CN107586415A - 遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料及其制作方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料及其制备方法与应用。橡胶复合材料的原料组分按重量份计，包括：橡胶80～120重量份、氧化锌5～10重量份、交联剂1.5～3.5重量份、氢氧化铝30～100重量份、磷酸三苯酯10～15重量份、膨胀石墨100～150重量份以及硼酸锌30～50重量份。本发明提供的橡胶复合材料能够遇热膨胀且可阻燃，具有更大温度范围的适用性；可实现特定环境下材料的自动遇热膨胀以阻断热与有害气体进一步扩散的功效；例如舰船等类似狭小复杂空间自动封闭，隔绝热量传递；核反应堆发生故障时，自动封闭有害射线的进一步扩散等，从而阻断燃烧，对特定机构和环境起到保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及高分子橡胶材料技术领域，具体涉及一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料及其制作方法与应用。
背景技术
近年来，柔性阻燃材料在各类工程防火结构中已有较多应用，并起着重要作用；然而，一些特殊和关键部位的热阻断防护领域，传统阻燃材料往往收不到理想效果，无法满足其特定环境要求。众所周知，阻燃材料能够在遇火时受热膨胀，结成蜂窝状整块，从而有效将火灾控制在局部范围之内。柔性阻燃材料的出现逐步取代了传统耐火砖、矿渣棉、陶瓷棉等材料；与它们相比，柔性阻燃材料具有显著的隔热效果。柔性阻燃材料可用于电力、电信、邮政、化工、工矿、企业、建筑当中，电缆、油管、风管、气管、金属管道等贯穿物穿过隔墙或隔层时所形成的空洞的封堵，阻止火焰蔓延，特别适用于经常更换电缆的重要部位。
作为传统柔性阻燃材料的重要成分，卤素阻燃剂因其阻燃效率高和性价比高而占据很大的市场份额；然而，卤素阻燃剂燃烧时会分解产生腐蚀性烟和有毒气体，对环境和人们的生命安全造成二次伤害。基于此，提供一种新型的、具有更优异性能的阻燃材料尤为重要。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料及其制作方法与应用。本发明提供的橡胶复合材料能够遇热膨胀且可阻燃，具有更大温度范围的适用性；可实现特定环境下材料的自动遇热膨胀以阻断热与有害气体进一步扩散的功效；例如舰船等类似狭小复杂空间自动封闭，隔绝热量传递；核反应堆发生故障时，自动封闭有害射线的进一步扩散等，从而阻断燃烧，对特定机构和环境起到保护作用。此外，本发明提供的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料的制备方法简单易行，节省成本。
为此，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：橡胶80～120重量份、氧化锌5～10重量份、交联剂1.5～3.5重量份、氢氧化铝30～100重量份、磷酸三苯酯10～15重量份、膨胀石墨100～150重量份以及通用炭黑30～100重量份。具体地，本发明所用膨胀石墨的膨胀率≥350mL/g。
在本发明的进一步实施方式中，原料组分还包括：硼酸锌30～50重量份以及液体古马隆10～20重量份。
在本发明的进一步实施方式中，原料组分还包括：氧化钇3～6重量份、氧化钪0.05～0.8重量份以及丙烯酸5～10重量份。
在本发明的进一步实施方式中，交联剂包括过氧化二异丙苯、氧化镁以及硫磺中的一种或多种。
在本发明的进一步实施方式中，橡胶选用三元乙丙橡胶、氯丁橡胶以及天然橡胶中的一种或多种。
第二方面，本发明提供一种橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上进行混炼；S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀；S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀；S104：将S103得到的产物经翻炼处理，之后得到橡胶复合材料。
在本发明的进一步实施方式中，翻炼处理包括薄通、打卷和八把刀操作中的一种或多种。
第三方面，本发明提供的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料在防火安全装置中的应用，且尤其是涉及核电、新能源、煤液化和精细化工领域防火安全装置中的应用。
在本发明的进一步实施方式中，应用包括以下步骤：S201：将橡胶复合材料置于炼胶机上进行热炼；S202：将热炼后的产物切割至预设尺寸，之后于预设温度硫化30min～90min，得到目标产品；其中，预设尺寸与目标产品的尺寸相匹配。
在本发明的进一步实施方式中，于预设温度硫化具体包括：以1～3℃/min的升温速率升温至148℃～153℃，之后保温。
本发明提供的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，依次包括卷板层、聚氨酯层和防火层，不仅具有可以快速安装的优势，而且制备得到的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料具有优异的保温隔热、隔音降噪、防火阻燃以及质轻耐磨的特点；此外，本发明提供的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料的制备方法简单易行，节省成本。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明提供的橡胶复合材料能够遇热膨胀且可阻燃，具有更大温度范围的适用性；可实现特定环境下材料的自动遇热膨胀以阻断热与有害气体进一步扩散的功效；例如舰船等类似狭小复杂空间自动封闭，隔绝热量传递；核反应堆发生故障时，自动封闭有害射线的进一步扩散等，从而阻断燃烧，对特定机构和环境起到保护作用。此外，本发明提供的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料的制备方法简单易行，节省成本。
(2)本发明提供的橡胶复合材料在300℃，3h的条件下，体积膨胀量大于等于80％；其还具有优异的拉伸强度、断裂伸长率、硬度等；由其制备得到的产品优异的耐磨性、耐划伤性和耐腐蚀性；从而具有更广泛的应用价值。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。
以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：橡胶80～120重量份、氧化锌5～10重量份、交联剂1.5～3.5重量份、氢氧化铝30～100重量份、磷酸三苯酯10～15重量份、膨胀石墨100～150重量份以及通用炭黑30～100重量份。其中，交联剂包括过氧化二异丙苯、氧化镁以及硫磺中的一种或多种；橡胶选用三元乙丙橡胶、氯丁橡胶以及天然橡胶中的一种或多种。
优选地，原料组分还包括：硼酸锌30～50重量份以及液体古马隆10～20重量份。
优选地，原料组分还包括：氧化钇3～6重量份、氧化钪0.05～0.8重量份以及丙烯酸5～10重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上进行混炼。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将S103得到的产物经翻炼处理，之后得到橡胶复合材料。其中，翻炼处理包括薄通、打卷和八把刀操作中的一种或多种。
另外，本发明提供的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料能够有效应用于防火安全装置中，且尤其是涉及核电、新能源、煤液化和精细化工领域防火安全装置中，具体应用方法包括以下步骤：
S201：将橡胶复合材料置于炼胶机上进行热炼。
S202：将热炼后的产物切割至预设尺寸，之后于预设温度硫化30min～90min，得到目标产品；其中，预设尺寸与目标产品的尺寸相匹配；其中，于预设温度硫化具体包括：以1～3℃/min的升温速率升温至148℃～153℃，之后保温。
下面结合具体实施方式进行说明：
需要说明的是，本发明各实施的橡胶复合材料在制备之前，可以采用棉纱蘸上120#汽油擦拭炼胶机辊面和滚轴，从而彻底擦掉炭黑、机油及其它杂物。
实施例一
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：型号为4045的三元乙丙橡胶100重量份、氧化锌5重量份、过氧化二异丙苯3重量份、硼酸锌30重量份、氢氧化铝50重量份、磷酸三苯酯10重量份、膨胀石墨100重量份、液体古马隆15重量份以及通用炭黑40重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上，将炼胶机辊距调至4mm，混炼2min。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将炼胶机辊距调至2mm后，将混合后的原料反复薄通6次，打卷4次，八把刀4次后，将炼胶机辊距调至5mm后混匀下片，得到橡胶复合材料。
实施例二
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：型号为321的氯丁橡胶100重量份、氧化锌5重量份、氧化镁3.5重量份、硼酸锌40重量份、氢氧化铝60重量份、磷酸三苯酯12重量份、膨胀石墨120重量份、液体古马隆10重量份以及通用炭黑60重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上，将炼胶机辊距调至4mm，混炼2min。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将炼胶机辊距调至2mm后，将混合后的原料反复薄通6次，打卷4次，八把刀4次后，将炼胶机辊距调至5mm后混匀下片，得到橡胶复合材料。
实施例三
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：天然橡胶NR 100重量份、氧化锌5重量份、硫磺2.5重量份、硫化促进剂1重量份、硼酸锌50重量份、氢氧化铝80重量份、磷酸三苯酯15重量份、膨胀石墨140重量份、液体古马隆20重量份以及通用炭黑70重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上，将炼胶机辊距调至4mm，混炼2min。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将炼胶机辊距调至2mm后，将混合后的原料反复薄通6次，打卷4次，八把刀4次后，将炼胶机辊距调至5mm后混匀下片，得到橡胶复合材料。
实施例四
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：型号为4045的三元乙丙橡胶100重量份、氧化锌5重量份、过氧化二异丙苯3重量份、硼酸锌30重量份、氢氧化铝50重量份、磷酸三苯酯10重量份、膨胀石墨100重量份、液体古马隆15重量份、通用炭黑40重量份、氧化钇3重量份、氧化钪0.8重量份以及丙烯酸5重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上，将炼胶机辊距调至4mm，混炼2min。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将炼胶机辊距调至2mm后，将混合后的原料反复薄通6次，打卷4次，八把刀4次后，将炼胶机辊距调至5mm后混匀下片，得到橡胶复合材料。
实施例五
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：型号为321的氯丁橡胶100重量份、氧化锌5重量份、氧化镁3.5重量份、硼酸锌40重量份、氢氧化铝60重量份、磷酸三苯酯12重量份、膨胀石墨120重量份、液体古马隆10重量份、通用炭黑60重量份、氧化钇6重量份、氧化钪0.05重量份以及丙烯酸10重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上，将炼胶机辊距调至4mm，混炼2min。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将炼胶机辊距调至2mm后，将混合后的原料反复薄通6次，打卷4次，八把刀4次后，将炼胶机辊距调至5mm后混匀下片，得到橡胶复合材料。
实施例六
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：天然橡胶NR 100重量份、氧化锌5重量份、硫磺2.5重量份、硫化促进剂1重量份、硼酸锌50重量份、氢氧化铝80重量份、磷酸三苯酯15重量份、膨胀石墨140重量份、液体古马隆20重量份、通用炭黑70重量份、氧化钇5重量份、氧化钪0.2重量份以及丙烯酸8重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上，将炼胶机辊距调至4mm，混炼2min。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将炼胶机辊距调至2mm后，将混合后的原料反复薄通6次，打卷4次，八把刀4次后，将炼胶机辊距调至5mm后混匀下片，得到橡胶复合材料。
实施例七
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：型号为321的氯丁橡胶100重量份、氧化锌5重量份、氧化镁3.5重量份、硼酸锌40重量份、氢氧化铝60重量份、磷酸三苯酯12重量份以及膨胀石墨120重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上，将炼胶机辊距调至4mm，混炼2min。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将炼胶机辊距调至2mm后，将混合后的原料反复薄通6次，打卷4次，八把刀4次后，将炼胶机辊距调至5mm后混匀下片，得到橡胶复合材料。
实施例八
本发明提供一种遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，原料组分按重量份计，包括：天然橡胶NR 100重量份、氧化锌5重量份、硫磺2.5重量份、硫化促进剂1重量份、硼酸锌50重量份、氢氧化铝80重量份、磷酸三苯酯15重量份以及膨胀石墨140重量份。
另外，针对本发明的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料，本发明专门设计了制备方法，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上，将炼胶机辊距调至4mm，混炼2min。
S102：在S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀。
S103：在S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀。
S104：将炼胶机辊距调至2mm后，将混合后的原料反复薄通6次，打卷4次，八把刀4次后，将炼胶机辊距调至5mm后混匀下片，得到橡胶复合材料。
另外，为了进一步说明本发明技术方案的优势，对各实施例制备得到的橡胶复合材料性能测试进行性能测试。
具体地，对于各实施例制备得到的橡胶复合材料，分别测试其性能。具体测试结果和检验标准如表1和表2所示。
其中，体积膨胀量实验条件为：将炼制好的混炼胶硫化成50×50×4mm标准试块，在热空气烘箱停放300℃×3h后测试。
表1各实施例遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料的性能列表之一
表2各实施例遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料的性能列表之二
从表1和表2数据可以看出：本发明制备得到的遇热膨胀阻燃橡胶复合材料具有良好的遇热膨胀和阻燃性能及使用安全性，可应用于遇热膨胀防火阻断安全装置领域。
当然，除了实施例一至实施例八列举的情况，原料组分的其他比例以及制备过程中的参数选择也是可以的。
本发明提供的橡胶复合材料能够遇热膨胀且可阻燃，具有更大温度范围的适用性；可实现特定环境下材料的自动遇热膨胀以阻断热与有害气体进一步扩散的功效；例如舰船等类似狭小复杂空间自动封闭，隔绝热量传递；核反应堆发生故障时，自动封闭有害射线的进一步扩散等，从而阻断燃烧，对特定机构和环境起到保护作用。此外，本发明提供的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料的制备方法简单易行，节省成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。需要说明的是，本发明中的“正面”、“背面”等指示方位或位置关系的词，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种橡胶复合材料，其特征在于，原料组分按重量份计，包括：
橡胶80～120重量份、氧化锌5～10重量份、交联剂1.5～3.5重量份、氢氧化铝30～100重量份、磷酸三苯酯10～15重量份、膨胀石墨100～150重量份以及硼酸锌30～50重量份。
2.根据权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于，还包括：
液体古马隆10～20重量份以及通用炭黑30～100重量份。
3.根据权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于，还包括：
氧化钇3～6重量份、氧化钪0.05～0.8重量份以及丙烯酸5～10重量份。
4.根据权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于，还包括：
所述交联剂包括过氧化二异丙苯、氧化镁以及硫磺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的橡胶复合材料，其特征在于：
所述橡胶选用三元乙丙橡胶、氯丁橡胶以及天然橡胶中的一种或多种。
6.权利要求1～5任一项所述橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：按比例称取各原料组分，之后将橡胶加入炼胶机上进行混炼；
S102：在所述S101得到的产物中依次加入氧化锌、交联剂和磷酸三苯酯，混炼均匀；
S103：在所述S102得到的产物中加入氢氧化铝和膨胀石墨，混炼均匀；之后加入剩余原料组分并混炼均匀；
S104：将所述S103得到的产物经翻炼处理，之后得到所述橡胶复合材料。
7.权利要求6所述的橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：
所述翻炼处理包括薄通、打卷和八把刀操作中的一种或多种。
8.权利要求1～5任一项所述的遇热膨胀且可阻燃的橡胶复合材料在防火安全装置中的应用，且尤其是涉及核电、新能源、煤液化和精细化工领域防火安全装置中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
S201：将所述橡胶复合材料置于炼胶机上进行热炼；
S202：将所述热炼后的产物切割至预设尺寸，之后于预设温度硫化30min～90min，得到目标产品；其中，所述预设尺寸与所述目标产品的尺寸相匹配。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：
所述于预设温度硫化具体包括：以1～3℃/min的升温速率升温至148℃～153℃，之后保温。
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