CN106543725A - 一种阻燃硅橡胶电缆材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃硅橡胶电缆材料，由下列重量份的原料制备制成：MVQ硅橡胶60‑70、环氧树脂33‑38、丙烯酸酯共聚物4‑6、光引发剂二苯甲酮0.1‑0.2、交联剂TAIC0.1‑0.2、二氯化铁3.6‑4、三氯化铁6‑6.8、云母20‑25、低熔点玻璃粉10‑14、聚乙二醇1.6‑2、硫酸亚铁1.8‑2.2、碳酸氢铵2.5‑3、氢氧化镁10‑14、次磷酸铝3‑4、珍珠岩4‑6、硬脂酸镧0.4‑0.5、木质素磺酸盐0.1‑0.2、去离子水适量；本发明的电缆料具有优异阻燃性和不延燃性，不产生腐蚀性气体，而且同时具有耐高低温性能好，耐腐蚀，耐水性、耐臭氧和耐老化性，值得推广。

Description

一种阻燃硅橡胶电缆材料
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种阻燃硅橡胶电缆材料。
背景技术
硅橡胶是一类以重复的Si-O键为主链，侧链为甲基、乙烯基、苯基等有机基团的高分子化合物。由于结构的特殊性，决定了硅橡胶具有优异的性能，如耐老化、耐高低温性能、耐候、耐溶剂性能、电绝缘性能、对外部热流的惰性和相对低的热释放速率等。纯的硅橡胶燃烧时产生的气体没有毒，不会产生滴落的现象，燃烧后的残余物为二氧化硅，它覆盖在聚合物的表面，起到阻隔传热和传质的作用。由于硅橡胶这些优良的性能，使其被广泛应用到电缆、电线、航天航空、汽车和化工等领域。但是硅橡胶本身存在着氧指数远小于30，而按照行业标准，用于制造电缆的材料要具有较高的阻燃性，另外，硅橡胶易燃，一旦着火将持续燃烧，存在潜在的燃烧风险，从而在一定程度上限制了其在电线电缆行业中的应用。陶瓷化硅橡胶是一种近些年才受到关注的耐火材料，其在正常状态下是一般的柔性的硅橡胶材料，当遇到明火灼烧之后，硅橡胶会形成一层类似陶瓷的物质来抵挡火焰的继续入侵，这种材料包裹在铜芯上作为电缆的绝缘层，绝缘性能优良，保护电路不发生短路和断路等情况。但是硅橡胶的分子柔性大，分子链之间的相互作用力较弱，致使机械强度较差，必须通过有效的交联方法提高其力学性能，拓宽应用范围。
《防火阻燃硅橡胶和光交联硅橡胶/聚烯烃复合电缆材料的制备及其性能研究》一文中作者首先是添加云母、低熔点玻璃粉和阻燃剂到硅橡胶体系中，制备了阻燃防火的硅橡胶，结果表明硫化剂DCP为1wt%时交联效果最佳，云母的添加量为40wt%时最为适宜，添加的低熔点玻璃粉到硅橡胶体系后，力学性能恶化，但是成瓷温度下降，烧结后瓷化物的尺寸收缩趋势增加，在较高的温度下烧结后瓷化物的强度增加，抗热冲击效果增强，但是致密性差，但是低熔点玻璃粉含量一定时，温度升高对抗热冲击和烧结后瓷化物的强度有一定的提升作用，所以玻璃粉的含量为30wt%时最好。其次在光引发剂和交联剂存在的条件下，利用紫外光对MVQ（硅橡胶）/LLDPE（线性低密度聚乙烯）热塑弹性体进行交联，结果表明添加45wt%的白炭黑到体系中，补强效果好；MVQ/LLDPE复合材料中双组份的质量比为60：40时效果最好，LDPE-MA作为两者相容剂时效果最好，添加量为4wt%时最为适宜，抗氧剂1010添加量为0.5wt%时体系综合性能最好，紫外光辐照后试样的抗张强度显著提高，但是断裂伸长率下降，老化性能测试表明，随着紫外光辐照时间的延长，材料的抗老化能力提高。本文作者分开阐述了添加云母、低熔点玻璃粉和阻燃剂到硅橡胶体系中硅橡胶的性能，和添加补强树脂材料到硅橡胶中整体力学性能的影响，随着电缆材料的应用多元化和广泛化，所处地理环境的恶劣性对电缆材料的要求很高，阻燃是硅橡胶电缆考虑的必要问题之一，对于其他的性能如抗寒、抗冻、耐高温、抗腐蚀和强度在实际运用中也是要作为参考的指标，所以如何提高硅橡胶的整体性能以其满足多元化电缆的需求仍然是当今研究的重点问题。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种阻燃硅橡胶电缆材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种阻燃硅橡胶电缆材料，由下列重量份的原料制备制成：MVQ硅橡胶60-70、环氧树脂33-38、丙烯酸酯共聚物4-6、光引发剂二苯甲酮0.1-0.2、交联剂TAIC0.1-0.2、二氯化铁3.6-4、三氯化铁6-6.8、云母20-25、低熔点玻璃粉10-14、聚乙二醇1.6-2、硫酸亚铁1.8-2.2、碳酸氢铵2.5-3、氢氧化镁10-14、次磷酸铝3-4、珍珠岩4-6、硬脂酸镧0.4-0.5、木质素磺酸盐0.1-0.2、去离子水适量。
所述一种阻燃硅橡胶电缆材料，由以下具体步骤制备制成：
（1）将二氯化铁和三氯化铁溶于去离子水中，置于50℃恒温水浴中，搅拌直至溶液混合均匀，再加入云母以1600-1800r/min的转速搅拌均匀，之后以1d/s的速度缓慢滴加摩尔浓度为1.34mol/L的氢氧化钠溶液，直至体系pH值至12，静置，晶化2-4h，过滤，将沉淀进行磁分离，用去离子水多次洗涤直至成中性，真空干燥得到改性磁性云母；
（2）将低熔点玻璃粉加到11-13倍量的无水乙醇中，搅拌均匀后加入聚乙二醇超声分散均匀，备用；将硫酸亚铁和碳酸氢铵分别用去离子水溶解制成浓度为0.2mol/L和0.4mol/L溶液，用恒流泵连续加到剧烈搅拌的上述备用混合溶液中，滴加完毕后控制pH值为6.5，在室温下继续反应50-70min，陈化30min后过滤，沉淀用去离子水清洗至中性后烘干；
（3）将氢氧化镁溶于去离子水中，配置成质量百分比为70-80%的溶液，超声分散15-20min后加入珍珠岩继续超声搅拌30-40min，然后加入木质素磺酸盐，超声20-30min后真空干燥，将干燥后的混合物置于密炼机中加热至100-120℃，再加入硬脂酸镧恒温密炼1-1.5h，冷却至室温后研磨过筛；
（4）将步骤（1）制备的产物和步骤（2）制备的产物按照质量比40-65wt%：35-60wt%研磨混合均匀，将MVQ硅橡胶、环氧树脂和丙烯酸酯共聚物按照质量比加到密炼机进行混炼，混炼时间为10-20min，混炼温度为180℃，转速为100r/min，熔融物取出后在双辊开炼机上出片，之后再将其和上述备用混合物共同加到密炼机中密炼均匀，在其两个正交方向交替添加磁场，最后再加入光引发剂、交联剂TAIC、步骤（3）制备的产物和其他剩余物料进行熔融共混，混炼温度为130℃，混炼5-8min，出料，即可得到。
本发明的优点是：本发明利用硅橡胶在氧气和高温条件下热降解后生成二氧化硅残余物层，云母在高温下能够与残余物二氧化硅发生“共晶”反应，在高温下形成连续结构，当这种结构在5-10μm厚时就能有效增强燃烧残留陶瓷层的强度，因而可提高阻燃性，但是在较低的温度下烧结后的残余物强度不高，需要添加填料降低反应的烧结温度，氧化铁改性云母和低熔点玻璃粉，使其表面负载氧化铁并具有磁性，能够在磁场的作用下均匀分散在基体材料中，并且氧化铁负载的低熔点玻璃粉能够在低温条件下促进硅橡胶残留物形成流动相，加快形成连续的残留物，并且在表面与云母粘结形成具有一定强度的陶瓷层，这样改性的玻璃粉不仅能够降低生成陶瓷的温度，也能够快速的促进硅橡胶快速分解生产二氧化硅残留物，同时也提高了陶瓷层的强度，也避免了添加量过多导致加工困难的问题，利用改性剂木质素磺酸盐接枝改性氢氧化镁和珍珠岩，提高了与基体材料之间的相容性，并且二次利用硬脂酸镧改性，提高了混合物的热稳定性、促熔融性、偶联及增韧的作用，改善了橡胶电缆的阻燃、高温稳定、高韧和易加工的性能，本发明的电缆料不仅具有优异阻燃性和不延燃性，燃烧时发烟量非常少，不产生有毒气体，不产生腐蚀性气体，而且同时具有耐高低温性能好，耐腐蚀，耐水性、耐臭氧和耐老化性，值得推广。
具体实施方式
一种阻燃硅橡胶电缆材料，由下列重量份（公斤）的原料制备制成：MVQ硅橡胶60、环氧树脂33、丙烯酸酯共聚物4、光引发剂二苯甲酮0.1、交联剂TAIC0.1、二氯化铁3.6、三氯化铁6、云母20、低熔点玻璃粉10、聚乙二醇1.6、硫酸亚铁1.8、碳酸氢铵2.5、氢氧化镁10、次磷酸铝3、珍珠岩4、硬脂酸镧0.4、木质素磺酸盐0.1、去离子水适量。
所述一种阻燃硅橡胶电缆材料，由以下具体步骤制备制成：
（1）将二氯化铁和三氯化铁溶于去离子水中，置于50℃恒温水浴中，搅拌直至溶液混合均匀，再加入云母以1600r/min的转速搅拌均匀，之后以1d/s的速度缓慢滴加摩尔浓度为1.34mol/L的氢氧化钠溶液，直至体系pH值至12，静置，晶化2h，过滤，将沉淀进行磁分离，用去离子水多次洗涤直至成中性，真空干燥得到改性磁性云母；
（2）将低熔点玻璃粉加到11倍量的无水乙醇中，搅拌均匀后加入聚乙二醇超声分散均匀，备用；将硫酸亚铁和碳酸氢铵分别用去离子水溶解制成浓度为0.2mol/L和0.4mol/L溶液，用恒流泵连续加到剧烈搅拌的上述备用混合溶液中，滴加完毕后控制pH值为6.5，在室温下继续反应50min，陈化30min后过滤，沉淀用去离子水清洗至中性后烘干；
（3）将氢氧化镁溶于去离子水中，配置成质量百分比为70%的溶液，超声分散15min后加入珍珠岩继续超声搅拌30min，然后加入木质素磺酸盐，超声20min后真空干燥，将干燥后的混合物置于密炼机中加热至100℃，再加入硬脂酸镧恒温密炼1h，冷却至室温后研磨过筛；
（4）将步骤（1）制备的产物和步骤（2）制备的产物按照质量比40wt%：35wt%研磨混合均匀，将MVQ硅橡胶、环氧树脂和丙烯酸酯共聚物按照质量比加到密炼机进行混炼，混炼时间为10min，混炼温度为180℃，转速为100r/min，熔融物取出后在双辊开炼机上出片，之后再将其和上述备用混合物共同加到密炼机中密炼均匀，在其两个正交方向交替添加磁场，最后再加入光引发剂、交联剂TAIC、步骤（3）制备的产物和其他剩余物料进行熔融共混，混炼温度为130℃，混炼5min，出料，即可得到。
按照实施例的制备方法制备出硅橡胶电缆材料，对其进行性能测试，结果如下：
抗张强度（MPa）：12.6；断裂伸长率（%）：642；热老化系数：0.97；阻燃性（UL94V）：V0；极限氧指数：32.5；耐溶剂性（质量损失率%）：3.3。

Claims (2)

1.一种阻燃硅橡胶电缆材料，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：MVQ硅橡胶60-70、环氧树脂33-38、丙烯酸酯共聚物4-6、光引发剂二苯甲酮0.1-0.2、交联剂TAIC0.1-0.2、二氯化铁3.6-4、三氯化铁6-6.8、云母20-25、低熔点玻璃粉10-14、聚乙二醇1.6-2、硫酸亚铁1.8-2.2、碳酸氢铵2.5-3、氢氧化镁10-14、次磷酸铝3-4、珍珠岩4-6、硬脂酸镧0.4-0.5、木质素磺酸盐0.1-0.2、去离子水适量。
2.根据权利要求1所述一种阻燃硅橡胶电缆材料，其特征在于，由以下具体步骤制备制成：
（1）将二氯化铁和三氯化铁溶于去离子水中，置于50℃恒温水浴中，搅拌直至溶液混合均匀，再加入云母以1600-1800r/min的转速搅拌均匀，之后以1d/s的速度缓慢滴加摩尔浓度为1.34mol/L的氢氧化钠溶液，直至体系pH值至12，静置，晶化2-4h，过滤，将沉淀进行磁分离，用去离子水多次洗涤直至成中性，真空干燥得到改性磁性云母；
（2）将低熔点玻璃粉加到11-13倍量的无水乙醇中，搅拌均匀后加入聚乙二醇超声分散均匀，备用；将硫酸亚铁和碳酸氢铵分别用去离子水溶解制成浓度为0.2mol/L和0.4mol/L溶液，用恒流泵连续加到剧烈搅拌的上述备用混合溶液中，滴加完毕后控制pH值为6.5，在室温下继续反应50-70min，陈化30min后过滤，沉淀用去离子水清洗至中性后烘干；
（3）将氢氧化镁溶于去离子水中，配置成质量百分比为70-80%的溶液，超声分散15-20min后加入珍珠岩继续超声搅拌30-40min，然后加入木质素磺酸盐，超声20-30min后真空干燥，将干燥后的混合物置于密炼机中加热至100-120℃，再加入硬脂酸镧恒温密炼1-1.5h，冷却至室温后研磨过筛；
（4）将步骤（1）制备的产物和步骤（2）制备的产物按照质量比40-65wt%：35-60wt%研磨混合均匀，将MVQ硅橡胶、环氧树脂和丙烯酸酯共聚物按照质量比加到密炼机进行混炼，混炼时间为10-20min，混炼温度为180℃，转速为100r/min，熔融物取出后在双辊开炼机上出片，之后再将其和上述备用混合物共同加到密炼机中密炼均匀，在其两个正交方向交替添加磁场，最后再加入光引发剂、交联剂TAIC、步骤（3）制备的产物和其他剩余物料进行熔融共混，混炼温度为130℃，混炼5-8min，出料，即可得到。
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