中國粉體網(wǎng)訊 橡膠陶瓷化技術(shù)是一種制備陶瓷聚合物復(fù)合材料技術(shù)，添加陶瓷填料的高分子復(fù)合材料在燃燒或者高溫?zé)g的情況下，基體材料受熱分解陶瓷填料發(fā)生熔融和共晶反應(yīng)，形成堅硬的陶瓷體。陶瓷化復(fù)合材料成瓷后，可以保持原材料的形貌，且具有較高的強(qiáng)度，保護(hù)內(nèi)部材料不受火焰的侵蝕，形成的堅硬外層可以間斷熱量和可燃?xì)怏w的傳遞，如此看來，陶瓷橡膠復(fù)合材料提高了橡膠基體材料的耐熱性。
陶瓷化機(jī)理
當(dāng)高分子材料遇到明火或者高溫?zé)g時，基體發(fā)生熱分解過程產(chǎn)生氣體和殘?zhí)�，與此同時，隨著溫度升高到助熔劑的軟化點(diǎn)時，助熔劑開始熔融形成液相，此時高分子材料基本分解完全形成無定型的碳粉末或者硅粉末，助熔劑液相分散在集體殘留物和成瓷填料顆粒的空隙之間，將二者包裹和連接，起到液相“橋接”作用，使其互相粘結(jié)形成整體，最后冷卻固化后得到堅硬的陶瓷體。
復(fù)合材料陶瓷化原理
主要的陶瓷填料
陶瓷化高分子復(fù)合材料中主要添加的陶瓷填料包括成瓷填料、助熔劑、補(bǔ)強(qiáng)劑三部分。目前研究中常用的成瓷填料主要包括云母、高嶺土、蒙脫土、硅灰石等層狀硅酸鹽礦物。這類層狀硅酸鹽礦物均具有明顯的晶形結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)較高，電絕緣性能良好，且添加后能明顯提高基體材料耐熱性。助熔劑主要包括低熔點(diǎn)玻璃粉和氧化硼，助熔劑往往具有較低的熔融溫度，在高溫下熔融形成液相物質(zhì)填充在成瓷填料和基材殘留物之間，起到“橋接”作用，并且可以降低成瓷填料的成瓷溫度。補(bǔ)強(qiáng)劑主要是炭黑和白炭黑，這類物質(zhì)的添加可以顯著提升橡膠等高分子材料的力學(xué)性能，在高溫下生成的二氧化硅還可以充當(dāng)成瓷填料。
氫氧化鋁微粉，圖片來源：山東雷浦新材料科技有限公司
陶瓷和橡膠在耐燒蝕材料中的應(yīng)用
連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的輸送帶是陶瓷橡膠復(fù)合材料的重要應(yīng)用。目前國內(nèi)煤炭、冶金、焦炭、水泥等行業(yè)要輸送的物料溫度非常高，一般可達(dá)到400-600℃，而個別工序則達(dá)800℃上，較高的溫度不僅會讓輸送帶覆蓋膠快速熱氧老化，還使覆蓋膠表面發(fā)生炭化形成疏松的碳化層，輸送帶過滾筒或者裝載物料時疏松碳化層很容易脫落，不僅導(dǎo)致里層橡膠繼續(xù)被燒蝕，還容易導(dǎo)致骨架材料發(fā)生破壞，大大降低了輸送帶的使用壽命。而采用陶瓷化技術(shù)既能解決運(yùn)輸過程中的易燒蝕問題，同時還能解決皮帶易磨損問題。
橡膠陶瓷化復(fù)合材料用于高溫輸送帶具有5大優(yōu)點(diǎn)：附著力較強(qiáng)；壽命長、抗老化、阻燃高；摩擦系數(shù)高、防止皮帶跑偏；耐候性好、減振性好、防腐蝕性高；比進(jìn)口材料低20%-40%等優(yōu)點(diǎn)。
陶瓷粉體作為阻燃劑應(yīng)用于橡膠塑料
陶瓷粉體為阻燃劑的應(yīng)用于橡膠及塑料中時，和橡膠陶瓷化技術(shù)并無關(guān)系，它主要是應(yīng)用陶瓷粉體受熱分解吸熱的特性來達(dá)到阻燃的效果。常用到的陶瓷粉體主要有氫氧化鎂和氫氧化鋁，氫氧化鋁是無機(jī)氫氧化物銷售最多的阻燃劑，主要用于加工溫度在200℃以下的人造橡膠、熱固性樹脂及熱塑性塑料，其阻燃的塑料在火焰中發(fā)煙性較小是一個突出的優(yōu)點(diǎn)。氫氧化鎂是一種熱穩(wěn)定性更好的無機(jī)阻燃劑，超過300℃仍然穩(wěn)定，廣泛用于許多人造橡膠、樹脂、包括工程塑料及其他在高溫加工下的樹脂，在聚合物體系中起到阻燃、消煙的作用。
陶瓷、橡膠在防彈裝甲重的組合運(yùn)用
陶瓷與橡膠在防彈裝甲中的應(yīng)用也不屬于橡膠陶瓷化技術(shù)。陶瓷材料具有極高的硬度和很高的抗壓強(qiáng)度，密度約為鋼的一半，抗射流侵徹能力強(qiáng)于同等質(zhì)量的45＃鋼，適用于作為防彈材料；橡膠作為主戰(zhàn)坦克復(fù)合裝甲材料，其應(yīng)用形式通常是作間隔裝甲的中間層（夾層或墊層）。有機(jī)材料橡膠具有比強(qiáng)度和比模量高（分別為裝甲鋼的4-8倍和3-5倍）、斷裂安全性好、材料性能的復(fù)合效應(yīng)及可設(shè)計性好、材料利用率高和較好的成型工藝性等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷橡膠復(fù)合裝甲集陶瓷、橡膠、鋼等材料性能的優(yōu)點(diǎn)并且相互補(bǔ)充，在裝甲防護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
第3代防彈纖維復(fù)合材料中的聚乙烯橡膠具有密度低、抗吸濕性好、耐磨性好、良好的動能吸收等特點(diǎn)，不僅質(zhì)量輕而且抗彈性能好，研究以聚乙烯橡膠為夾層構(gòu)成的陶瓷復(fù)合靶板的防護(hù)性能具有重要的意義。
參考來源：
[1]薛磊.三元乙丙橡膠復(fù)合材料的阻燃性能和陶瓷化性能研究
[2]李瑞靜等.陶瓷橡膠復(fù)合裝甲防護(hù)性能影響因素研究
[3]言克斌等.陶瓷／橡膠復(fù)合裝甲對射流防護(hù)效能的實驗研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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