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摘 要

本课题前期选用聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基体，玻璃粉（SGF）和聚磷酸铵（APP）为填料，制备了一种可瓷化聚合物基复合材料。通过实验对不同比例填料的加入对复合材料的力学性能、陶瓷化性能以及隔热性能的影响进行研究分析。选出综合性能较优的实验配方，在此基础上再加入二氧化硅气凝胶，然后对复合材料进行进一步的综合性能分析。实验结果表明：玻璃粉和聚磷酸铵的熔融液使材料微粒相互粘接，有助于成瓷。复合材料产生晶型转变和共晶反应使烧蚀后的残余物结构更紧致，从而达到更好的成瓷效果。但填料的加入使复合材料的力学性能有明显下降。所以要选出比例合适的填料，既能提高复合材料的陶瓷化性能，也能保持它的力学性能良好。二氧化硅气凝胶的加入确实可以进一步提升复合材料的隔热性能。

关键词：可瓷化复合材料 气凝胶 烧结 隔热

Preparation and properties of porcelainable polymer matrix composites filled with aerogel

ABSTRACT

A kind of ceramicable polymer matrix composite was prepared by using polydimethylsiloxane (PDMS) as matrix and glass powder (SGF) and polyammonium phosphate (APP) as fillers.DO the research and analysis of the fillers’ different proportions’ effect on the mechanical properties, ceramization properties and thermal insulation properties of composites.The experimental formula with better comprehensive properties was selected, on the basis of which silica aerogel was added, and then the composite material was further analyzed for its comprehensive properties. Experimental results show that:The melting liquid of glass powder and polyammonium phosphate binds the particles of the material to each other, contributing to the formation of porcelain.The composite materials produce crystal transformation and eutectic reaction to make the structure of the ablated residue more compact so as to achieve better porcelain forming effect.But the addition of fillers causes a significant decrease in the mechanical properties of the composite..Therefore, the appropriate proportion of filler can not only improve the ceramic properties of composite materials, but also maintain its good mechanical properties.Silica aerogel can indeed further enhance properties of the composite’ thermal insulation.

Keywords:Ceramifiable composite material; Aerogel; Sintering; Thermal insulation

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2可瓷化高分子复合材料概述 1

1.2.1防火机理 2

1.2.2有机硅基体 2

1.2.3填料 2

1.2.4 制备方法 3

1.2.5研究进展 4

1.3气凝胶概述 5

1.3.1简介 5

1.3.2制备工艺 5

1.3.3应用 6

1.4本课题研究的意义 7

第二章 实验部分 8

2.1实验方法 8

2.2实验原料及配方 8

2.2.1实验所需原料 8

2.2.2实验配方 8

2.3实验设备及仪器 9

2.4实验流程 9

2.5性能测试与表征 10

2.5.1成瓷性能测试 10

2.5.2线性收缩测试 10

2.5.3拉伸性能测试 10

2.5.4吸水率测试 11

2.5.5热重分析 11

2.5.6红外热成像分析 11

第三章 实验结果与讨论 12

3.1填料对复合材料成瓷性能的影响 12

3.2填料对复合材料烧蚀残余物收缩率的影响 14

3.3填料对复合材料拉伸性能的影响 15

3.4填料对复合材料烧蚀残余物吸水率的影响 16

3.5 填料对复合材料烧蚀产物质量损失的影响 17

3.6填料对复合材料隔热性能的影响 18

第四章 结论 20

参考文献 21

第一章 绪论

1.1研究背景

近年来由于电器火的灾频繁发生，不仅给社会还给家庭带来无可磨灭的的巨大灾难。由火灾引起的电缆损坏，外露的电线引起的二次灾害通常会造成更大的经济损失，如果引发电短路可能导致重大的电气事故。为了减轻火灾伤害，防火电缆电线的生产制造就很重要了。目前国内采用的电缆主要有两种，一种是云母带防火电缆，还有一种是氧化镁矿物的防火电缆^[1]。但这两种电缆的生产有很多缺点，成本太高而且速度较慢，最最重要的是安全还不能达标。氧化镁与水易反应生成氢氧化镁，导电性很好。导致施工受潮时就会发生短路，不能正常使用。云母带的绝缘层遇火稍后形成碳化层，接触水后也很容易导电。所以这种电缆材料都很难保证火灾发生的通电安全。即使加入阻燃剂可以使它的防火性能变好，但这些阻燃材料遇火燃烧或分解容易生成没有自支撑性的灰烬或残余物。陶瓷聚合物基复合材料是一种性能优良的新型阻燃材料，具有很高的应用价值，它预计可以代替传统的防火阻燃材料。

硅橡胶具有特别的绝缘性，化学稳定性以及耐候性和耐高低温性。它燃烧时无毒，慢火慢延，热值低并且少烟雾，这些优点让它在电力传输，航天航空等其他领域应用广泛^[2]。硅橡胶中由于Si-O键键能高，因此它的热稳定性好。遇到高温燃烧时，硅氧键会转变为连续网络，不仅绝缘而且还抗氧化。这使得火焰难以向内部结构蔓延烧蚀。硅橡胶燃烧产物主要是CO₂和H₂O，对环境没有任何污染。硅橡胶加工性也比较好，所以用有机硅作为基体制备可瓷化复合材料优势明显。

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