文章重要内容

     中国科学院长春应用化学研究所唐涛研究员团队开发了一种新型防火封堵材料，其利用硅酸钠颗粒自发膨胀特性，制备了温度响应型高效防火封堵材料，大大改善了现有封堵材料膨胀效果差、膨胀封堵结构易坍塌的问题。

文章背景

     随着社会文明和物质财富的发展，频发的火灾成为造成人员伤亡和经济损失的重大事故之一。而通风道、电缆槽、管道穿越孔等开口部分作为建筑物必要的结构，在火灾发生时，火焰往往借助这些结构迅速蔓延，加剧了火灾传播。此外，火灾产生的有毒气体和颗粒物也会随着通风道、电缆槽、管道穿越孔等开口结构扩散，进一步增加了火灾的控制和人员疏散的困难。封堵材料是最常用且经济有效的方法之一，其能够利用火灾产生的高温进行发泡膨胀将缝隙严密封堵，从而有效阻止火灾蔓延和烟气传播。近年来，以室温硫化（RTV）硅橡胶为基体的有机封堵体系成为常用的封堵材料之一。近期研究发现，硅橡胶复配成瓷填料、助熔剂及其它填料可以在高温下发生陶瓷化转变，生成具有一定连续结构的硅氧碳残留物，但其仍然无法承受长时间高温和火焰的作用而发生燃烧或收缩，导致封堵坍塌形成新的孔洞，从而使火势和烟气得以继续传播。

文章概述

       最近，中国科学院长春应用化学研究所唐涛研究员团队设计了一种以室温硫化硅橡胶为基体，硅酸钠为膨胀填料，聚磷酸铵为阻燃剂的温度响应型膨胀防火封堵体系，其在达到一定温度时会自发膨胀，严密封堵开口结构，并且能够长时间抵挡火焰烧蚀（图1）。该材料在受火时，表面膨胀剂脱水发生膨胀，外层形成薄壁中空微球堆叠结构，形成坚固的膨胀阻隔层。阻燃剂APP分解产生的水蒸气和氨气不燃气体充斥在微球内部甚至传递至材料表面，有效抑制材料燃烧。同时硅橡胶分子热降解生产的SiO₂颗粒沉积在膨胀微球表面，使膨胀阻隔层更加致密稳定。随着火焰持续烧蚀，热量向内部不断传递，保护层也缓慢向内部基体延伸，膨胀阻隔层不断增厚，有效阻隔热量和物质传递，实现膨胀耐火效果。

图1 硅橡胶复合材料膨胀和耐火机理示意图

       使用丁烷喷火枪（外焰温度约1200 °C）对样品进行烧蚀测试，样品（厚度11 mm）在十分钟内始终保持在150 °C以下，有优异的耐火效果（图2）。测试初期，样品受火面温度急剧升高，膨胀剂分解脱水产生水蒸气带动基体发生膨胀，形成膨胀隔层。膨胀后导热系数仅为0.066 W/(m∙K)，能够显著减缓外部热量向材料内部传递，从而保护内部材料。烧蚀后形貌完整，膨胀微球排列紧密，能够形成致密完整的隔热隔火层，有效减缓热量传递。

图2 硅橡胶复合材料耐火性能: (a)背火面升温曲线；(b)质量保留率；(c)表面形貌

       在模拟真实火灾测试中，样品SR-5耐火极限可达3h级，体现出优异的缝隙用防火封堵耐火性能。测试过程中，背火面棉垫始终未被点燃，且火焰未从样品背火面穿出；经过3小时耐火测试后，样品仍能保持完整形貌，背火面温度仅升高105.9 °C，有出色的隔热性能。

图3 耐火性能测试前后样品形貌

表1 缝隙用防火封堵耐火性能测试结果

     该研究设计的硅酸钠/聚磷酸铵/硅橡胶封堵体系，制备简单、使用方便且高效耐火，为开发更安全可靠的封堵材料提供了有价值的参考和指导。

     上述工作以研究论文的形式将在《高分子学报》2024年印刷出版。论文第一作者为沈阳工业大学研究生孟振浩，通讯作者为中国科学院长春应用化学研究所邢海平副研究员、沈阳工业大学李三喜教授。

引用本文：孟振浩, 邢海平, 邱健, 姜治伟, 李明罡, 唐涛, 李三喜.硅橡胶基膨胀防火封堵材料的制备与性能研究.高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24025Meng, Z. H.; Xing, H. P.; Qiu, J.; Jiang, Z. W.; Li, M. G.; Tang, T.; Li, S. X.Preparation and properties of silicone rubber-based intumescent fireproof sealing material.

 Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24025

原文链接：

http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2024.24025&lang=zh