轻质低烟防火隔热硅橡胶材料及其制备方法与流程

1.本发明属于特种橡胶技术领域，具体涉及一种轻质低烟防火隔热硅橡胶材料及其制备方法。


背景技术：

2.防火密封材料在航空领域有非常重要的应用，主要用于飞机潜在起火区，包括发动机短舱、吊挂、apu舱等部位，在飞机失火时起到防火密封的功能，对于保护机载人员和设备，提高飞机飞行安全性至关重要。按照ccar-25适航条款要求，位于指定火区或可能受到火区起火影响的邻近区域内必不可少的飞行操纵系统、发动机架及其他飞行结构，必须用防火材料制造或加以屏蔽，使之能经受住着火的影响。根据ac20-135的定义：防火(fireproof)指材料或结构在2000℉
±
150℉的火焰下冲击15min，能够完成设计要求的功能。
3.国内在航空领域，科研人员也开展了相关研究工作，中国发明专利cn200910062254.5防火硅橡胶复合材料及其制备方法，由硅橡胶防火隔离层、硅橡胶阻燃降温层、硅橡胶抗烧蚀层、本体硅橡胶层共4层材料热压复合而成，在1100℃
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50℃火焰喷烧15min，8mm厚样品未烧穿，背火面温度低于400℃，但其由多层橡胶材料复合而成，成型工艺复杂，须达到较高厚度才能起到防火功能，限制了其应用范围。现有防火橡胶材料普遍因添加大量阻燃填料，比重大(大多在1.4g/cm3以上)，烟雾量大，在灼烧后结构完整性、隔热性能等方面仍有待提升，对于飞机某些特殊工况下的防火隔热以及密封要求，尚不能完全满足。


技术实现要素：

4.本发明提供一种轻质低烟防火隔热硅橡胶材料及其制备方法，其具有低密度、低烟毒、优异的防火隔热性能，满足飞机防火密封要求。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
5.轻质低烟防火隔热硅橡胶材料，按各原料所占重量份数为：甲基乙烯基硅橡胶100份、增强填料30～50份、复配成瓷填料40～60份、复配助熔剂20～50份、空心陶瓷微珠30～50份、复配阻燃抑烟剂15～30份、交联剂0.5～1.5份、硅烷偶联剂1～3份。
6.进一步的，所述甲基乙烯基硅橡胶的乙烯基摩尔分数含量为0.13％～0.18％。
7.进一步的，增强填料为气相法二氧化硅，采用二甲基二氯硅烷进行表面处理，粒径为10nm～50nm。
8.进一步的，所述复配成瓷填料包括绢云母粉、硅微粉按1:1～2:1的质量比复配组成。
9.进一步的，所述复配助熔剂包括两种低熔点玻璃粉复配组成，两种低熔点玻璃粉的熔点分别为500～600℃、700～800℃，按1:2～2:1的质量比复配。
10.进一步的，所述空心陶瓷微珠为薄壁中空结构，其化学成份包括二氧化硅和三氧
化二铝，空心陶瓷微珠的熔点1600～1800℃，平均粒径为60～100μm，堆积密度0.25～0.45g/cm3。
11.进一步的，所述复配阻燃抑烟剂包括铂金阻燃剂、al(oh)3、氧化钼复配组成。
12.进一步的，所述交联剂选用2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷或过氧化二异丙苯。
13.进一步的，所述硅烷偶联剂选用乙烯基三乙氧基硅烷。
14.轻质低烟防火隔热硅橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：
15.取甲基乙烯基硅橡胶和增强填料，混炼均匀；加入复配成瓷填料、复配助熔剂、复配阻燃抑烟剂，混炼均匀；加入交联剂，混炼均匀；加入空心陶瓷微球，混炼均匀，得到混炼胶料；上述各混炼过程辊温不高于50℃；
16.将混炼胶料在室温条件下自然停放24小时以上；
17.将停放后的胶料压制成胶片半成品；
18.在150℃～170℃、10mpa～15mpa条件下，热压硫化15min～25min得到热压硫化成型制品；
19.将热压硫化成型制品在室温条件下放置16小时以上。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
21.1.本发明通过采用特定的组成和配比，制备出低密度及优异防火隔热性能的硅橡胶复合材料，在飞机起火时，隔绝热量传递并可以有效抵抗进一步的烧蚀，防止火区的高温火焰或气体进入到其它区域而造成危害，可有效保护机载设备和人员，保障飞机飞行安全。
22.2.本发明以甲基乙烯基硅橡胶为基材，绢云母粉/硅微粉复配体系为成瓷填料，不同熔点玻璃粉复配助熔剂，制备低烟、成瓷效果好、防火性能优异的可瓷化防火硅橡胶复合材料。
23.3.本发明通过应用质轻、高强度、耐磨、低热传传导、耐高温、阻燃等特性的空心陶瓷微珠，大幅降低材料比重，降低热传导，提高防火隔热性能。
24.4.本发明通过铂金阻燃剂、al(oh)3、氧化钼复配的阻燃抑烟体系，大幅提高材料的阻燃性能，并降低烟密度。
25.当然地，实施本发明的各技术方案并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
27.图1为本发明实施例1所制备橡胶材料的烧蚀后对火面照片；
28.图2为本发明对比例1所制备橡胶材料的烧蚀后对火面照片；
29.图3为本发明对比例2所制备橡胶材料的烧蚀后对火面照片；
30.图4为本发明实施例1与对比例3的隔热性能对比图。
具体实施方式
31.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
32.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
33.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。下面结合附图和实施例，对本发明做详细说明。
34.一种轻质低烟防火隔热硅橡胶材料，按各原料所占重量份数为：
35.甲基乙烯基硅橡胶100份，甲基乙烯基硅橡胶乙烯基含量为0.13％～0.18％；
36.增强填料30～50份，增强填料为气相法二氧化硅，采用二甲基二氯硅烷进行表面处理，粒径为10nm～50nm；
37.复配成瓷填料40～60份，复配成瓷填料由绢云母粉、硅微粉按1:1～2:1的比例复配组成；
38.复配助熔剂20～50份，复配助熔剂由两种不同熔点(500～600℃、700～800℃)的低熔点玻璃粉按1:2～2:1比例复配组成；
39.空心陶瓷微珠30～50份，空心陶瓷微珠为薄壁中空结构，主要化学成份为二氧化硅和三氧化二铝，熔点1600～1800℃，平均粒径为60～100μm，堆积密度0.25～0.45g/cm3；
40.复配阻燃抑烟剂15～30份，复配阻燃抑烟剂由铂金阻燃剂、al(oh)3、氧化钼按一定比例组成；
41.交联剂0.5～1.5份，交联剂指2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷或过氧化二异丙苯其中一种；
42.硅烷偶联剂1～3份，使用硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷(a151)。
43.一种轻质低烟防火隔热硅橡胶材料的制备方法，具体包括以下步骤：
44.步骤s1、取甲基乙烯基硅橡胶和增强材料，混匀，加入成瓷填料、助熔剂、阻燃抑烟剂，混匀，加入交联剂，混匀，加入空心陶瓷微球，混匀，得到混炼胶料，整个混炼过程辊温不高于50℃；
45.具体的，步骤s1包括以下子步骤：
46.步骤s101、使用双辊开炼机，将辊距调到所需值，加入甲基乙烯基硅橡胶混炼，逐步缓慢加入气相法二氧化硅，至加入完毕目测混合均匀后继续混炼2～3min；
47.步骤s102、依次加入成瓷填料、助熔剂、阻燃抑烟剂，至加入完毕目测混合均匀后，继续混炼2～3min；
48.步骤s103、加入交联剂2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷，混炼3～5min。
49.步骤s104：调大双辊间隙，加入空心陶瓷微珠，至加入完毕目测混合均匀后继续混
炼2～3min，下片；
50.步骤s2、将胶料在室温条件下自然停放24小时以上；
51.步骤s3、将停放后的胶料压制成一定厚度的胶片半成品；
52.步骤s4、在150℃～170℃、10mpa～15mpa条件下，热压硫化15min～25min得到热压硫化成型制品；
53.步骤s5、将热压硫化成型制品在室温条件下放置16小时以上，最终得到轻质低烟防火隔热硅橡胶材料。
54.下面通过表1对本发明的配比方案实施例进行详细描述：
55.表1本发明实施例及对比例的基本配方
[0056][0057]
将上述实施例和对比例进行多组性能试验，可得：
[0058]
(1)通过采用特定的组成和配比，进行防火硅橡胶材料复配及性能优化，制备出低密度、低烟毒性以及防火隔热性能优异的硅橡胶材料，材料可用于飞机防火密封件的制备，密封件按照ac20-135标准进行1093℃
±
66℃下15min的防火试验，密封件不烧穿，无背部燃烧。
[0059]
(2)材料力学性能及防火隔热性能优异，具有良好的回弹性和密封性能，材料比重
为1.15～1.25g/cm3，拉伸强度为6.2～7.0mpa，拉断伸长率为300％～360％，150℃下压缩70h压缩永久变形为16％～18％，按照ac20-135测试标准在1093℃
±
66℃的火焰(热流密度不低于10.6w/cm2)下进行15min的防火试验，6mm试样不烧穿，背火面温度不高于200℃。材料拉伸强度和拉断伸长率按照gb/t 532测试，比重按照gb/t 533测试。
[0060]
(3)通过云母粉/硅微粉复配的成瓷体系，以及两种不同熔点玻璃粉复配体系助熔剂，通过两种助熔剂温度梯度设计，提高其陶瓷化转化率，增强烧蚀后陶瓷层的强度，制备的防火隔热硅橡胶具有优异的防火性能，在1093℃
±
66℃的火焰进行15min的防火试验，6mm试样不烧穿，烧蚀后陶瓷层结构完整。同时，下表2对本发明实施例1和对比例5的烟密度进行了详细记录，云母粉/硅微粉复配成瓷体系材料的烟密度明显低于单独使用云母粉作为成瓷填料。参见图1,本发明实施例1烧蚀后试样不烧穿，对火面无裂纹，陶瓷层结构完整；参见图2，对比例1烧蚀后对火面裂纹较多；参见图3，对比例2烧蚀后对火面有裂纹。
[0061]
表2防火硅橡胶烟密度测试
[0062]
样品测试时间，s最大值时间，s最大烟密度值，4dm对比例5240240116实施例124024085
[0063]
(4)参见下表3，通过实施例1和对比例3的对比，空心陶瓷微珠的在防火硅橡胶中的应用，大幅降低材料比重(从1.38g/cm3下降至1.17g/cm3)。参见图4，对实施例1和对比例3进行1093℃
±
66℃的火焰进行15min的防火试验，实施例1试样背部最高温度从206℃下降至135℃，可见，本发明大幅提高了材料的防火隔热性能；同时，空心陶瓷微珠与烧蚀后陶瓷层相容性好，烧蚀后陶瓷层结构完整。
[0064]
表3防火硅橡胶比重测试
[0065]
样品比重，g/cm3实施例11.17对比例31.38
[0066]
(5)参见下表4和表5，对实施例1和对比例4进行对比，通过铂金阻燃剂、al(oh)3、氧化钼复配阻燃抑烟体系，材料的烟密度和烟毒性大幅降低，满足民用飞机烟密度及毒性要求。烟密度试验标准为hb6577-2014，烟毒性试验标准为hb7066-2014。
[0067]
表4防火硅橡胶烟密度测试
[0068]
样品测试时间，s最大值时间，s最大烟密度值，4dm对比例4240240123实施例124024085
[0069]
表5防火硅橡胶烟毒性测试
[0070]
编号cohcnhfhclso2nox对比例41131233015实施例18390304
[0071]
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。