【原创】当陶瓷与橡胶结合,耐磨、耐热还能防弹


来源:中国粉体网   山川

[导读]  橡胶与陶瓷材料相遇会碰撞出怎样的火花?

中国粉体网讯  橡胶陶瓷化技术是一种制备陶瓷聚合物复合材料技术,添加陶瓷填料的高分子复合材料在燃烧或者高温烧蚀的情况下,基体材料受热分解陶瓷填料发生熔融和共晶反应,形成坚硬的陶瓷体。陶瓷化复合材料成瓷后,可以保持原材料的形貌,且具有较高的强度,保护内部材料不受火焰的侵蚀,形成的坚硬外层可以间断热量和可燃气体的传递,如此看来,陶瓷橡胶复合材料提高了橡胶基体材料的耐热性。


陶瓷化机理


当高分子材料遇到明火或者高温烧蚀时,基体发生热分解过程产生气体和残炭,与此同时,随着温度升高到助熔剂的软化点时,助熔剂开始熔融形成液相,此时高分子材料基本分解完全形成无定型的碳粉末或者硅粉末,助熔剂液相分散在集体残留物和成瓷填料颗粒的空隙之间,将二者包裹和连接,起到液相“桥接”作用,使其互相粘结形成整体,最后冷却固化后得到坚硬的陶瓷体。


复合材料陶瓷化原理


主要的陶瓷填料


陶瓷化高分子复合材料中主要添加的陶瓷填料包括成瓷填料、助熔剂、补强剂三部分。目前研究中常用的成瓷填料主要包括云母高岭土、蒙脱土、硅灰石等层状硅酸盐矿物。这类层状硅酸盐矿物均具有明显的晶形结构,熔点较高,电绝缘性能良好,且添加后能明显提高基体材料耐热性。助熔剂主要包括低熔点玻璃粉和氧化硼,助熔剂往往具有较低的熔融温度,在高温下熔融形成液相物质填充在成瓷填料和基材残留物之间,起到“桥接”作用,并且可以降低成瓷填料的成瓷温度。补强剂主要是炭黑和白炭黑,这类物质的添加可以显著提升橡胶等高分子材料的力学性能,在高温下生成的二氧化硅还可以充当成瓷填料。


氢氧化铝微粉,图片来源:山东雷浦新材料科技有限公司


陶瓷和橡胶在耐烧蚀材料中的应用


连续高速运转的输送带是陶瓷橡胶复合材料的重要应用。目前国内煤炭、冶金、焦炭、水泥等行业要输送的物料温度非常高,一般可达到400-600℃,而个别工序则达800℃上,较高的温度不仅会让输送带覆盖胶快速热氧老化,还使覆盖胶表面发生炭化形成疏松的碳化层,输送带过滚筒或者装载物料时疏松碳化层很容易脱落,不仅导致里层橡胶继续被烧蚀,还容易导致骨架材料发生破坏,大大降低了输送带的使用寿命。而采用陶瓷化技术既能解决运输过程中的易烧蚀问题,同时还能解决皮带易磨损问题。


橡胶陶瓷化复合材料用于高温输送带具有5大优点:附着力较强;寿命长、抗老化、阻燃高;摩擦系数高、防止皮带跑偏;耐候性好、减振性好、防腐蚀性高;比进口材料低20%-40%等优点。


陶瓷粉体作为阻燃剂应用于橡胶塑料


陶瓷粉体为阻燃剂的应用于橡胶及塑料中时,和橡胶陶瓷化技术并无关系,它主要是应用陶瓷粉体受热分解吸热的特性来达到阻燃的效果。常用到的陶瓷粉体主要有氢氧化镁和氢氧化铝,氢氧化铝是无机氢氧化物销售最多的阻燃剂,主要用于加工温度在200℃以下的人造橡胶、热固性树脂及热塑性塑料,其阻燃的塑料在火焰中发烟性较小是一个突出的优点。氢氧化镁是一种热稳定性更好的无机阻燃剂,超过300℃仍然稳定,广泛用于许多人造橡胶、树脂、包括工程塑料及其他在高温加工下的树脂,在聚合物体系中起到阻燃、消烟的作用。


陶瓷、橡胶在防弹装甲重的组合运用


陶瓷与橡胶在防弹装甲中的应用也不属于橡胶陶瓷化技术。陶瓷材料具有极高的硬度和很高的抗压强度,密度约为钢的一半,抗射流侵彻能力强于同等质量的45钢,适用于作为防弹材料;橡胶作为主战坦克复合装甲材料,其应用形式通常是作间隔装甲的中间层(夹层或垫层)。有机材料橡胶具有比强度和比模量高(分别为装甲钢的4-8倍和3-5倍)、断裂安全性好、材料性能的复合效应及可设计性好、材料利用率高和较好的成型工艺性等优点。陶瓷橡胶复合装甲集陶瓷、橡胶、钢等材料性能的优点并且相互补充,在装甲防护领域得到了广泛的应用。


第3代防弹纤维复合材料中的聚乙烯橡胶具有密度低、抗吸湿性好、耐磨性好、良好的动能吸收等特点,不仅质量轻而且抗弹性能好,研究以聚乙烯橡胶为夹层构成的陶瓷复合靶板的防护性能具有重要的意义。


参考来源:

[1]薛磊.三元乙丙橡胶复合材料的阻燃性能和陶瓷化性能研究

[2]李瑞静等.陶瓷橡胶复合装甲防护性能影响因素研究

[3]言克斌等.陶瓷/橡胶复合装甲对射流防护效能的实验研究


(中国粉体网编辑整理/山川)

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