乙烯基功能化可膨胀石墨与SiC/ZrO2协同增强硅橡胶阻燃性能的研究

为解决硅橡胶(SR)阻燃性能不足的问题，研究人员通过分子设计将乙烯基化学接枝到可膨胀石墨(EG)表面形成Vi-EG，并与碳化硅(SiC)/氧化锆(ZrO2)构建多相协同阻燃体系。优化配方(SR:Vi-EG:SiC:ZrO2=100:8:3:2.5)使极限氧指数(LOI)提升67.11%至37.1vol.%，残炭率(R900)达59.53wt.%，峰值热释放率(PHRR)降至138.3kW/m2，同时保持优异力学性能。该研究为开发高性能阻燃硅橡胶提供了新策略。

　　

通过精妙的分子结构设计，研究人员将二乙烯基四甲基二硅氮烷(DVTMDZ)水解生成乙烯基(二甲基)硅醇，再与可膨胀石墨(EG)表面的羟基发生脱水缩合反应，成功在EG表面化学接枝乙烯基团，获得乙烯基功能化可膨胀石墨(Vi-EG)。这些活泼的乙烯基团如同"分子锚点"，能与硅橡胶(SR)通过嵌段共聚形成化学交联，显著提升界面结合力和分散性。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM/EDS)像侦探般证实了接枝改性的成功。

将Vi-EG与碳化硅(SiC)、氧化锆(ZrO₂)这对"陶瓷搭档"物理共混，在室温硫化(RTV)SR基体中构建了高效多相阻燃系统。高熔点的SiC和ZrO₂如同"耐火卫士"，与Vi-EG协同促进形成致密稳定的炭层，像防火墙般阻隔热传递和氧气渗透。SiC还凭借其刚性特质为复合材料提供力学增强，而ZrO₂则像"热稳定剂"般提升体系耐热性。

最优配方(SR:Vi-EG:SiC:ZrO₂=100:8:3:2.5)展现出惊艳的阻燃性能：极限氧指数(LOI)高达37.1vol.%，较纯SR提升67.11%，轻松斩获UL-94V-0评级；900℃残炭率(R₉₀₀)达59.53wt.%，提升18.32%。锥形量热测试显示，峰值热释放率(PHRR)仅138.3kW/m²，总热释放(THR)13.0MJ/m²，总烟产量(TSP)3.2m²，各项指标均大幅优于基体。更难得的是，复合材料在保持优异阻燃性的同时，力学性能同样亮眼：拉伸强度1.863MPa，断裂伸长率349.4%，撕裂强度8.917kN/m，50%压缩应变下压缩模量6.158MPa。这项研究为开发高性能阻燃硅橡胶提供了创新思路。