, mica,forming silicon carbide. Both potassium aluminum silicate and silicon carbide can promote the ablation resistance of the material.

Keywords: silicone rubber；composites；erosion resistance materials；boron-containing phenolic resin

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 硅橡胶概述 1

1.2.1 硅橡胶的结构特点 1

1.2.2 硅橡胶的特性 2

1.2.3 硅橡胶的主要品种及其性能 4

1.2.4 硅橡胶的加工工艺 7

1.3 硅橡胶耐烧蚀复合材料概述 8

1.3.1 可瓷化硅橡胶研究进展 8

1.3.2 陶瓷化机理 9

1.4 本课题的研究内容与意义 9

第2章 实验部分 11

2.1 原料 11

2.2 实验配方 11

2.3 主要设备及仪器 12

2.4 硅橡胶基复合材料制备 12

2.4.1 硅橡胶的混炼 13

2.4.2 硅橡胶的硫化 13

2.5 性能测试与表征 13

2.5.1 耐烧蚀性能测试 13

2.5.2 热稳定性测试 13

2.5.3 弯曲强度测试 14

2.5.4 SEM分析 14

2.5.5 XRD分析 15

第3章 结果与讨论 16

3.1 硅橡胶基复合材料的热稳定性能 16

3.2 硅橡胶基复合材料热解后的弯曲强度 17

3.3 硅橡胶基复合材料热解后的宏观形貌 18

3.4 硅橡胶基复合材料热解后的断面微观形貌 19

3.5 硅橡胶基复合材料热解后的结构分析 21

第4章 结论 23

参考文献 24

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 引言

自上世纪初合成橡胶工业建立以来，它迅速发展，现如今已经成为了现代工业、生活的重要组成部分并逐渐取代了金属、陶瓷以及天然高分子等传统材料。然而，合成橡胶的可燃或易燃性使其应用受到了很大的限制，尤其是在电子电器、建筑行业等领域中，人们对其阻燃性要求越来越高^[1]。电线电缆大多采用高分子材料作为绝缘层，而当其处于高温环境时，高聚物表面绝缘层会很快烧蚀尽，露出铜线，进而发生短路等事故，而许多特殊电路更是要求在有火焰的环境中继续工作^[2]，这就使耐火材料成为了现代生产生活中不可缺少的一个重要环节。

近年来，人们对于合成橡胶的阻燃技术进行了广泛的探索，发现硅橡胶具有优异的耐高温耐烧蚀性能。硅橡胶拥有极其优异的耐热性以及低温稳定性。相比于其他橡胶，它有着极宽范的使用温度，可以在零下一百摄氏度到三百摄氏度内工作，这使它在极端条件下发得到良好的应用。同时，硅橡胶还具有优良的电绝缘性能，并在遇水时仍能保持绝缘，甚至其燃烧得到的SiO₂也为一种绝缘体，这使它成为了制作电气设备绝缘体的完美材料。