CN102002863B - 一种环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，它以硅橡胶为基胶，配合补强填料、无机阻燃填料、矿物阻燃填料、金属化合物、耐热添加剂、压延加工助剂制备出阻燃硅橡胶，与单层或多层经偶联剂处理的增强织物复合，硫化后制备成三明治结构的硅橡胶棚(篷)布。上述制备的橡胶棚(篷)布燃烧性能通过英国BS 6853《铁路客运列车设计和制造防火实施规范》，及TB/T 3139《机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量》认证合格，经向强度≥3000K/30mm，纬向强度≥2300K/30mm，且具有良好的密封性能、耐高低温、耐老化及耐疲劳性能。与现有技术相比，本发明达到或超过了国外同类产品的性能，且填补了国内该领域的空白，本发明环保型硅橡胶棚(篷)布可广泛应用于地下、地上高速、超高速轨道列车车端橡胶风挡。
Description
技术领域
本发明是一种环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，属于橡胶材料技术领域。该种环保型硅橡胶棚或篷布具有超低烟、低毒、阻燃性能。
背景技术
火灾的危害遍及社会的各个领域。在轨道运输领域，火灾不但未能幸免，而且一旦发生，损失巨大。而橡胶棚(篷)布作为列车车端橡胶风挡主要材料，是现代有轨列车密封、隔热、隔音的必要部件，其燃烧性能对火灾发生的后果有直接影响，尤其是对于相对封闭的高速运行环境。因此，环保型超低烟、低毒、无卤阻燃硅橡胶棚(篷)布的研制对于降低列车火灾发生概率，减少公共交通因事故造成的人员伤亡及财产设备损失具有十分重要的意义。
目前国内外已经有大量的各种类型的阻燃硅橡胶材料。如专利CN96104281.8中介绍了用苯肼三唑和氯铂酸作阻燃剂制备导线绝缘层用硅橡胶，阻燃性能达UL 94 V-0级。CN200910226646.0中介绍了一种蒸汽硫化阻燃硅橡胶及其加工方法，其阻燃体系包括红磷、磷酸三酯等。专利CN97107706中介绍了以氰尿酸三聚氰胺或/和十溴二苯醚作阻燃剂制备的阻燃硅橡胶，遇到火焰可自熄，但是阻燃剂对力学性能的损害比较严重。专利CN200810196197.5中介绍了一种硅橡胶材料的制造，其阻燃效果可通过电线行业94VW-1的阻燃等级。专利CN200410077503.5中介绍了一种具有优异的抗撕裂阻燃硅橡胶的制备方法，阻燃性能达到FV-0级，撕裂强度为32.13kN·m。专利CN1640937A中介绍了一种环保型高抗撕裂阻燃硅橡胶，阻燃性能可以达到FV-0级。专利CN101121820A中介绍了一种无卤阻燃硅橡胶，阻燃性能也可以达到FV-0级，而且燃烧后不产生刺激性气体。美国专利USP3514424中介绍了使用铂及铂化合物提高硅橡胶阻燃性的方法。USP3652488中介绍了铂化合物与炭黑复配的方法提高硅橡胶阻燃性能。专利USP4108825中提出了使用氢氧化铈作为硅橡胶的阻燃剂。此外，罗昆等研究了以氢氧化镁或氢氧化铝为阻燃剂的高撕裂阻燃硅橡胶的性能(橡胶工业，2005，52(4)：235～238)。邬继荣等研究了以氢氧化铝、铁锡复合氧化物、乙炔炭黑及氯铂酸为阻燃体系硅橡胶的制备方法及其性能，其阻燃性能可达到的UL 94 V-0级。
虽然关于阻燃硅橡胶的研究很多，但是所采用的阻燃体系都有自身固有的缺点，采用的配合技术仍不完善。采用磷系、卤系如红磷、十溴二苯醚等对环境危害较大，不符合环保材料的发展方向，在欧美国家已经受到严格的限制。而使用氢氧化铝、氢氧化镁等无机阻燃填料阻燃效率相对较低，用量大，对硅橡胶的工艺性能及机械性能损害很大。
在橡胶棚(篷)布的制备过程中，不但要保证制品具有优异的环保阻燃性能，尽可能避免采用含磷、卤素等有害环境的阻燃剂，同时还要求阻燃硅橡胶具有优异的工艺性能，即较高的胶料挺性、粘附性及脱辊性能，才能保证薄制品硅橡胶棚(篷)布压延工艺的实现。实用新型专利CN200920233328.2中介绍了一种硅胶/芳纶织物阻燃胶布结构，由表层阻燃硅胶、中层芳纶织物和底层阻燃硅胶组成，但是缺少关于硅橡胶配方及胶布的制备工艺方面的说明。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术的状况而设计提供了一种一种环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其目的是针对列车棚(篷)布特定超低烟、低毒、无卤阻燃的需求研制的。可作为轨道列车车端橡胶风挡使用。
该环保型硅橡胶棚(篷)布以硅橡胶为基料，配合补强填料、无机阻燃填料、矿物阻燃填料、金属化合物、耐热添加剂、压延加工助剂、硫化剂制备出阻燃性能及压延工艺性能优异的阻燃硅橡胶胶料，然后与增强织物复合硫化而成三明治结构，其中间为增强织物，上下表面为橡胶，增强织物可以为单层或多层，增强织物层间由阻燃硅橡胶层间隔连接。
阻燃硅橡胶的阻燃体系由无阻燃填料、矿物阻燃填料、金属化合物、耐热添加剂组成：无机阻燃填料、矿物阻燃填料不但可以稀释可燃材料浓度而起到的抑制烟雾产生的作用，还可以通过自身或促使其他成分发生化学反应，吸收燃烧产生的热量，降低燃烧材料表面温度，达到阻止材料继续燃烧的目的；金属化合物能够促进橡胶在高温条件下形成致密坚固的阻隔炭层，提高阻燃硅橡胶的阻燃与隔热的性能；耐热添加剂可以提高阻燃硅橡胶的耐热性能，减缓高温对材料的破坏影响。压延加工助剂通过加入特定的低分子量化合物，调整胶料塑性，降低阻燃硅橡胶胶料与金属辊筒之间的粘附性，改善阻燃硅橡胶的压延工艺性能。
增强织物必须经过化学处理，这道工序增加了增强织物与阻燃硅橡胶间的结合强度，同时提高了环保型硅橡胶棚(篷)布的强度和疲劳性能。改变环保型硅橡胶棚(篷)布结构中增强织物的层数，获得满足不同结构及性能要求的产品。
通过压延可获得精密厚度及良好表面质量的阻燃硅橡胶坯料，其与增强织物再经压延机复合成中间为增强织物、上下表面为橡胶的三明治结构，然后由鼓式硫化，制备出表面平整，均匀性优良的环保型硅橡胶棚(篷)布。
制备出的环保型超低烟、低毒、无卤阻燃硅橡胶棚(篷)布，不仅具有优异的超低烟、低毒、无卤阻燃的环境友好性，同时具有优异的密封及力学性能、良好的耐候性、耐高低温性能、使用寿命长的特点，不仅可广泛应用于高速、超高速地上列车，且其优异的环保阻燃性能可满足地下轨道运输列车需求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
该种环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：该种棚或篷布采用阻燃硅橡胶与增强织物通过压延机复合成三明治结构，中间为增强织物，上下表面为阻燃硅橡胶，然后经硫化制备而成。
压延机复合成型方式为压延擦胶、贴胶或压力贴胶。
硫化方式优选鼓式硫化。
增强织物为单层或多层结构，多层结构的增强织物层间由阻燃硅橡胶层间隔连接。胶层的厚度胶层的厚度可达到0.2mm～1.0mm。
阻燃硅橡胶以硅橡胶为基料，配合补强填料、无机阻燃填料、矿物阻燃填料、金属化合物、耐热添加剂、压延加工助剂、硫化剂混合制备。
硅橡胶优选是指以硅氧烷为主链的聚硅氧烷弹性体。
硅橡胶的优选为二甲基结构的硅橡胶，甲基乙烯基结构的硅橡胶，甲基苯基结构的硅橡胶，二甲基二苯基结构的硅橡胶，甲基乙烯基苯基结构的硅橡胶，烯丙基结构的硅橡胶、三氟丙基结构的硅橡胶以及被其他烃基取代的硅橡胶。
硅氧烷的结构通式如式I：
RrSiO(4·r)/2 式I
其中：R可相同或不同，且代表任选经取代的烃基；r为0、1、2、或3，且平均数值为1.9～2.1。基团R优选为甲基和具有1～8个碳原子的烃基，特别优选甲基、苯基、乙烯基或烯丙基。
硅橡胶优选主要由二有机基硅氧烷单元组成的，更优选为二甲基单元大于98％(摩尔比)的硅橡胶。
硅橡胶的分子量为50万～100万的硅橡胶。
硅橡胶的端基为三烷基硅氧烷或是烷基中的一个或多个也可被羟基或诸如乙烯基、烯丙基、不饱和基所取代。
补强填料体是指白炭黑、硅微粉中的至少一种。
白炭黑包括气相白炭黑和沉淀白炭黑，气相法白炭黑包括疏水处理的气相法白炭黑和未经表面处理的亲水型气相白炭黑。使用未经表面处理的亲水型气相白炭黑应使用结构控制剂调节工艺性能，控制剂优选含羟基硅烷、烷氧基硅烷、硅氨烷或硼硅氧烷。
硅微粉的粒径为800～2000目。
无机阻燃填料优选氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁、玻璃微珠中的至少一种。无机阻燃填料为粒径小于5μm的填料品种。
无机阻燃填料优选采用偶联剂进行表面处理，偶联剂是指低分子聚乙烯及其衍生物、硅氮烷、硅氨烷、硼硅烷、硅氧烷、硅烷中的至少一种。
矿物阻燃填料优选蒙脱土、石英粉、硅藻土、硅灰石粉、云母粉、高岭土中的至少一种。矿物阻燃填料为粒径小于50μm的填料品种。
金属化合物是指含有钛、钌、铑、钯、铂金属的无机化合物或有机络合物及其溶液中的至少一种。
耐热添加剂是指氧化镁、氧化铈、氧化锰、二氧化钛、铁锡化合物、活性氢氧化铁、氧化铁、氧化钴、氧化亚铜、氧化硼、氧化锌中的至少一种。
压延加工助剂是指含有低分子聚乙烯及其衍生物、硬脂酸类、硅氮烷、硅氨烷、硅氧烷类、蜡类中的至少一种。
阻燃硅橡胶的优选的化学成分及质量份数比为：
硅橡胶 100
补强填料 30～80
无机阻燃填料 30～80
矿物阻燃填料 10～40
金属化合物 1～10
耐热添加剂 1～10
压延加工助剂 2～20
增强织物优选聚酯纤维、聚酰胺纤维、碳纤维、高硅氧纤维、帆布、涤纶、尼龙、玻璃布、芳纶纤维布中的至少一种。增强织物为平纹、斜纹、缎纹、三维正交机织物、交织双轴向纬编针织物中的至少一种。增强织物的表面经过偶联剂处理，偶联剂是指低分子聚乙烯及其衍生物、硅氮烷、硅氨烷、硼硅烷、硅氧烷、硅烷中的至少一种。
本发明的主要特点是：该环保型硅橡胶棚(篷)布以硅橡胶为基料，配合补强填料、无机阻燃填料、矿物阻燃填料、金属化合物、耐热添加剂、压延加工助剂、硫化剂制备成阻燃硅橡胶胶料，然后与单层或多层经过表面处理的增强织物复合成型硫化而成三明治结构的硅橡胶胶布。该环保型阻燃硅橡胶棚(篷)布具有优异的工艺性能，同时制品具有优异的超低烟、低毒、无卤阻燃的环境友好性及优异的密封及力学性能，良好的耐候性，耐高低温性能，使用寿命长的特点。其补强填料、压延加工助剂可调节胶料挺性、粘附性及脱辊性，可实现阻燃硅橡胶薄层精密压延成型。阻燃硅橡胶的复合协效阻燃体系在燃烧时能够有效阻止火焰的蔓延及抑制烟雾产生，燃烧产物具有低烟、低毒，无卤素化合物生成等特点，是优异的环保型阻燃硅橡胶。与经偶联剂处理的增强织物复合硫化后，阻燃硅橡胶胶料与增强织物间粘接强度高，使环保型阻燃硅棚(篷)布不仅具有优异的力学性能、耐高低温性能、使用寿命长的特点，而且阻燃性能优异，满足车厢安全、密封及连接功能需要。
该环保型阻燃硅橡胶棚(篷)布燃烧性能通过英国BS6853《铁路客运列车设计和制造防火实施规范》中地下、无逃生口列车棚(篷)布燃烧性能认证，环保性能满足TB/T 3139《机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量》标准，机械强度可达到经向强度≥3000K/30mm，纬向强度≥2300K/30mm，且具有良好的密封性能及耐高低温、耐老化、耐疲劳性能。
与现有技术相比，本发明达到或超过了国外同类产品的性能，且填补了国内该领域的空白，本发明环保型超低烟、低毒、无卤阻燃硅橡胶棚(篷)布可广泛应用于制造地上、地下轨道运输，客、货列车车端橡胶风挡。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步详述。
表1为本发明技术实施例的阻燃硅橡胶化学成分及质量份数比，其中各配方中的数字均为质量份数。
表2为本发明技术实施例的增强织物、偶联剂及棚(篷)布成型工艺。
本发明的环保型阻燃硅橡胶棚(篷)布按如下工艺的步骤：按质量份数称取胶料各组分，在开炼机或密炼机上混炼均匀，制备阻燃硅橡胶的胶料；配制偶联剂，并用偶联剂处理增强织物待用；阻燃硅橡胶胶料在压延机上出片，同时经贴胶、压力贴胶、压延擦胶等工艺将胶片与增强织物复合，最后再经过鼓式硫化制得橡胶棚(篷)布。
对制备的环保型阻燃硅橡胶棚(篷)布性能测试，主要测试阻燃性能和环保性能、力学性能。按BS 6853测定棚(篷)布的燃烧性能，环保性能按照TB/T 3139测试，力学性能测试按照HG/T 2580进行。
按照以上测试方法，对实施例制得的橡胶棚(篷)布进行测试，结果如表3。
从测试结果可以看出，环保型阻燃硅橡胶棚(篷)布通过英国BS 6853《铁路客运列车设计和制造防火实施规范》中地下、无逃生口列车棚(篷)布燃烧性能认证，环保性能达到TB/T 3139《机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量》标准，力学性能强度可达到经向强度≥3000K/30mm，纬向强度≥2300K/30mm。
表2技术实施例的成型工艺
| 实施实例 | 增强织物 | 棚(篷)布成型工艺 |
| 1 | 聚酯纤维 | 贴胶 |
| 2 | 碳纤维 | 压力贴胶 |
| 3 | 高硅氧纤维 | 压延擦胶 |
| 4 | 帆布 | 贴胶 |
| 5 | 涤纶 | 贴胶 |
| 6 | 尼龙 | 贴胶 |
| 7 | 玻璃布 | 压力贴胶 |
| 8 | 芳纶纤维 | 压力贴胶 |
| 9 | 高硅氧纤维 | 压力贴胶 |
| 10 | 聚酯纤维 | 压延擦胶 |
| 11 | 芳纶纤维 | 压力贴胶 |
| 12 | 芳纶纤维 | 压延擦胶 |
| 13 | 玻璃布 | 压力贴胶 |
| 14 | 尼龙 | 贴胶 |
| 15 | 尼龙 | 压延擦胶 |
| 16 | 碳纤维 | 压延擦胶 |
| 17 | 聚酰胺纤维 | 压延擦胶 |
| 18 | 聚酰胺纤维 | 压力贴胶 |
| 19 | 高硅氧纤维 | 压力贴胶 |
| 20 | 玻璃布 | 贴胶 |
表3实施例性能测试结果
Claims (20)
1.一种环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：该种棚或篷布采用阻燃硅橡胶与增强织物通过压延机复合成三明治结构，中间为增强织物，上下表面为阻燃硅橡胶，然后经硫化制备而成,阻燃硅橡胶的化学成分及质量份数比为：
所述无机阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁、玻璃微珠中的至少一种，无机阻燃填料粒径为小于5μm的填料品种。
2.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：压延机复合成型方式为压延擦胶或贴胶。
3.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：硫化方式为鼓式硫化。
4.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：增强织物为单层或多层结构，多层结构的增强织物层间由阻燃硅橡胶层间隔连接。
5.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：硅橡胶是指以硅氧烷为主链的聚硅氧烷弹性体。
6.根据权利要求1或5所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：硅橡胶的优选为二甲基结构的硅橡胶，甲基乙烯基结构的硅橡胶，甲基苯基结构的硅橡胶，二甲基二苯基结构的硅橡胶，甲基乙烯基苯基结构的硅橡胶，烯丙基结构的硅橡胶、三氟丙基结构的硅橡胶。
7.根据权利要求1或5所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：硅橡胶的分子量为50万～100万的硅橡胶。
8.根据权利要求1或5所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：硅橡胶的端基为三烷基硅氧烷或是烷基中的一个或多个被羟基或乙烯基、烯丙基所取代。
9.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：补强填料是指白炭黑、硅微粉中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：无机阻燃填料采用偶联剂进行表面处理，偶联剂是指低分子聚乙烯及其衍生物、硅氮烷、硅氨烷、硼硅烷、硅氧烷、硅烷中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：矿物阻燃填料为粒径小于50μm的填料品种。
12.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：金属化合物是指含有钛、钌、铑、钯、铂金属的无机化合物或有机络合物及其溶液中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：耐热添加剂是指氧化镁、氧化铈、氧化锰、二氧化钛、铁锡化合物、活性氢氧化铁、氧化铁、氧化钴、氧化亚铜、氧化硼、氧化锌中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：压延加工助剂是指含有低分子聚乙烯及其衍生物、硬脂酸类、硅氮烷、硅氨烷、硅氧烷类、蜡类中的至少一种。
15.根据权利要求1所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：增强织物是帆布、玻璃布、芳纶纤维布中的至少一种。
16.根据权利要求9所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：白炭黑包括气相白炭黑和沉淀白炭黑，气相法白炭黑包括疏水处理的气相法白炭黑和未经表面处理的亲水型气相白炭黑。
17.根据权利要求16所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：使用未经表面处理的亲水型气相白炭黑应使用结构控制剂调节工艺性能，控制剂含羟基硅烷、烷氧基硅烷、硅氨烷或硼硅氧烷。
18.根据权利要求9所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：硅微粉的粒径为800～2000目。
19.根据权利要求1或15所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：增强织物为平纹、斜纹、缎纹、三维正交机织物、交织双轴向纬编针织物中的至少一种。
20.根据权利要求1或15所述的环保型硅橡胶棚或篷布的制备工艺，其特征在于：增强织物的表面经过偶联剂处理，偶联剂是指低分子聚乙烯及其衍生物、硅氮烷、硅氨烷、硼硅烷、硅氧烷、硅烷中的至少一种。
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