陶瓷化耐火硅橡胶是以硅橡胶为基材，加入成瓷填料和阻燃填料（阻燃剂），经一定加工工序制成的特种硅橡胶材料，其在常温下能够保持普通硅橡胶良好的弹性和力学性能，但在火焰或高温条件下能快速陶瓷化，形成致密而坚硬的多孔性陶瓷材料，起阻燃、耐火的作用。

陶瓷化硅橡胶常用的阻燃剂有氢氧化铝（例如FA系列）、氢氧化镁（例如FM系列）和铂阻燃剂。氢氧化铝和氢氧化镁在高温下释放水蒸气，生成氧化铝和氧化镁，水的蒸发潜热使燃烧温度降低，两者并用（例如FAM系列，氢氧化铝／氢氧化镁并用比为1/9~6/4）具有促进陶瓷化的特点。本文通过添加玻璃粉、氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂制备陶瓷耐火硅橡胶，分析了氢氧化镁和氢氧化铝对陶瓷硅橡胶力学性能、电性能和耐火性能的影响，以期为陶瓷化耐火硅橡胶材料的生产加工及应用提供参考。

实验材料：甲基乙烯基硅橡胶，羟基硅油，HN-150型2，4-二氯过氧化苯甲酰(双二四)，白炭黑，氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌，玻璃粉。实验方法：按表1配方称取各种原料，先将硅橡胶置于敞口炼胶机上，加入羟基硅油、白炭黑、硼酸锌、玻璃粉、氢氧化铝、氢氧化镁混炼。混合均匀后，加入双二四继续混合均匀。然后，将混合均匀的胶料置于平板硫化机上，在140℃、10MPa的条件下加压硫化。

结果与讨论

1.阻燃填料对硅橡胶硬度的影响

样品硬度如图1所示，可以看出，普通硅橡胶(0#)的邵氏硬度（Shore A）为57，4种陶瓷化硅橡胶的邵氏硬度相差不大，均在72上下。因为硅橡胶中添加了无机粉体，硬度明显上升。

2.阻燃剂对硅橡胶拉伸性能的影响

如图2所示5种试样的拉伸性能结果，可以看出，普通硅橡胶的拉伸强度和拉伸断裂伸长率均最大。加入成瓷填料和不同成分阻燃剂后，试样的拉伸强度和拉伸断裂伸长率均有不同程度降低，这是因为成瓷填料和阻燃剂与基体相容性差所致。陶瓷化硅橡胶的拉伸性能虽有一定幅度降低，但仍满足电线电缆产品标准中拉伸强度不低于5MPa、拉伸断裂伸长率不低于150%的要求。

3.阻燃剂对硅橡胶撕破性能的影响

试样撕破强度如图3所示，陶瓷化硅橡胶试样的撕破强度明显高于普通硅橡胶试样，这是因为陶瓷化硅橡胶比普通硅橡胶硬度高。而在四种陶瓷化硅橡胶中，2#样平均撕破强度最大，比0#普通硅橡胶试样提高了74%。硬度基本相同的试样，撕破性能随拉伸断裂伸长率的降低而降低。

4.阻燃剂对硅橡胶电气绝缘性能的影响

陶瓷化硅橡胶最主要的应用是防火电缆材料，因此，对电气绝缘性能要求严格。国家标准GB/T33430—2016《硅橡胶混炼胶电线电缆用》中明确指出，应用于电线电缆的硅橡胶的体积电阻率至少应为1.0×10¹¹Ω·m，击穿强度至少应为18MV/m。图4a和4b分别为5种试样的电性能测试结果。从中看出，加入成瓷填料和阻燃剂后，试样的体积电阻率和击穿强度相较于普通硅橡胶试样均明显降低。这是因为无机填料和硅橡胶的分子结构及表面性能差异太大，无法在材料内部形成致密结构，导致在较低电场下即可被起始电子破坏，随着电场的增大，不致密结构使起始电子更容易移动，随着起始电子的自由撞击，产生更多的电子，从而降低击穿强度。并且材料中无机粉体越多(4#试样)，击穿强度下降越明显。4#试样的体积电阻率和特征击穿强度分别为2×10¹²Ω·m和20.9MV/m，电气绝缘性能最差，但仍满足电线电缆材料对绝缘性能的要求。

5.阻燃剂对硅橡胶耐火性能的影响

采用阻燃性的定量指标LOI评价陶瓷化硅橡胶的耐火性能。通常，LOI大于26的材料被认为是阻燃材料，具有自熄性。本研究中试样的LOI值如图5所示。从中可以看出，普通硅橡胶的LOI仅有24.6，加入硼酸锌、玻璃粉以及阻燃剂后，1~4#试样的LOI分别增加到27.6%，31.8%，34.7%和32.6%，有明显增幅。主要原因有，一是因为氢氧化铝、氢氧化镁阻燃剂的作用，二是助熔剂硼酸锌和低熔点玻璃粉的作用。硼酸锌不仅具有良好的阻燃效果，而且熔点较低，在高温下与玻璃粉形成液相，作为连接桥梁形成致密的陶瓷体，阻止火焰继续燃烧。另外，3#试样表现出了最佳阻燃性能，主要是由于3#试样中的氢氧化镁阻燃剂受热分解所需要的分解能(1.37kJ/g)高于1#试样中的阻燃剂氢氧化铝的分解能(1.17kJ/g)，这有助于提高阻燃效率。同时，氢氧化镁热分解产物MgO与材料在燃烧过程中产生的CO₂等酸性气体的反应速率较氢氧化铝的热分解产物Al₂O₃快。由此表明阻燃剂在陶瓷化耐火硅橡胶耐火性方面发挥重要作用。

上述实验可制得综合性能佳的陶瓷化硅橡胶。不过在实际生产中，情况往往更为复杂，陶瓷化硅橡胶容易出现成瓷不完整，出现裂纹，有孔洞、成瓷后强度不够、可瓷化硅橡胶成瓷前成瓷填料分散及产品物性等问题，主要原因是成瓷填料和阻燃剂搭配选择不合理，例如：未在硅橡胶材料受明火高温灼烧时，形成片层连续相实现遮盖；所用材料的热膨胀系数较高，差异过大；成瓷辅料中结构助剂选择配比不合理，包括成瓷填料配比设计，粒径配比设计不合理，以及结构助剂选择配比不合理等。常用的结构助剂有氧化镁，氧化锆，硅灰石等，成瓷补强辅料产品包括氢氧化铝，氢氧化镁，硅灰石，滑石粉，碳酸钙，硅藻土，膨润土，硅微粉，另外，如果成瓷填料和阻燃剂在基材中分散性不佳，也将会导致无法制备性能优异的陶瓷化硅橡胶。因此，为保证研发成果，对采用的填料要求极为苛刻。金戈新材生产的氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌等产品，相较于市面上的同类产品，与树脂的相容性佳，在用以成瓷前，作硅橡胶高分子材料的性能弥补剂，提升材料加工性、力学性等要求，且对成瓷后，瓷体强度不会产生较大影响的粉体材料。若有需求，可致电0757-87572711或87572700咨询金戈新材工作人员。