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高分子材料具有重量輕、吸水率低、柔韌性高、耐化學(xué)腐蝕性好、比強(qiáng)度高、比模量高、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，常應(yīng)用于各種領(lǐng)域，但是高分子的阻燃性并不理想，需要新的方法來(lái)使其更具阻燃性以增強(qiáng)阻燃性。

常用高分子材料的阻燃性和可燃性

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含硅阻燃材料

目前高分子材料常用的含鹵素阻燃體系雖具有較好的阻燃效果，但燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，因此具有低煙、綠色環(huán)保、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)的有機(jī)硅阻燃劑日益得到研究者們的關(guān)注，目前有機(jī)硅系阻燃劑主要包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚倍半硅氧烷等。此外，硅元素的引入能夠賦予高分子材料新的性能，如：良好的介電性能,優(yōu)異的力學(xué)性能等等，在一定程度上拓展了高分子材料的應(yīng)用范圍。

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應(yīng)用

有機(jī)硅材料通過(guò)與聚合物直接共混、與非硅阻燃劑協(xié)同作用、合成含硅聚合物等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其阻燃及耐燒蝕性能的提升。目前關(guān)于有機(jī)硅/高分子材料阻燃耐燒蝕改性的研究主要集中于環(huán)氧樹(shù)脂/酚醛樹(shù)脂等阻燃耐燒蝕特性較好的熱固性高分子材料。

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阻燃機(jī)理

硅氧烷衍生物與環(huán)氧樹(shù)脂分子及固化劑結(jié)構(gòu)

聚硅氧烷的主要結(jié)構(gòu)元素對(duì)其在高溫下的穩(wěn)定性有直接或間接的影響，包括：硅氧烷（Si-O）鍵的固有強(qiáng)度，–[Si-O]的明顯柔韌性鏈段，與高分子量線性硅氧烷相比，低分子量環(huán)硅氧烷的熵穩(wěn)定性更高，可防止熱降解。與有機(jī)聚合物不同，有機(jī)硅在氧氣作用下暴露在高溫下會(huì)留下無(wú)機(jī)二氧化硅殘留物。屏蔽效果為有機(jī)硅系阻燃劑的發(fā)展提供了一些基礎(chǔ)。二氧化硅殘留物用作“絕緣毯”，其充當(dāng)質(zhì)量傳遞屏障，延緩分解產(chǎn)物的揮發(fā)。因此，它減少了氣相中可用于燃燒的揮發(fā)物量，從而減少了反饋到聚合物表面的熱量。二氧化硅殘留物還用于絕緣下面的聚合物表面免受傳入的外部熱通量的影響。

線性聚硅氧烷

對(duì)于線性聚硅氧烷，一般通過(guò)分子鏈兩端或側(cè)基的活性基團(tuán)將聚硅氧烷接枝到材料分子鏈節(jié)中來(lái)達(dá)到阻燃的效果，線性聚硅氧烷還可以提高基體的疏水性和耐低溫性，Murias等通過(guò)引入部分反應(yīng)型的二硅氧烷衍生物與環(huán)氧樹(shù)脂共同固化來(lái)改性環(huán)氧樹(shù)脂，發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，氧指數(shù)從21.9%提高至23.9%,雖然阻燃性能提高不多，但彎曲強(qiáng)度、儲(chǔ)能模量沒(méi)有明顯下降，沖擊強(qiáng)度有所提高。

多面體聚倍半硅氧烷

POSS的結(jié)構(gòu)

多面體聚倍半硅氧烷(POSS)也是一類重要的阻燃結(jié)構(gòu),在提高材料阻燃性上研究廣泛。它本身是一種無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化材料，其納米結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)聚合物鏈，而在其結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)不同的活性基團(tuán)時(shí)可以有助于引入到基體材料中,也可以與其它阻燃分子進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到良好的阻燃效果。

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發(fā)展趨勢(shì)

提高聚合物的阻燃性是目前一個(gè)重要的研究方向，而目前開(kāi)發(fā)阻燃劑需要解決的主要問(wèn)題有：增強(qiáng)阻燃性能；減少或消除化學(xué)物質(zhì)對(duì)人類及生存環(huán)境的危害；提高與基體的復(fù)配性；降低成本等。此外，如何開(kāi)發(fā)新的加工方法、新工藝在提升材料阻燃、耐燒蝕性能的同時(shí)保持甚至提升制品的力學(xué)性能，是未來(lái)有機(jī)硅改性高分子材料的重點(diǎn)研究方向。