CN109161207A - 一种电缆用低烟无卤阻燃硅橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电缆用低烟无卤阻燃硅橡胶材料，材料的原料包括以下组分及量份数：甲基乙烯基硅橡胶100份、聚丙烯酸酯橡胶5～10份、补强剂10～25份、补强剂表面处理剂1～3份、阻燃剂50～70份、阻燃剂表面处理剂3～5份、结构控制剂2～3份、增塑剂1～2份、硫化剂1～3份、铂金硫化剂0.3～1份、抗菌剂0.5～1份、抗氧剂1～3份。本发明采用的制备方法中，试样的混合与交联逐次进行，与传统硅橡胶制备方法相比，避免了一段硫化和二段硫化，不仅交联均匀、控制方便，而且工艺便捷、节能省时、生产效率高。

Description

一种电缆用低烟无卤阻燃硅橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术与科学领域，涉及一种电线电缆料及其制备方法，特别涉及一种电缆用低烟无卤阻燃硅橡胶材料及其制备方法。
背景技术
时速350公里动车组用耐高温电缆是动车组电能传输的载体，应用于时速350km电气化轨道机车用电气装备连接线，是动车组内高温场所使用的电力传输元件，其环境温度最高可达到180℃，因此需采用耐高温绝缘和护套材料。同时，由于高速动车组对电气设备的安全性要求，耐高温电缆除具有在180℃环境下正常使用外，还要具有高韧性、低烟无卤阻燃、抗老化、低烟气毒性等特性。
发明内容
本发明是针对现有技术的不足，提供一种电缆用高强度耐高温抗老化低烟无卤阻燃硅橡胶材料及其制备方法。
电缆用低烟无卤阻燃硅橡胶材料，所述的材料的原料包括以下组分及量份数：甲基乙烯基硅橡胶100份、聚丙烯酸酯橡胶5～10份、补强剂10～25份、补强剂表面处理剂1～3份、阻燃剂50～70份、阻燃剂表面处理剂3～5份、结构控制剂2～3份、增塑剂1～2份、硫化剂1～3份、铂金硫化剂0.3～1份、抗菌剂0.5～1份、抗氧剂1～3份。
进一步，所述的材料的原料包括以下组分及量份数：甲基乙烯基硅橡胶100份、聚丙烯酸酯橡胶5份、补强剂20份、补强剂表面处理剂1份、阻燃剂60份、阻燃剂表面处理剂3份、结构控制剂2份、增塑剂1.5份、硫化剂1份、铂金硫化剂0.5份、抗菌剂0.5份、抗氧剂1份。
进一步，其中：
所述的甲基乙烯基硅橡胶为110-2型，分子量46～60万，乙烯含量为0.10～0.15%；
所述的聚丙烯酸酯橡胶的门尼粘度(ML1001+4)为25～60；
所述的补强剂为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑中的任意一种与碳纤维的混合；
所述的补强剂表面处理剂为硅烷偶联剂KH550、钛酸酯CB-401、钛酸酯CB311W中的任意一种；
所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三聚氰胺硼酸盐C3N6H6(H3BO3)2、三氧化锑和硼酸锌中的几种组合；
所述的阻燃剂表面处理剂为硅烷偶联剂KH560；
所述的结构控制剂为六甲基二硅氮烷、环状三硅氨烷、聚硅氧烷、羟基硅油中的任意一种；
所述的增塑剂为1,2～丙二醇、酯类增塑剂中的任意一种；
所述的硫化剂为铂金硫化剂；
所述的抗菌剂为甲壳素、氧化锌、氧化铜中的任意一种；
所述的抗氧剂为二氢喹啉、季戊四醇、硫脲中的任意一种。
进一步，所述的补强剂中沉淀法白炭黑与碳纤维混合的重量比为1～3:1～3，气相法白炭黑与碳纤维混合的重量比为1～3:1～3。
进一步，所述的氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌，其粒径为0.1～3 μm。
进一步，所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、三聚氰胺硼酸盐，配比为1:1:0.1～0.5:2。
进一步，所述补强剂中碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维中的一种或几种的组合；所述碳纤维的单纤长度小于20mm。
电缆低烟无卤阻燃硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：取阻燃剂，共同置于混合机中搅拌混合；利用自磨擦预热至95～150℃时；将偶联剂与相同质量份的无水乙醇稀释剂混合，并分成2～4次洒入或呈雾状喷入混合机中，继续搅拌10～15分钟，制成经表面处理的阻燃剂；
步骤二：按重量份，将甲基乙烯基硅橡胶加入双辊开炼机内，在40～60℃下塑炼2～5分钟，然后加入补强剂、补强剂表面处理剂、聚丙烯酸酯橡胶、增塑剂、抗菌剂、抗氧剂和结构控制剂，混炼3～5分钟，加入步骤一阻燃剂和铂金硫化剂，继续混炼3～5分钟，得到胶料，然后将经初步混炼的胶料静储24小时；
步骤三：将成型后的板材放入模具内，在温度170～200℃、20MPa的压力下(作用于模具的压力)，进行高温硫化10～15分钟；所述模具根据最终产品的形状进行设计，材料为不锈钢，要求上模的高度为大于或等于最终产品所需的厚度：
步骤四：将步骤三硫化后的板材置入烘箱内，于180℃下硫化2小时，得最终产品。
在本发明中，采用气相法白炭黑和沉淀法白炭黑分别与碳纤维混合组成复合型补强剂；碳纤维本身具有纤维柔软可加工性的特征，并且碳纤维与橡胶基料的界面融合较好，因此使用碳纤维作为补强助剂比单纯使用粉末状的白炭黑所得最终材料具有更好的柔韧性。
本发明中结构控制剂为六甲基二硅氮烷、环状三硅氨烷、聚硅氧烷、羟基硅油中的任意一种，按重量份取为2～3份，每份为1mL。
本发明中采用抗菌剂是为了抑制细菌、真菌或者病毒滋生，从而切断污染来源；采用阻燃剂是为了使硅橡胶材料更难以燃烧；采用抗氧剂是为了抑制或延缓材料的老化，延长其使用寿命；在本发明制备的硅橡胶材料中添加上述功能性添加剂，可满足硅橡胶材料的高强度、耐高温的需求。
在本发明的制备方法中，步骤一中混炼过程(含返炼)需要双辊开炼机在40～60℃下进行，这是为了使碳纤维与橡胶基料更好的融合，否则最终材料中纤维将与基料界面分离，影响材料力学强度。
本发明的制备方法中，步骤一中成型模具为不锈钢模具，使用前后保持模具清洁。
本发明的制备方法中，步骤二中将所有助剂一次添加到硅橡胶材料中，简单高效。
本发明的制备方法中，步骤三中硫化过程为一次性硫化，不需要进行180℃，24小时的二段硫化，节省了时间，提高了生产效率，也降低了生产成本。
本发明至少包括以下有益效果：
(1) 本发明使用复合型补强剂，增加的碳纤维能够提高硅橡胶泡沫材料的柔软性和耐磨性，制备过程中补强剂总量添加较少也可获得较好的强度。
(2) 本发明采用的制备方法中，试样的混合与交联逐次进行，与传统硅橡胶制备方法相比，避免了一段硫化和二段硫化，不仅交联均匀、控制方便，而且工艺便捷、节能省时、生产效率高。
(3) 本发明为一种制备电缆用高强度耐高温耐老化低烟无卤阻燃硅橡胶材料的优选方法，该方法为进一步研究综合性能优异的多用途耐高温高强度硅橡胶材料提供了非常简捷且重现性很好的技术路径。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
酊发明所述的电缆用高强度耐高温耐老化低烟无卤阻燃硅橡胶材料，按质量份原料构成如表1所示。
表1 电缆用高强度耐高温耐老化低烟无卤阻燃硅橡胶材料组份配比
具体实施中，甲基乙烯基硅橡胶为110～3型，分子量45～70万，乙烯含量为0.23～0.30%；聚丙烯酸酯橡胶的门尼粘度(ML1001+4)为25～60。阻燃剂表面处理剂为硅烷偶联剂KH560；硫化剂为铂金硫化剂；增塑剂为1,2～丙二醇、酯类增塑剂中的任意一种；
实施例1中，
碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维；
阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、三聚氰胺硼酸盐（C3N6H6(H3BO3)2）的混合物，配比为1:1:0.4:1.6；
结构控制剂为六甲基二硅氮烷；
抗菌剂为甲壳素；
抗氧剂为二氢喹啉。
上述制造工艺按如下步骤进行：
步骤一：取阻燃剂，共同置于混合机中搅拌混合；利用自磨擦预热至120℃时；将偶联剂与相同质量份的无水乙醇稀释剂混合，并分成2～4次洒入或呈雾状喷入混合机中，继续搅拌12分钟，制成经表面处理的阻燃剂粉体；
步骤二：按重量份，将甲基乙烯基硅橡胶加入双辊开炼机内，在55℃下塑炼3分钟，然后加入补强剂、补强剂表面处理剂、聚丙烯酸酯橡胶、增塑剂、抗菌剂、抗氧剂和结构控制剂，混炼5钟，加入经表面处理的阻燃剂粉体粉体和铂金硫化剂，继续混炼3分钟，得到胶料，然后将经初步混炼的胶料静储24小时，
步骤三：将成型后的板材放入模具内，在温度180℃、20MPa的压力下(作用于模具的压力)，进行高温硫化13分钟；所述模具根据最终产品的形状进行设计，材料为不锈钢，要求上模的高度为大于或等于最终产品所需的厚度。
实施例2中，
碳纤维为沥青基碳纤维；
阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化锑、三聚氰胺硼酸盐，配比为1:1:0.2:1.3。
结构控制剂为环状三硅氨烷；
抗菌剂为氧化锌；
抗氧剂为季戊四醇。
上述制造工艺按如下步骤进行：
步骤一：取阻燃剂，共同置于混合机中搅拌混合；利用自磨擦预热至118℃时；将偶联剂与相同质量份的无水乙醇稀释剂混合，并分成4次洒入或呈雾状喷入混合机中，继续搅拌13分钟，制成经表面处理的阻燃剂粉体；
步骤二：按重量份，将甲基乙烯基硅橡胶加入双辊开炼机内，在52℃下塑炼2～5分钟，然后加入补强剂、补强剂表面处理剂、聚丙烯酸酯橡胶、增塑剂、抗菌剂、抗氧剂和结构控制剂，混炼4分钟，加入经表面处理的阻燃剂粉体粉体和铂金硫化剂，继续混炼4分钟，得到胶料，然后将经初步混炼的胶料静储24小时，
步骤三：将成型后的板材放入模具内，在温度190℃、20MPa的压力下(作用于模具的压力)，进行高温硫化11分钟；所述模具根据最终产品的形状进行设计，材料为不锈钢，要求上模的高度为大于或等于最终产品所需的厚度。
实施例3中，
碳纤维为粘胶基碳纤维；
阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、三聚氰胺硼酸盐（C3N6H6(H3BO3)2）的混合物，配比为1:1:0.5:2；
结构控制剂为聚硅氧烷；
抗菌剂为氧化铜；
抗氧剂为硫脲。
上述制造工艺按如下步骤进行：
步骤一：取阻燃剂，共同置于混合机中搅拌混合；利用自磨擦预热至138℃时；将偶联剂与相同质量份的无水乙醇稀释剂混合，并分成4次洒入或呈雾状喷入混合机中，继续搅拌15分钟，制成经表面处理的阻燃剂粉体；
步骤二：按重量份，将甲基乙烯基硅橡胶加入双辊开炼机内，在49℃下塑炼5分钟，然后加入补强剂、补强剂表面处理剂、聚丙烯酸酯橡胶、增塑剂、抗菌剂、抗氧剂和结构控制剂，混炼5分钟，加入经表面处理的阻燃剂粉体粉体和铂金硫化剂，继续混炼4分钟，得到胶料，然后将经初步混炼的胶料静储24小时，
步骤三：将成型后的板材放入模具内，在温度195℃、20MPa的压力下(作用于模具的压力)，进行高温硫化11分钟；所述模具根据最终产品的形状进行设计，材料为不锈钢，要求上模的高度为大于或等于最终产品所需的厚度。
实施例4中，
碳纤维为酚醛基碳纤维；
阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化锑、三聚氰胺硼酸盐，配比为1:1:0.3:1.8。
结构控制剂为羟基硅油；
抗菌剂为氧化锌；
抗氧剂为二氢喹啉。
上述制造工艺按如下步骤进行：
步骤一：取阻燃剂，共同置于混合机中搅拌混合；利用自磨擦预热至141℃时；将、偶联剂与相同质量份的无水乙醇稀释剂混合，并分成2次洒入或呈雾状喷入混合机中，继续搅拌11分钟，制成经表面处理的阻燃剂粉体；
步骤二：按重量份，将甲基乙烯基硅橡胶加入双辊开炼机内，在46℃下塑炼4分钟，然后加入补强剂、补强剂表面处理剂、聚丙烯酸酯橡胶、增塑剂、抗菌剂、抗氧剂和结构控制剂，混炼5分钟，加入经表面处理的阻燃剂粉体粉体和铂金硫化剂，继续混炼3分钟，得到胶料，然后将经初步混炼的胶料静储24小时，
步骤三：将成型后的板材放入模具内，在温度176℃、20MPa的压力下(作用于模具的压力)，进行高温硫化14分钟；所述模具根据最终产品的形状进行设计，材料为不锈钢，要求上模的高度为大于或等于最终产品所需的厚度。
本发明所述的电缆用高强度耐高温耐老化低烟无卤阻燃硅橡胶材料，可以达到表2 所示技术指标：
表2电缆料性能测试结果
由表2可以看出，实验结果均能满足BS EN 50382-1:2008中EI 111 硅橡胶绝缘材料和EM 106硅橡胶护套材料的性能要求。特别适合时速350KM以上动车用耐高温电线电缆的绝缘和护套。
所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.电缆用低烟无卤阻燃硅橡胶材料，其特征在于，所述的材料的原料包括以下组分及量份数：甲基乙烯基硅橡胶100份、聚丙烯酸酯橡胶5～10份、补强剂10～25份、补强剂表面处理剂1～3份、阻燃剂50～70份、阻燃剂表面处理剂3～5份、结构控制剂2～3份、增塑剂1～2份、硫化剂1～3份、铂金硫化剂0.3～1份、抗菌剂0.5～1份、抗氧剂1～3份。
2.根据权利要求1所述的电缆低烟无卤阻燃硅橡胶材料，其特征在于，所述的材料的原料包括以下组分及量份数：甲基乙烯基硅橡胶100份、聚丙烯酸酯橡胶5份、补强剂20份、补强剂表面处理剂1份、阻燃剂60份、阻燃剂表面处理剂3份、结构控制剂2份、增塑剂1.5份、硫化剂1份、铂金硫化剂0.5份、抗菌剂0.5份、抗氧剂1份。
3.根据权利要求1 所述的电缆低烟无卤阻燃硅橡胶材料，其特征在于，其中：
所述的甲基乙烯基硅橡胶为110-2型，分子量46～60万，乙烯含量为0.10～0.15%；
所述的聚丙烯酸酯橡胶的门尼粘度(ML1001+4)为25～60；
所述的补强剂为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑中的任意一种与碳纤维的混合；
所述的补强剂表面处理剂为硅烷偶联剂KH550、钛酸酯CB-401、钛酸酯CB311W中的任意一种；
所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三聚氰胺硼酸盐、三氧化锑和硼酸锌中的几种组合；
所述的阻燃剂表面处理剂为硅烷偶联剂KH560；
所述的结构控制剂为六甲基二硅氮烷、环状三硅氨烷、聚硅氧烷、羟基硅油中的任意一种；
所述的增塑剂为1,2～丙二醇、酯类增塑剂中的任意一种；
所述的硫化剂为铂金硫化剂；
所述的抗菌剂为甲壳素、氧化锌、氧化铜中的任意一种；
所述的抗氧剂为二氢喹啉、季戊四醇、硫脲中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的电缆低烟无卤阻燃硅橡胶材料，其特征在于，所述的补强剂中沉淀法白炭黑与碳纤维混合的重量比为1～3:1～3，气相法白炭黑与碳纤维混合的重量比为1～3:1～3。
5. 根据权利要求3所述的电缆低烟无卤阻燃硅橡胶材料，其特征在，所述的氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌，其粒径为0.1～3 μm。
6.根据权利要求3所述的电缆低烟无卤阻燃硅橡胶材料，其特征在于，所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、三聚氰胺硼酸盐，配比为1:1:0.1～0.5:2。
7.根据权利要3所述的电缆低烟无卤阻燃硅橡胶材料，其特征在于，所述补强剂中碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维中的一种或几种的组合；所述碳纤维的单纤长度小于20mm。
8. 根据权利要求1 所述的电缆低烟无卤阻燃硅橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：取阻燃剂，共同置于混合机中搅拌混合；利用自磨擦预热至95～150℃时；将偶联剂与相同质量份的无水乙醇稀释剂混合，并分成2～4次洒入或呈雾状喷入混合机中，继续搅拌10～15分钟，制成经表面处理的阻燃剂；
步骤二：按重量份，将甲基乙烯基硅橡胶加入双辊开炼机内，在40～60℃下塑炼2～5分钟，然后加入补强剂、补强剂表面处理剂、聚丙烯酸酯橡胶、增塑剂、抗菌剂、抗氧剂和结构控制剂，混炼3～5分钟，加入步骤一阻燃剂和铂金硫化剂，继续混炼3～5分钟，得到胶料，然后将经初步混炼的胶料静储24小时；
步骤三：将成型后的板材放入模具内，在温度170～200℃、20MPa的压力下(作用于模具的压力)，进行高温硫化10～15分钟；所述模具根据最终产品的形状进行设计，材料为不锈钢，要求上模的高度为大于或等于最终产品所需的厚度：
步骤四：将步骤三硫化后的板材置入烘箱内，于180℃下硫化2小时，得最终产品。
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