解析硅橡膠的燃燒試驗機理

物質在空氣中燃燒需具備３個要素：足夠的熱量、氧氣和可燃性物質。硅橡膠是一種可燃物，在被加熱到一定溫度時會裂解生成低分子量環狀聚硅氧烷。在氧氣存在下燃燒，生成的氣體主要是氫氣、一氧化碳、二氧化碳及甲烷，殘余物是二氧化硅和其他無機填料。不同分子結構的硅橡膠生膠及其硫化膠的燃點是不同的，燃點的高低和硅橡膠的分子結構及其混煉膠的配方有關。所以，阻燃性硅橡膠材料研究的焦點是如何減弱支持燃燒的３個要素。硅橡膠的阻燃改性方法主要有：添加阻燃劑；對硅橡膠生膠進行化學改性；與其他阻燃高分子材料共混。其中添加阻燃劑是提高硅橡膠阻燃性能的一種有效也是簡單的方法［１］。

阻燃劑的阻燃機理一般有３種［２］：氣相阻燃機理，凝聚相阻燃機理和中斷熱交換阻燃機理。

氣相阻燃是指在氣相中抑制促進燃燒反應鏈增長的自由基，使燃燒中斷。氣相阻燃作用方式：（１）阻燃劑受熱或燃燒時產生自由基抑制劑，促使燃燒鏈式反應中斷；（２）阻燃劑受熱生成細微粒子，該粒子促進自由基相互結合以終止鏈式燃燒反應；（３）阻燃劑受熱分解釋放出大量惰性氣體以稀釋可燃氣體，并降低可燃氣體的溫度；（４）阻燃劑受熱釋放出高密度的蒸氣以覆蓋于可燃氣體之上，隔絕與空氣接觸。

凝聚相阻燃機理又稱固相阻燃機理，指在固相中延緩或阻止高聚物熱分解以達到阻燃的效果。作用特點：（１）阻燃劑在固相中延緩或阻止材料的熱分解，減少或中斷可燃物的來源；（２）阻燃材料燃燒時在其表面生成多孔炭層，起到隔熱、隔氧的作用，又可阻止可燃氣體進入氣相；（３）阻燃劑受熱分解，從而吸收熱量，阻止被阻燃材料溫度升高。

中斷熱交換阻燃機理是指阻燃劑加入聚合物后，帶走聚合物燃燒時產生的部分熱量使聚合物溫度降低，不能維持熱分解狀態，進而使燃燒中斷。

阻燃劑在材料燃燒過程中發揮阻燃作用的過程非常復雜，往往是幾個機理共同作用的結果［３］。

２　硅橡膠阻燃體系的應用研究

從２０世紀４０年代開始，各國開始重視阻燃劑的開發應用，近代阻燃劑的發展經歷了二戰時期的氯化石蠟／氧化銻阻燃系統、反應型阻燃劑、添加型阻燃劑、膨脹型阻燃劑、無鹵阻燃劑、本質阻燃高聚物及聚合物／無機納米復合材料等幾個階段［４］。硅橡膠常用的阻燃劑主要分為反應型阻燃劑和添加型阻燃劑。

硅橡膠是一種耐高低溫、耐臭氧、耐候，并具有優良電絕緣性的特種橡膠，廣泛應用于航空航天、汽車、電子和醫療等領域。和其他碳鏈結構的橡膠一樣，硅橡膠也存在可燃的缺點。目前應用于電線電纜、電子電氣及宇航等方面的硅橡膠都要求具有良好的阻燃性能。因此，國內外針對硅橡膠用阻燃劑、阻燃性硅橡膠配方和工藝開展了廣泛的研究。