以下是五种基于无卤阻燃剂的硅橡胶配方设计，其中使用了客户提供的阻燃剂（次磷酸铝、硼酸锌、甲基氯异氰尿酸、氢氧化铝和聚磷酸铵）。这些设计旨在确保阻燃性能的同时，最大限度地减少添加剂用量，从而降低对硅橡胶机械性能的影响。
1. 磷氮协同阻燃体系（高效成炭型）
目标UL94 V-0级，低烟，适用于中高温环境
底胶甲基乙烯基硅橡胶（VMQ，100 phr）
阻燃剂:
- 次磷酸铝（AHP，磷基）：15 phr
- 提供高效的磷源，促进炭的形成，抑制气相燃烧。
- 三聚氰胺氰尿酸盐（MCA，含氮化合物）：10 phr
- 与磷产生协同作用，释放惰性气体，并稀释氧气。
- 硼酸锌（ZnB）：5 phr
- 促进炭层形成，抑制烟雾产生，增强炭层稳定性。
- 氢氧化铝（ATH，化学法，1.6–2.3 μm）：20 phr
- 吸热分解、辅助阻燃和改善分散性。
添加剂:
- 羟基硅油（2 phr，改善加工性能）
- 气相二氧化硅（10 phr，增强材料）
- 固化剂（过氧化氢，0.8 phr）
特征:
- 总阻燃剂用量约为 50 phr，兼顾阻燃性和机械性能。
- 磷氮协同作用（AHP + MCA）可减少所需各种阻燃剂的用量。
2. 膨胀型阻燃体系（低用量型）
目标UL94 V-1/V-0，适用于薄型产品
底胶：VMQ（100 phr）
阻燃剂:
- 聚磷酸铵（APP，磷氮基）：12 phr
- 膨胀炭层核心，与硅橡胶具有良好的相容性。
- 次磷酸铝（AHP）：8 phr
- 补充磷源，降低APP的吸湿性。
- 硼酸锌（ZnB）：5 phr
- 协同炭催化和滴漏抑制。
- 氢氧化铝（研磨，3–20 μm）：15 phr
- 低成本辅助阻燃剂，减少APP用量。
添加剂:
- 乙烯基硅油（3 phr，增塑剂）
- 沉淀二氧化硅（15 phr，增强剂）
- 铂金固化系统（0.1% Pt）
特征:
- 总阻燃剂用量约为 40 phr，由于膨胀机理，对薄型产品有效。
- APP需要进行表面处理（例如，硅烷偶联剂）以防止迁移。
3. 高负载氢氧化铝优化系统（经济型）
目标UL94 V-0，适用于厚产品或电缆
底胶：VMQ（100 phr）
阻燃剂:
- 氢氧化铝（ATH，化学法，1.6–2.3 μm）：50 phr
- 主要阻燃剂，吸热分解，粒径小，分散性好。
- 次磷酸铝（AHP）：5 phr
- 提高炭化效率，减少氢氧化铝用量。
- 硼酸锌（ZnB）：3 phr
- 抑制烟雾和防止发光。
添加剂:
- 硅烷偶联剂（KH-550，1 phr，改善ATH界面）
- 气相二氧化硅（8 phr，增强材料）
- 过氧化物固化（DCP，1 phr）
特征:
- 总阻燃剂用量约为 58 phr，但 ATH 在成本效益方面占主导地位。
- ATH颗粒尺寸越小，抗拉强度损失越小。
4. 独立式次磷酸铝（AHP）系统
应用：UL94 V-1/V-2，或者在不希望使用氮源的情况下（例如，避免 MCA 发泡影响外观）。
推荐配方:
- 底胶：VMQ（100 phr）
- 次磷酸铝（AHP）：20–30 phr
- 高磷含量（40%）；20 phr 可提供约 8% 的磷，达到基本阻燃效果。
- 对于 UL94 V-0，增加至 30 phr（可能会损害机械性能）。
- 增强填料二氧化硅（10-15 phr，保持强度）
- 添加剂羟基硅油（2 phr，加工性能）+固化剂（二过氧化物或铂体系）。
特征:
- 依靠凝聚相阻燃（炭化作用），显著提高了极限氧指数，但抑制烟雾的能力有限。
- 高添加量（>25 phr）可能会使材料变硬；建议添加 3-5 phr ZnB 以改善炭的质量。
5. 次磷酸铝 (AHP) + MCA 混合物
应用：UL94 V-0，低含量，具有气相阻燃剂协同作用。
推荐配方:
- 底胶：VMQ（100 phr）
- 次磷酸铝（AHP）：12–15 phr
- 用于炭化的磷源。
- MCA：8–10 phr
- PN协同作用的氮源，释放惰性气体（例如NH₃）以抑制火焰传播。
- 增强填料二氧化硅（10 phr）
- 添加剂硅烷偶联剂（1 phr，分散助剂）+固化剂。
特征:
- 总阻燃剂用量约为 20–25 phr，明显低于单独使用 AHP。
- MCA 降低了 AHP 的要求，但可能会略微影响透明度（如果需要清晰度，请使用纳米 MCA）。
阻燃剂配方概述
| 配方 | 预期UL94评级 | 总阻燃剂含量 | 优点和缺点 |
| 单独使用AHP（20 phr） | V-1 | 20 phr | 简单、低成本；V-0 需要 ≥30 phr，但性能有所权衡。 |
| 单独使用AHP（30 phr） | V-0 | 30 phr | 阻燃性高，但硬度增加，延伸率降低。 |
| AHP 15 + MCA 10 | V-0 | 25 磅/小时 | 协同效应，均衡表现（推荐用于初始试验）。 |
实验建议
- 优先测试：AHP + MCA（15+10 phr）。如果达到 V-0，则逐渐减少 AHP（例如，12+10 phr）。
- 独立AHP测试：从 20 phr 开始，每次增加 5 phr，以评估 LOI 和 UL94，监测机械性能。
- 烟雾抑制在任何配方中添加 3-5 phr ZnB 不会影响阻燃性。
- 成本优化：加入 10-15 phr ATH 以降低成本，尽管总填料用量会增加。
推荐的混合工艺
（适用于双组分加成型硅橡胶）
- 基体橡胶预处理:
- 将硅橡胶（例如 107 胶、乙烯基硅油）装入行星式搅拌机，必要时在真空下脱气。
- 添加阻燃剂:
- 粉状阻燃剂（例如，氢氧化铝、氢氧化镁）:
- 分批加入，预先与基础橡胶混合（低速混合，10-15分钟），以避免结块。
- 如果具有吸湿性，则在 80–120°C 下干燥。
- 液态阻燃剂（例如磷酸盐）:
- 在高剪切力下（20-30分钟），直接与硅油、交联剂等混合。
- 其他添加剂:
- 依次加入填料（例如二氧化硅）、交联剂（氢硅烷）、催化剂（铂）和抑制剂。
- 均质化:
- 使用三辊研磨机或高剪切乳化机进一步改善分散性（对于碳纳米管等纳米添加剂至关重要）。
- 脱气和过滤:
- 真空脱气（-0.095 MPa，30 分钟），高纯度要求的过滤器。
关键考虑因素
- 阻燃剂的选择:
- 无卤阻燃剂（例如氢氧化铝）需要细粒径（1-5 μm）；过量添加会损害机械性能。
- 硅基阻燃剂（例如苯基硅树脂）具有更好的相容性，但成本更高。
- 过程控制:
- 温度≤60°C（防止铂催化剂中毒或过早固化）。
- 湿度≤50% RH（避免羟基硅油与阻燃剂发生反应）。
结论
- 大规模生产：将阻燃剂与基础橡胶预混，以提高效率。
- 高稳定性要求在配制过程中进行混合，以最大限度地降低储存风险。
- 纳米阻燃系统：强制进行高剪切分散以防止团聚。
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发布时间：2025年7月25日
