Study on Flame Retardancy and Smoke Suppression of Silicone Rubber Foam Containing Aluminum Hydroxide and Carbon Molecular Sieve
本研究表明，通过物理共混的方式将氢氧化铝和碳分子筛引入硅橡胶泡沫中，可以构建一个协同系统，通过形成致密的 SiO₂/炭层屏障，显著增强阻燃性和抑烟性能，在最佳添加量下实现 UL-94 V-0 等级，并大幅降低热释放和烟雾产生量。
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火灾是一种无情的力量，但我们所使用的建筑材料并不一定要轻易向其屈服。在防火安全领域，研究人员不断寻求方法来阻止材料燃烧或减缓火焰与烟雾的扩散。硅橡胶泡沫就是这样一种材料，它是一种轻质、柔韧的物质，用于密封建筑物的缝隙并保护精密电子设备。虽然它耐热性良好，但纯硅橡胶泡沫仍可能起火并释放出浓厚且危险的烟雾。为了解决这个问题，科学家经常添加在受热时能吸收热量或创建保护屏障的物质。两个常见的助手是氢氧化铝——一种在受热时会释放水蒸气以冷却物体的矿物质；以及碳分子筛——一种具有微小孔隙、可以捕捉气体的多孔碳结构。挑战在于寻找合适的辅助物质组合，使泡沫既安全又不会变得沉重或脆弱。
来自西安科技大学及其他机构的研究团队致力于解决这个难题。他们想看看将氢氧化铝与碳分子筛结合起来，是否会比单独使用其中任何一种产生更好的防火防烟效果。他们取用硅橡胶泡沫并混合不同比例的这两种添加剂，制作了一系列测试样品。他们的目标很简单：找到完美的配方，使泡沫能够抵抗燃烧、防止滴落，并大幅减少燃烧时产生的烟雾量。
该团队使用标准方法测试了他们的作品，以衡量其防火性能。他们检查了材料维持燃烧所需的氧气量、在垂直燃烧测试中的表现，以及在受控火灾模拟中释放的热量和烟雾量。他们发现，仅添加氢氧化铝或仅添加碳分子筛都有所帮助，但真正的突破来自于将两者混合。表现最佳的样品在每百份泡沫中含有五份氢氧化铝和两份碳分子筛。这种特定的混合改变了材料的行为。它变得更难被点燃，需要更高的氧气浓度才能维持燃烧，并且通过了最严格的垂直燃烧安全等级，且没有熔融物质滴落。
当他们将这种最优混合物置于剧烈热量下时，结果令人瞩目。材料释放的热量峰值较纯泡沫显著下降，且随时间释放的总热量减少了一半以上。更令人印象深刻的是对烟雾的影响。烟雾产生速率下降了超过百分之七十，而产生的总烟雾量减少了近百分之九十四。在实际应用中，这意味着如果布置了这种处理后泡沫的房间发生火灾，火焰会较弱，热量强度会较低，且空气能保持清晰的时间更长，从而为人们逃生争取更多时间。
为了理解为什么这种混合物效果如此之好，研究人员仔细观察了火灾熄灭后留下的残余物。他们检查了焦炭，即燃烧材料表面形成的壳层。纯硅橡胶泡沫留下的是一层松散、开裂的薄层，几乎无法提供保护。相比之下，添加了氢氧化铝和碳分子筛的泡沫留下了一个厚实、致密且连续的屏障。氢氧化铝充当冷却剂，通过释放水蒸气来稀释易燃气体和热量，而碳分子筛则提供了一个物理骨架，使焦炭保持完整。它们共同形成了一个由二氧化硅和碳组成的紧密屏蔽层，将热量和烟雾困在内部，防止它们助长火势或逃逸到房间内。
这项研究证实，这种组合创造了一种强大的双层防御机制。这些添加剂协同工作，减缓了泡沫的化学分解过程，并建立了一道坚固的防火墙。这种方法为使硅橡胶泡沫在建筑和电子设备中的应用更加安全提供了一种绿色且高效的方式。通过找到这两种常见材料之间的正确平衡，研究人员表明，制造出一种不仅能抵抗火灾，还能保持空气免受有毒烟雾影响的泡沫是完全可能的。
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