聚合物的阻燃与耐火在国民生产生活的诸多领域中起着至关重要的作用，传统的阻燃材料在持续高温燃烧后，残余物呈现没有机械强度的粉末状，不能继续阻燃。陶瓷化聚合物作为一种新型的阻燃材料，于2004年在澳大利亚进行了商业应用并申请了专利^[1-3]，这种材料可以在高温燃烧后转变成具有一定强度的陶瓷化壳体，保持材料的阻燃性。

   硅橡胶本身不易点燃，燃烧时热释放速率低、燃烧速度慢，主链的Si-O键能够转变成连续的、抗氧化的网络状结构，燃烧过程中没有有毒气体产生，可以作为陶瓷化聚合物的基体材料^[4-5]。Hanu在硅橡胶中添加了20%的云母，燃烧后生成的烧结产物有较大的强度，并提出了陶瓷化转变的机理^[6-7]。Mansouri研究了硅橡胶/云母复合材的热降解行为，1050℃下烧蚀30 min后形成了连贯、致密的陶瓷状结构^[8-9]。Pedzich在硅橡胶中加入100份硅灰石，烧蚀后残余物质量为71.3%^[10]。Siska Hamdani研究了无机填料对硅橡胶分解温度和尺寸稳定性的影响^[11]。近几年国内学者探索了陶瓷化硅橡胶在电线电缆上的应用，并研究了其热行为和微观结构^[12-14]。

本文在硅橡胶中加入硅灰石制备陶瓷化硅橡胶，研究硅灰石的长径比和用量对硅橡胶力学性能、阻燃性能和烧结体三点弯曲性能的影响，并用TG和SEM分析硅橡胶的热稳定性和成瓷机理。

1 实验

1.1 主要原料及仪器

硅橡胶混炼胶：瓦克R401/40，北京安特普纳科贸有限公司；普通硅灰石：工业级，江西奥特精细粉体有限公司；针状硅灰石：工业级，江西奥特精细粉体有限公司；氨丙基三乙氧基硅烷KH550：分析纯，北京瑞祥能源科贸有限公司；2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷：45%，湖南以翔化工有限公司。

双辊开炼机：XK-160，青岛信本科技有限公司；平板硫化机：XLB-350，青岛信本科技有限公司；万能材料试验机：CMT4202，美斯特工业系统（中国）有限公司；氧指数仪：JF-3，北京北广精仪仪器设备有限公司；热失重分析仪：SDTQ600，美国TA公司；扫描电镜：Hitachi S-4700，日本日立公司。

1.2 试样制备

基本配方：硅橡胶混炼胶100份、硅灰石0～75份（变量）、氨丙基三乙氧基硅烷1份、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷1.2份。

硅橡胶试样的制备：按照配方比例称取各种药品，将双辊开炼机辊距调整到1mm左右加入硅橡胶混炼胶，待硅橡胶包辊后依次加入KH550、硅灰石和2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷，混炼均匀后调大辊距出片。胶料放置12h以上，返练，之后出片硫化，一次硫化条件为170℃×15min，二次硫化条件为200℃×4h。

硅橡胶烧结体的制备：将硫化好的硅橡胶试样裁成一定形状放置于马弗炉中，从室温快速升温至800℃，恒温1h，冷却至室温取出。

1.3 测试与表征

硅橡胶的力学性能：按照GB/T 528-2009测试；硅橡胶的阻燃性能：按照GB/T 10707-2008测试氧指数；硅橡胶烧结体的三点弯曲强度：按照GB/T 9341-2000测试。

硅橡胶的热失重分析：采用热失重分析仪测试，测试温度范围为室温至900 ºC，测试气氛为氮气，升温速度为20℃/min。

硅橡胶烧结体的微观结构表征：采用日立Hitachi公司S-4700电子扫描显微镜对烧结体的断面形貌及填料在基体的微观分布进行观察。

2 结果与讨论

2.2 硅灰石的微观结构表征

Fig.1 为SEM下不同种类的硅灰石的微观结构，其中(a)为普通硅灰石，呈片状和短纤维状，长径比介于1:1至4:1之间，平均粒径大小为11μm，(b)为经过精加工的针状硅灰石，呈长纤维状，长径比高，介于10:1至20:1之间，平均粒径大小为23μm。

2.5 硅灰石长径比及用量对硅橡胶热性能的影响

由Fig.5和Table1可以看出，未加硅灰石的硅橡胶的热稳定性很差，在468ºC时开始分解，残余物质量只有22.6%。在硅橡胶中加入30份普通硅灰石后，硅橡胶的初始分解温度基本不变，最快分解速率下降，最快分解速率时的温度也由605ºC提高到659ºC，残余物质量为59.2%，是未添加硅灰石的硅橡胶的2.6倍。继续增加普通硅灰石的用量效果并不明显，分解温度和速率变化很小，用量增加到60份时残余物质量只是由59.2%提高到63.7%。在硅橡胶中添加30份长径比大的针状硅灰石后，初始分解温度提高到491ºC，最快分解速率只有2.59%/min，远低于未加硅灰石的硅橡胶和添加30份普通硅灰石的硅橡胶（分别为8.38%/min和6.59%/min），最快分解速率时的温度也提高到690ºC，同时燃烧后的残余物质量也最高，为75.0%。继续增加针状硅灰石的用量效果并不明显。

由Fig.5和Table1还可以看出，硅灰石的加入能够明显提高硅橡胶的热稳定性，使硅橡胶分解温度升高，分解速率降低，残余物质量增加。长径比大的针状硅灰石效果要好于普通硅灰石，随着硅灰石添加量的增加，硅橡胶热稳定性有所提高，但变化不大。