CN103236294B - 可瓷化硅橡胶复合带 - Google Patents

Abstract

本发明属于导热界面材料技术领域，公开了一种可瓷化硅橡胶复合带，其包括玻璃布增强层和硅橡胶层，硅橡胶层由可瓷化硅橡胶组合物制得，可瓷化硅橡胶组合物包括有机硅混炼胶和复合陶瓷粉，有机硅混炼胶与复合陶瓷粉的重量比为1：1-1.2；有机硅混炼胶包括不同乙烯基含量的乙烯基封端甲基乙烯基硅生胶、甲基乙烯基硅生胶、含氢硅油和气相白炭黑；复合陶瓷粉包括：碳化硅、氧化铝、氧化锆、氧化硼、蒙脱土。本发明的可瓷化硅橡胶复合带具有很高的强度和良好的柔韧性，可取代云母带用于耐火电缆制造；用其绕包的电缆线在650-950℃火焰中烧蚀180分钟，线路仍能正常工作。

Description

可瓷化硅橡胶复合带

技术领域

本发明涉及一种电缆用绝缘材料，尤其是一种用于耐火电缆可在火焰条件下瓷化形成坚硬保护层的绕包绝缘材料。

背景技术

近几年，我国公共场所火灾事故频发，据有关资料显示，进入21世纪以来，我国共发生火灾约90.9万起，死亡10059人，直接经济损失约60.3亿元，其中公共场所火灾事故数量已占全国火灾事故总量的50%以上。在公共场所发生火灾事故时，线缆的安全畅通对防火救火至关重要，不仅能最大限度地赢得宝贵的抢救时间，还能极大减少人员的伤亡和财产损失。耐火电缆是指具有规定的耐火性能，能够保证线路在火焰条件下继续稳定运行一段时间，使电力系统和信号控制系统在火焰条件下正常工作，将火灾造成的损失降到最低限度。目前，国内外耐火电缆主要有氧化镁矿物绝缘防火电缆和云母带绕包无机绝缘的耐火电缆。矿物绝缘防火电缆虽具有很好的耐火性能，但其制造工艺复杂、生产成本高昂、制造长度受限，而且电缆非常硬无法弯曲，接头复杂，施工难度很高，难以广泛应用。云母带绕包耐火电缆虽然工工艺简单，制造长度不受限制，但是云母带普遍存在一个缺点，高温燃烧后云母带的机械强度大幅度降低，变脆，受到剧烈震动后易粉化脱落，造成耐火效果不佳。而且因云母带磨擦时易掉粉，造成绕包现场大量粉尘给作业人员的健康带来威胁。近年来有科研人员探索研究陶瓷化硅橡胶绝缘耐火电缆，但因电缆制造过程中需有专门的混炼、挤制和硫化设备，工艺复杂，而且很难在绝缘层强度和耐火性能间取得平衡，陶瓷化程度很难通过耐火电缆的耐水火试验。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于耐火电缆可在火焰条件下瓷化形成坚硬保护层的绕包绝缘材料，该材料可代替云母带用于电缆的绕包工艺，制备的耐火电缆于950℃火焰条件下烧蚀3小时能保持电路畅通。

本发明采用的技术方案是：一种可瓷化硅橡胶复合带，其包括玻璃布增强层和硅橡胶层，所述硅橡胶层由可瓷化硅橡胶组合物制得，所述可瓷化硅橡胶组合物包括有机硅混炼胶和复合陶瓷粉，所述有机硅混炼胶与复合陶瓷粉的重量比为1：1-1.2；所述有机硅混炼胶以重量份计包括：乙烯基含量为0.2%-0.4%的乙烯基封端甲基乙烯基硅生胶100份，乙烯基含量为0.05%-0.07%的甲基乙烯基硅生胶200-250份，乙烯基含量为0.4%-0.6%的甲基乙烯基硅生胶150-200份，氢含量为0.05%-0.15%的含氢硅油20-30份，气相白炭黑300-360份；所述复合陶瓷粉以重量份计包括：碳化硅100份，氧化铝28-38份，氧化锆25-33份，氧化硼14-20份，蒙脱土62-72份。

优选的，所述有机硅混炼胶与复合陶瓷粉的重量比为1： 1.1；所述有机硅混炼胶以重量份计包括：乙烯基含量为0.2%-0.4%的乙烯基封端甲基乙烯基硅生胶100份，乙烯基含量为0.05%-0.07%的甲基乙烯基硅生胶221份，乙烯基含量为0.4%-0.6%的甲基乙烯基硅生胶179份，氢含量为0.05%-0.15%的含氢硅油25份，气相白炭黑330份；所述复合陶瓷粉以重量份计包括：碳化硅100份，氧化铝33份，氧化锆29份，氧化硼17份，蒙脱土67份。

优选的，所述玻璃布增强层的玻璃布经硅丙乳液处理。更优选的，所述硅丙乳液硅含量为3%-15% ，更佳的，所述硅丙乳液硅含量为8% 。

本发明有益的技术效果：本发明的可瓷化硅橡胶复合带具有很高的强度和良好的柔韧性，可直接取代云母带用于耐火电缆制造，且绕包过程中不会产生粉尘污染；用其绕包的电缆线在650-950℃火焰中，烧蚀180分钟，线路仍能正常工作，且烧蚀后形成陶瓷状坚硬外壳，外壳具有良好的电性能和机械强度，在高度震动和水淋情况下线路仍能正常工作。可瓷化硅橡胶复合带可用于高等级耐火电缆的制造。

具体实施方式

本发明的可瓷化硅橡胶复合带，是将玻璃布与高强度的可瓷化硅橡胶组合物复合，制得绝缘绕包材料，具体制备过程如下：

A、将不同乙烯基含量的乙烯基封端甲基乙烯基硅生胶和甲基乙烯基硅生胶、含氢硅油与部分气相白炭黑于捏合机中捏合，然后再分数次将剩余白炭黑加入捏合机中，全部混合均匀成团后加温至85℃-95℃继续混炼2-3小时，然后升温至145℃-155℃，抽真空（真空度0.08-0.09Mpa）混炼0.5-1小时。取出自然冷却即得高强度有机硅混炼胶。要保证复合带的强度，使其达到电缆制造过程中连续绕包的要求，混炼胶本身的拉伸强度、撕裂强度及后续加入的陶瓷粉在其中的分散与配合度是关键因素。本发明的混炼胶各成份的重量配比为100份乙烯基含量为0.2%-0.4%(质量)的乙烯基封端甲基乙烯基硅生胶：200-250份乙烯基含量为0.05%-0.07%(质量)）的甲基乙烯基硅生胶：150-200份乙烯基含量为0.4%-0.6%(质量)的甲基乙烯基硅生胶：20-30份氢含量为0.05%-0.15%(质量)的含氢硅油：300-360份气相白炭黑；乙烯基封端甲基乙烯基硅生胶和甲基乙烯基硅生胶的分子量以60-80万为佳，含氢硅油的粘度以50-1000 mPa·s为佳。配方中还可加入少量的羟基硅油以进一步提高混炼胶的拉伸强度。混炼过程中气相白炭黑分数次（一般3-5次）加入，保证了其在硅生胶中的均匀分散和补强效果。                                         

B、将称量好的陶瓷粉加入高速混合机搅拌均匀，然后于球磨机中研磨0.5-1.5小时得复合陶瓷粉。陶瓷粉的选择对于复合带在火焰条件下的瓷化度、瓷化后的硬度、致密性、耐水淋性及抗振性至关重要，本发明复合陶瓷粉的重量配比为100份碳化硅：28-38份氧化铝：25-33份氧化锆：14-20份氧化硼：62-72份蒙脱土；为进一步提高复合带瓷化后的致密性和抗振性，还可加入适量的玻璃粉。                                                

C、取高强度有机硅混炼胶、部分磨好的复合陶瓷粉于捏合机中捏合，然后再分数次（2-4次为宜）将剩余陶瓷粉加入捏合机中，全部混匀成团后加温至65-75℃继续混炼2-3小时，然后升温至135-145℃，抽真空（真空度0.08-0.09Mpa）继续混炼0.5-1小时，取出自然冷却，切片于开炼机上薄通数次（一般3-5次），加入硫化剂混炼0.5-1小时得到可瓷化硅橡胶组合物。硫化剂选用2,5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基）己烷、过氧化双-（2,4-二氯苯甲酰）、过氧化双（4-甲基苯甲酰）、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、1,1-双（叔丁基过氧基）-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双（叔丁基过氧基）环己烷中的一种或者几种，加入量取常规量就可以。

D、将硅丙乳液配制成固含量为3%-10%(质量)的稀释液，以浸涂、刷涂或喷涂的方式处理玻璃布，于70-90℃的温度下烤干。硅丙乳液的硅含量以3%-15%(质量)为佳，试验证明最佳的硅含量是8%，一定的硅含量提高了处理玻璃布的疏水性、耐水性、电气绝缘性和耐老化性能。用硅丙乳液处理玻璃布进一步提高了复合带的拉伸强度和撕裂强度。

E、将可瓷化硅橡胶组合物和经硅丙乳液处理的玻璃布通过压延工艺复合，复合时硅橡胶层和玻璃布增强层可以复合为双层结构或交替层压为多层结构，层压好后，经过115-125℃下烘烤硫化10-20min，最后分切成需要宽度即得到可瓷化硅橡胶复合带。

实例1

高强度有机硅混炼胶的制备

称取乙烯基含量为0.28%(质量)分子量为70万的乙烯基封端甲基乙烯基硅生胶120g、乙烯基含量为0.06%(质量)分子量为80万的甲基乙烯基硅橡胶265g、乙烯基含量为0.50%(质量)分子量为60万的甲基乙烯基硅橡胶215g、氢含量为0.1%(质量)粘度为100mPa·s的含氢硅油30g、气相白炭黑96g于捏合机中，捏合成团后再分三次每次加入100g气相白炭黑，全部混匀成团后，升温至90℃继续捏合2.5h，然后升温至150℃抽真空(真空度0.08-0.09MPa)混炼0.5小时，取出自然冷却即得高强度有机硅混炼胶。

在高强度有机硅混炼胶中加入硫化剂制成2mm厚度的片并硫化后测试，拉伸强度为11MPa，断裂伸长率为500%，撕裂强度为63kN/m，硬度为shoreA 56。

实例2

复合陶瓷粉的配制

称取碳化硅412g、氧化铝136g、氧化锆120g、氧化硼70g、纳米蒙脱土276g置于高速混合机中搅拌0.5h，混合均匀，然后于球磨机中研磨1h，即得复合陶瓷粉。

实例3

玻璃布的处理

称取硅含量为8%(质量)、固含量为45%(质量)的硅丙乳液110g，用890g水稀释，用稀释好的硅丙乳液以浸涂方式处理玻璃布，然后于烘道中80℃烘烤8min。

实例4

可瓷化硅橡胶复合带的制备

称取实施例1制得的高强度有机硅混炼胶900g，实施例2配制的复合陶瓷粉240g，于捏合机中，捏合成团后再分三次每次加入250g实施例2配制的复合陶瓷粉，全部混匀成团后，升温至70℃继续捏合2.5h，然后升温至140℃抽真空(真空度0.08-0.09MPa)混炼0.5小时，取出自然冷却，切片后于开炼机上薄通3-5次，加入过氧化双（4-甲基苯甲酰）20g，混炼0.5h，即得可瓷化硅橡胶组合物。

将可瓷化硅橡胶组合物置于压延机上，通过压延工艺将可瓷化硅橡胶组合物单面压延于实施例3处理过的玻璃布上，经过烘道120℃烘烤硫化15min，即得到单面玻璃布增强的可瓷化硅橡胶复合带。

所得可瓷化硅橡胶复合带的电气强度大于等于25kV/mm，体积电阻率大于等于2×10¹¹ Ω·cm³，拉伸强度大于等于60 N/10mm，达到电缆制造过程中的绕包工艺要求。按照英国标准BS 6387:1994进行耐火试验测试，通电电压450/750V ，950℃火焰条件下烧蚀180分钟，保持线路完整且能正常通电，且燃烧过程中无有害气体释放。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可瓷化硅橡胶复合带，其包括玻璃布增强层和硅橡胶层，所述硅橡胶层由可瓷化硅橡胶组合物制得，所述可瓷化硅橡胶组合物包括有机硅混炼胶和复合陶瓷粉，其特征在于：所述有机硅混炼胶与复合陶瓷粉的重量比为1：1-1.2；

所述有机硅混炼胶以重量份计包括：

乙烯基含量为0.2%-0.4%的乙烯基封端甲基乙烯基硅生胶     100份，

乙烯基含量为0.05%-0.07%的甲基乙烯基硅生胶              200-250份，

乙烯基含量为0.4%-0.6%的甲基乙烯基硅生胶                 150-200份，

氢含量为0.05%-0.15%的含氢硅油                                  20-30份，

气相白炭黑                                                              300-360份;

所述复合陶瓷粉以重量份计包括：

碳化硅                                                100份，

氧化铝                                                28-38份，

氧化锆                                                25-33份，

氧化硼                                                14-20份，

蒙脱土                                                62-72份。

2.根据权利要求1所述的可瓷化硅橡胶复合带，其特征在于：所述有机硅混炼胶与复合陶瓷粉的重量比为1： 1.1；

所述有机硅混炼胶以重量份计包括：

乙烯基含量为0.2%-0.4%的乙烯基封端甲基有机硅混炼胶    100份，

乙烯基含量为0.05%-0.07%的甲基乙烯基硅生胶                221份，

乙烯基含量为0.4%-0.6%的甲基乙烯基硅生胶                   179份，

氢含量为0.05%-0.15%的含氢硅油                                   25份，

气相白炭黑                                                                330份；

所述复合陶瓷粉以重量份计包括：

碳化硅                                                100份，

氧化铝                                                33份，

氧化锆                                                29份，

氧化硼                                                17份，

蒙脱土                                                67份。

3.根据权利要求1或2所述的可瓷化硅橡胶复合带，其特征在于：所述玻璃布增强层的玻璃布经硅丙乳液处理。

4.根据权利要求3所述的可瓷化硅橡胶复合带，其特征在于：所述硅丙乳液硅含量为3%-15% 。

5.根据权利要求4所述的可瓷化硅橡胶复合带，其特征在于：所述硅丙乳液硅含量为8% 。