论文总字数：12944字

摘 要

陶瓷化复合防火材料是一种新型的防火材料，是在含硅的高分子基体中添加粘土类矿物粉末填料、助熔剂以及结构控制剂等助剂制备而成的。其在室温下具有普通电缆材料的性质，遇到高温燃烧时形成坚硬的陶瓷保护层，从而起到隔绝火焰和防火的目的。该文系统阐述了可瓷化高分子复合材料的防火机理、特性以及制备的研究进展，指出在无机填料总量不变的前提下改变玻璃料和硅灰石的配比，发现硅灰石有助于提高强度而玻璃料有助于提高断裂伸长率。对于电学性能、燃烧性能也有较大的影响。

关键词：陶瓷化 防火材料 硅橡胶 无机填料

Preparation and research of ceramifying fire protection composites

Abstract

The ceramic composite fireproof material is a new type of fireproof material, adding clay powder filler, solvent and structure control agent is prepared in the polymer matrix containing silicon. The nature is the common cable material at room temperature, in high temperature combustion ceramic forming protection layer of hard, so as to cut off the flame and the purpose of fire prevention. This paper describes characteristics of ceramic fire prevention mechanism of polymer composites, as well as the progress in preparation of, and pointed out that on the premise of unchanged total inorganic fillers changing the ratio of glass and found that helps to increase the intensity of glass helps to improve breaking elongation rate. Electrical properties of properties also have a greater impact.

Key words: Ceramic; fireproof material; silicon rubber; inorganic fillers

目 录

摘 要 II

Abstract III

目 录 IV

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 陶瓷化复合防火材料的特性和机理 1

1.3 陶瓷化复合耐火材料的研究进展 2

1.3.1 有机硅基体 2

1.3.2 无机粘土矿物 3

1.3.3 助熔剂 3

1.3.4 硫化剂 3

1.3. 制备工艺 3

1.3 本课题的研究意义和研究内容 4

1.4 本课题的创新之处 5

第二章 实验部分 6

2.1 实验原料及仪器设备 6

2.2 样品制备 7

2.3 工艺流程 7

2.4 性能测试 8

2.4.1 力学性能 8

2.4.2 硬度(邵氏A)测试 9

2.4.3 电学性能 9

2.4.4 极限氧指数测试 10

2.4.5 瓷化性能 11

第三章 结果与讨论 12

3.2 玻璃料组分的相对增加对力学性能的影响 12

3.2玻璃料组分的相对增加对硫化性能的影响 13

3.3玻璃料组分的相对增加对电学性能的影响 14

3.4 玻璃料组分的相对增加对燃烧性能的影响 15

3.5 玻璃料组分的相对增加对瓷化性能的影响 15

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 21

绪论

1.1 引言

新世纪以来由于城镇化程度越来越深化，城市人口密度越来越大，消防安全问题已经引起人们的高度重视。电线/电缆的防火性能已经成为大家关注的重点，研究人员必须认真考虑到如何在火灾发生的情况下，更有效的保障电力和通讯的通畅，并考虑燃烧产生的浓烟的伤害，这是一个至关重要的课题。

目前国内外采用的防火电线/电缆主要是以氧化镁矿物为基材的耐火电缆^[1]。但由于这种材料价格较贵且易于空气中的水分发生反应并且其使用场合局限性等特点，许多研究人员致力于研究更为优异的新型绝缘耐火材料。在这种情况下，陶瓷化高分子复合防火材料应运而生。

1.2 陶瓷化复合防火材料的特性和机理

几年前，澳大利亚的研究人员成功研制了新型陶瓷化聚合物耐火材料 ^[2-5]，并已经由澳大利亚的Ceram Polymerik公司投产^[6]。此类防火材料在常温下具有与普通防火材料相同的性能，但遇到高温烧蚀后就会形成致密的瓷化物，保护了内部材料并且阻隔了外界氧气的进入，且具有一定的强度能承受一定的水压冲击。目前研究的比较多的陶瓷化聚合物有许多，其主要的基体材料有：PE,PP等热塑性塑料、乙丙橡胶,硅橡胶等橡胶、SBS弹性体等，其中最成功的是陶瓷化硅橡胶。近年来，我国研究者在进行陶瓷化硅橡胶^[7-9]研究的的同时，也进行了一些相关的探索工作^[10-11]，已经在一些领域开始运用陶瓷化硅橡胶，重点是耐火电缆，以及一些耐火密封条、防火涂层等。

陶瓷化高分子复合防火材料是在一些高分子基体中（主要是含硅的高分子）加入粘土类矿物粉末填料、结构控制剂、助熔剂、阻燃剂等其他助剂制备而成的。运用比较广的就是可瓷化硅橡胶。有机硅的主链由硅氧键重复排列组成，侧链通过硅原子与其他有机基团链接。Si-O键键能很大，因此具有较好的热稳定性，而且Si-O键呈现化学惰性，材料具有耐化学性、耐寒、耐老化、电绝缘性等多些优异性能。普通防火材料在高温燃烧下会产生熔融滴落现象，而陶瓷化硅橡胶在高温烧蚀时，有机硅中的硅氧基团转变为连续的、抗氧化的、绝缘的网络状SiO₂结构，可显著提高材料的氧指数及抗氧化性能^[12]。同时粘土矿物与有机硅分子链形成交联结构，从而使材料烧结成坚硬的陶瓷状块体^[12]。这种陶瓷状物耐高温通常在1000℃以上烧蚀不会融化，而且生成的陶瓷状物具有一定的强度可以抵御火灾现场的水浇使其不破裂^[12]。

陶瓷化高分子复合防火材料在高温烧蚀过程中形成的SiO₂能与无机矿物填料分解产物发生共晶反应形成共晶^[13]。这种共晶会像桥一样连接二氧化硅和无机填料，在燃烧温度下形成一种连续结构。

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