Page 67 - 《橡塑技术与装备》2020年1期（1月上半月橡胶）

综述与专论 薛帅伟 等·硅橡胶阻燃开发研究进展

制延缓燃烧系统中可燃物的分解，一般情况下形成的 （3）抑制或延缓燃烧系统中可燃物的分解
陶瓷层较为疏松，所以其屏障阻燃效果微弱。 硅橡胶被引燃开始燃烧并释放出高活性 HO• 时，
1.2 硅橡胶的燃烧特性 如有卤族类无机化合物的存在，卤素自由基会对 HO•
从阻燃特性来讲，通常会采用氧指数来表征橡胶 进行捕捉，从而抑制或延缓可燃物的进一步燃烧。
的耐燃性。按照分子结构来分，可将橡胶分为烃类橡 如硼酸锌在燃烧中与含氯化合物分解产物结合生成
胶、卤素橡胶、杂链类橡胶。常见的烃类橡胶（NR、 Zncl 2 ，使燃烧分解出来的物质发生聚合，减少可燃物
SBR 等）氧指数在 19%~21%，阻燃等级一般，属于 质的浓度。
可燃性材料。卤素类橡胶（CPE、CR、CSM、FKM
等）的氧指数为 27%~45%，自身阻燃性较高，属于 3 常用阻燃剂及其分类
难燃性材料。杂链类橡胶是指分子主链中含有除碳原 3.1 铝 - 镁系无机阻燃剂
子以外的其他杂原子的橡胶，如硅橡胶，分子主链由 此类阻燃剂常见的有氢氧化铝和氢氧化镁，具有
硅原子和氧原子组成，自身阻燃性较好，氧指数在 低成本、环保、低烟等优点。此类化合物自身含水量
24%~26%。其余橡胶的阻燃性能可分类而议。 通常在 30% 以上，通过受热释放出水分来降低燃烧系
统的温度，其阻燃作用在固相和气相两种阻燃机理中
2 硅橡胶的阻燃方向 都有体现，较高的分解温度使其还具有一定的抑烟作
硅橡胶的燃烧过程比较复杂，经过对其阻燃机理 用，在燃烧过程中可形成一层氧化铝和氧化镁保护层，
及阻燃方式的不断探索，目前外界一直公认的阻燃机 阻止热量传递时还具有一定的催化成炭作用。由于此
理有四种 ：固相阻燃机理、气相阻燃机理、自由基阻 类阻燃剂与硅橡胶的相容性较差，大量添加会导致硅
燃机理和协效阻燃机理。结合上述硅橡胶的燃烧条件、 橡胶的物理机械性能有所下降，因此目前常以氨基硅
分解产物、燃烧历程，硅橡胶的阻燃效果可以分别从 烷、乙烯基硅烷、六甲基二硅氮烷作为一种架桥剂对
三方面着手解决 ：降低燃烧系统的温度、隔断燃烧系 铝 - 镁系阻燃剂进行表面处理，以提高与硅胶的相容
统的氧气、抑制或延缓燃烧系统中可燃物的分解。 性。
（1）降低燃烧系统的温度 孙名伟等人将 60 份氢氧化铝添加到甲基乙烯基硅
从控制燃烧的角度，可通过中断热交换过程和减 橡胶当中，制备的阻燃硅橡胶氧指数可达 38%，垂直
小热量的产生或者增大热量的吸收来控制。水的热容 燃烧等级达到 FV-0 级，但造成了材料的拉伸强度和
.
量较大，可以达到 4.2 kJ/(kg ℃ )，当水从常温态转变 撕裂强度 28.0% 和 43.4% 的降低 [2] 。
为沸腾状态时，需要吸收大量的热，从沸腾状态转变 李又兵等人采用密胺树脂对氢氧化镁进行包覆，
为蒸汽时，再次吸收大量的热。如氢氧化铝和氢氧化 研究了未改性氢氧化镁、改性氢氧化镁对硅橡胶阻燃、
镁，温度升高吸热后释放出的水分子转变为蒸汽的过 力学性能的影响。与 40 份未改性氢氧化镁相比，相同
程中会吸收大量的热，降低燃烧系统温度，从而阻止 份量的包覆氢氧化镁与硅橡胶的相容性更好，并且氧
或抑制燃烧的进一步扩展。 指数、拉伸强度、扯断伸长率都有明显提升，分别达
[3]
（2）隔断燃烧系统的氧气来源 到 32.5%、0.98 MPa、343.61% 。
部分阻燃剂在受热后会分解出非可燃性气体，这 3.2 含磷系阻燃剂
些气体的排出会降低燃烧系统中的氧气浓度，从而抑 含磷系阻燃剂主要分为以红磷、微胶囊化红磷、
制延缓燃烧。如碳酸氢钠等碳酸氢盐类物质及二邻甲 聚磷酸铵为主的无机类阻燃剂和以磷酸酯类、磷杂菲、
苯基胍受热分解释放出来的 CO 2 和 N 2 ，覆盖在燃烧系 磷腈、反应性磷酸酯类、有机次磷酸、有机次磷酸盐
统周围，隔绝可燃物与空气中氧气的接触，从而抑制 为主的有机类阻燃剂。此类阻燃剂受热生成的 PO•、
可燃物的进一步燃烧。另一类阻燃剂如磷化合物在燃 PO 2 • 自由基等小分子物质会与燃烧过程中产生的 H•、
烧过程中可生成磷酸、偏磷酸、聚磷酸、焦磷酸，此 HO• 和 O• 自由基进行反应，中断燃烧链式反应，并
类物质在高温下会聚合成高聚态，促进被阻燃物脱水 且受热之后形成的磷酸、偏磷酸、聚磷酸、焦磷酸有
成炭的同时，还可作为橡胶的保护层，隔绝空气和可 助于被阻燃物的脱水成炭，自身燃烧形成的富磷类物
燃性物质。 质会吸附在硅橡胶表面，隔绝可燃物与氧气接触的同

年
2021 第 47 卷 ·15·