雖說陶瓷是無機物，硅橡膠是有機物，但兩者也并非不可結合——在防火領域，就有一種半有機半無機的材料起著至關重要的作用，那就是陶瓷化硅橡膠。至于它在性能上有什么樣的轉變，在應用上又會有什么突破，小編將在下文中進行整理。

一、研究背景

首先要知道，普通的高分子材料在經過火焰燒蝕后絕大部分都會變成灰燼或是形成融滴增加，這樣不僅無法起到防火作用，而且還會火災的風險性。因此為了提高高分子材料的耐火性能，科學家開始對具備耐火性的陶瓷化高分子材料展開研究。

塑料筷子燃燒

國外對陶瓷化高分子材料的研究最早可追溯到20世紀30年代，但直到21世紀后對陶瓷化耐火電纜的研究才有所增加。數年前，由澳大利亞的研究人員成功開發出了耐火性陶瓷化聚合物，隨后由澳大利亞的CeramPolymerik公司投產。該陶瓷化聚合物甫一出世，就引起了很大的反響，至于遇火時普通的聚合物與耐火性陶瓷化聚合物的表現差異，可看下方視頻對比了解。

陶瓷化聚合物材料（視頻中是EPDM）在燃燒后依舊可以保有完整的結構

（來自CeramPolymerik公司官網）

二、作用機制及特點

目前已研究過的可陶瓷化的聚合物有許多種，但最成功的還是陶瓷化硅橡膠。因為硅橡膠本身便擁有良好的熱穩定性，且燃燒時Si-O結構會轉變成連續、抗氧化、絕緣的網絡狀二氧化硅灰燼覆蓋在表面，不僅能阻止進一步燒蝕，而這些二氧化硅粉末可以為后續的陶瓷化提供物質基礎。

在燃燒時，陶瓷化防火硅橡膠中大量被添加進的成陶填料，會在高溫火焰中形成堅硬的連續陶瓷層，提高材料的耐火程度。雖然陶瓷層的形成有多種可能的方式，但最主要的是通過低熔點無機填料形成液相將分數在基體內的無機填料粘結起來。

當添加硅酸鹽類填料后，硅橡膠分解產生的二氧化硅會與硅酸鹽填料發生反應，在填料的邊緣形成“低共熔混合物”。此低共熔材料會在二氧化硅粒子和填料粒子之間起橋接作用，從而形成凝聚的陶瓷化產物。

燃燒時填料會與基體的熱解產物二氧化硅產生共晶現象，形成一層堅硬的陶瓷層

特點：

由于陶瓷化硅橡膠是半有機半無機材料，因此陶瓷化硅橡膠在常溫下具有與普通聚合物相同的性能，但遭遇高溫著火后形成的自支撐的陶瓷化產物又會有一定的強度，且能承受一定的沖擊力，足以抵抗1000℃明火的燒蝕并保持制品的完整性。由于陶瓷化硅橡膠無須像阻燃硅橡膠那樣添加大量的鹵素阻燃劑，因此燃燒時更加環保，不產生有毒氣體及煙霧。且隨著燒結溫度的升高，其體積電阻率也會跟著下降。

三、填料選擇

陶瓷硅橡膠中主要包含了生膠和填料等，由于填料填充量較高，因此填料的種類、粒徑等對最終陶瓷體的形成有決定作用，并決定了陶瓷體的微觀結構和其他性能。

1.補強填料

陶瓷化硅橡膠的補強填料采用白炭黑，主要是氣相法白炭黑，也用沉淀法白炭黑。經過表面處理（表面處理劑有硅烷偶聯劑、八甲基環四硅氧烷）的白炭黑可以有效改善硅橡膠硫化膠的強度，提高疏水性。

2.增量填料

增量填料對硅橡膠只起很弱的補強作用，一般與白炭黑并用，以調節硅橡膠硫化膠的硬度?改善膠料的工藝性能（如擠出性能）和降低成本?主要有石英粉(groundquatz)?硅藻土，氧化鋅?鈦白粉?滑石粉和碳酸鈣等?用硅烷偶聯劑處理的石英粉，不但提高了補強性，還能起燒結粘結劑(binder)的作用，利于陶瓷化?

3.成瓷填料

目前陶瓷化硅橡膠添加的成瓷填料一般是層狀硅酸鹽類礦物填料，呈晶體結構，具有高熔點（高耐火度）和高燒結度，且具有優良的電絕緣性能，代表性品種有以下幾種。

①云母

云母是一種復雜的硅酸鹽，種類眾多，系層狀晶體，晶系多樣，熔點約為1800℃，甚至更高?用于陶瓷化硅橡膠的云母主要包括白云母和金云母?白云母是雙八面體堿性硅酸鋁，是通過鉀離子層彼此弱粘結的硅酸鋁片的層狀結構，成分為KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂?金云母是三八面體堿性硅酸鋁，是通過鉀離子層彼此弱粘結的硅酸鋁鎂片的層狀結構，成分為KMg₃AlSi₃O₁₀(OH)₂?

白云母有較好的電絕緣性和耐火性，與金云母相比，燒結體尺寸穩定性和電性能較好，因此電纜之類的電氣制品常用白云母。但是金云母在1000℃高溫下燒結體的強度比白云母高。

②硅灰石

硅酸鈣填充劑也是硅橡膠重要的成瓷填料，主要有硅灰石、硬硅鈣石、雪硅鈣石，針鈉鈣石、錳硅灰石等，其中以硅灰石應用最多?硅灰石是天然的偏硅酸鈣(CaSiO₃)，三斜晶系，熔點為1540℃?用于陶瓷化硅橡膠的硅灰石為α-CaSiO3，以長徑比2:1~5:1為宜（過高時擠出品的表面會失去平滑性）?

Zbigniew Pedzich等將硅灰石、高嶺土、膨潤土進行了對比試驗，結果表明添加硅灰石的硅橡膠性質最穩定，燃燒后的殘重最大。

③高嶺土

高嶺土是以天然高嶺石為主要成分的粘土，化學成分為水合硅酸鋁(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)，晶體為假六方片狀，熔點約為1735℃?使用表面處理的煅燒高嶺土更有利，可改善物理強度和電絕緣性能?

四、應用領域

1.防火電纜材料

陶瓷化硅橡膠最主要的應用是防火電纜材料。在應急電路系統中，電纜材料需要在火災發生的情況下保證電路的正常運行。陶瓷化硅橡膠防火電纜與傳統氧化鎂礦物絕緣防火電纜和云母帶繞包的耐火電纜相比，具有安全性好、施工方便、節約成本的優勢。

2.防火墻及其他

陶瓷化硅橡膠用作防火墻時能夠在高溫火焰下形成耐火陶瓷層，防止火焰穿透，在飛機中使用阻燃陶瓷化硅橡膠防火墻能防止火焰在機艙中的蔓延。除此之外，它還有其他十分廣泛的應用，如防火門、防火板、建筑防火涂層、發泡防火高溫處理材料、火箭發射平臺高溫隔火層等。

資料及圖片：

CeramPolymerik公司官網

阻燃陶瓷化硅橡膠的制備與性能研究，王聰鵬。

陶瓷化硅橡膠，謝忠麟。

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