新能源防火用陶瓷化硅橡胶材料的设计制造及关键性能研究

摘要

新能源行业的迅猛发展伴随着电池安全性问题的日益凸显.针对电池爆燃风险，本文以硅橡胶为基体，采用硅灰石和硼酸锌作为成瓷填料，系统研究了硼酸锌含量对陶瓷化硅橡胶的力学性能、成炭性能、电气绝缘性、阻燃性、可瓷化性能的影响.研究结果表明，硼酸锌的引入可显著提升陶瓷化硅橡胶的成炭能力、阻燃性及可瓷化能力.与普通硅橡胶相比，当硼酸锌含量为12%（质量分数）时，陶瓷化硅橡胶在800℃下的剩余质量分数达70%，垂直燃烧等级达到了UL-94 V-0，热释放速率峰值降低了17.94%，总热释放量降低了22.36%.烟生成速率峰值和总产烟量分别减少了46.15%和52.76%.此外，在1000℃火焰冲击5 min后，陶瓷化硅橡胶未被烧穿，表面无裂纹.机理分析表明，硼酸锌在受热分解后释放B₂O₃，可与体系内的成瓷填料在高温下发生共结晶，形成致密的陶瓷层，从而有效阻隔热量传递，抑制电池爆燃，为电池安全提供关键保护，并争取宝贵的应急处置时间.

关键词

陶瓷化硅橡胶 / 硼酸锌 / 成炭性能 / 阻燃性能 / 可瓷化性能

基金资助

湖南省重点研发计划(2023GK2090); 湖南省科技创新计划项目(2022RC1079)