硅橡胶、氟硅橡胶泡沫材料的制备及其功能化研究

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硅橡胶(SR)泡沫作为一种轻质弹性体,不仅具有良好的柔韧性,而且具有优异的耐低温性,耐候性和生物相容性,在飞机、汽车、电子产品领域有着广泛的应用。目前,应用于电磁干扰屏蔽(EMI SE)领域的材料需要进一步提高自身的柔韧性以满足设备的要求。SR泡沫成为制备柔性导电复合材料的首选。氟硅橡胶(FSR)是一种特种橡胶,具有耐高温、耐低温、低介电常数、化学性质稳定、耐溶剂性的特点,被广泛应用于航空航天、汽车制造、轮船制造等现代高精度领域。然而,FSR具有易燃性,且其工作环境中易燃油类、有机溶剂的浓度较高,增加了火灾发生的几率,限制了FSR在相关领域的应用。另外,目前制备的FSR泡沫普遍存在收缩率高,功能单一的问题。为了解决以上问题,本论文开展了以下研究:首先,在多壁碳纳米管(MWCNTs)上接枝聚多巴胺(PDA),再以PDA为化学活化点引发银粒子的原位合成,将引入银纳米粒子的MWCNTs与SR共混,通过超临界发泡技术制备了SR泡沫材料。对SR泡沫材料进行了电导率、EMI SE和密度等性能的测试分析,结果表明,材料的密度只有0.3±0.02 g/cm~3,导电率高达5.69 S/m,EMI SE性能可达到36 d B,屏蔽机制以吸收为主,这将有效解决电磁波反射引起的二次磁污染问题。其次,采用直接共混法在FSR中混入阻燃填料可膨胀石墨(EG)与聚磷酸铵(APP),通过预硫化工艺制备了具有一定交联密度的FSR阻燃泡沫,然后再通过二次硫化固定成型,得到密度为0.25±0.02 g/cm~3的FSR泡沫。讨论了阻燃填料对FSR泡沫材料泡孔形貌的影响,结果表明,随着EG或者APP份数的增加,氟硅橡胶泡沫材料的泡孔壁厚度明显增加;并且,在添加EG/APP复合填料时,随着EG比例的增加,泡孔尺寸呈现出先增大后减小的规律。同时,对FSR泡沫材料的阻燃性能进行了评价,UL-94试验结果表明样品的阻燃等级可达到V-0级,极限氧指数(LOI)高达36.4%,锥形量热(CCT)试验结果显示阻燃性能指数(FPI)值为0.071 s·m~2/k W,高于未添加阻燃剂的对照样品(0.024 s·m~2/k W)。之后,进一步研究了EG和APP阻燃剂的加入对材料密度、发泡倍率、力学性能、耐老化等性能的影响。结果表明,随着EG或者APP份数的增加,氟硅橡胶泡沫材料的密度明显增加,发泡倍率明显减小;并且,在添加EG/APP复合填料时,随着EG比例的增加,密度与发泡倍率也呈现出相似的规律。样品表现出较好的耐热性,对标准油IRM903具有较好的耐受性以及较好的耐非极性溶剂性。最后,在上述研究的基础上,通过预硫化工艺制备了具有一定交联密度的FSR阻燃薄膜,再通过相同的工艺控制FSR的硫化程度,使之与发泡条件相匹配,得到未完全交联的FSR泡沫材料,最后将阻燃薄膜包覆在泡沫周围,通过共硫化工艺固定成型,成功制备了具有“三明治”结构且密度仅为0.1±0.02 g/cm~3的阻燃FSR泡沫材料。对材料的阻燃性进行了评价并研究了其阻燃机理。UL-94试验结果表明样品的阻燃等级可以达到V-0级,LOI值高达38.4%,CCT试验结果显示FPI值为0.176 s·m~2/k W,远远高于未添加阻燃剂的对照样品(0.032 s·m~2/k W),表明FSR的阻燃性能得到了极大的改善。
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