CN109456535A - 一种阻燃耐火电线电缆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃耐火电线电缆料及其制备方法，属于电线电缆技术领域。所述阻燃耐火电线电缆料包括以下组份：聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶、柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、硅烷偶联剂、白炭黑、防老剂、促进剂；所述的纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比为(2.2‑5.8)：(1.5‑3.6)：(0.5‑1.2)。本发明通过采用纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂构成的补强体系，提高阻燃耐火电线电缆料的耐热性和阻燃性。

Description

一种阻燃耐火电线电缆料及其制备方法

技术领域

本发明属于电线电缆技术领域，具体涉及一种阻燃耐火电线电缆料及其制备方法。

背景技术

当前随着电力事业的飞速发展，电线电缆的使用量急剧上升，2010年行业总产值达9300多亿元，从业人员超过72万人。从规模上来说，我国已成为世界第一大电线电缆生产国。产业的高速发展和转型升级带来了对技术水平提升以及对高安全性能电线电缆开发的渴求，尤其是新型电线电缆材料的研究和利用对电线电缆行业的发展有着十分重要的意义。由于广泛应用于工业、农业和军事等各个部门的电线电缆大多数是老式的PVC电线电缆，而PVC材料中加入了大量的增塑剂等易燃材料，使得很多PVC电缆在燃烧时热释放速率高、热值高，并且产生大量的浓烟和有毒气体，不仅危害环境而且也会对人员的安全造成严重的威胁。近些年来，社会消防意识逐渐提高，电线电缆材料在防火领域的快速发展己成迫切所需。

电气防火的关键是阻然电缆和耐火电缆的应用，特别是耐火电缆的应用，能够保证高层/超高层建筑中的自动报警装置、自动灭火系统、防排烟设备、疏散标志及照明、消防电梯等消防用电设备在火灾中的持续供电，使得这些消防设备在火灾中能够持续正常工作，以便于开展灭火救援和人员疏散工作。因此耐火电缆的开发对火灾情况下的消防设备安全供电，以及为火灾时创造人员救生条件都有着非常重大的意义，而传统的耐火电缆己经不能满足当前形势的需要，其制作工艺复杂，生产成本高，不利于实际应用。因此当前需找出一种耐火性能优良，且加工工艺简单的耐火电缆。

中国专利文献“一种硅橡胶绝缘耐热控制电缆料及其制备方法(专利号：

CN201210308431.5)”公开了一种硅橡胶绝缘耐热控制电缆料，各原料组分的重量份为：聚丙烯树脂25-35份、改性丙烯酸树脂10-15份、硅橡胶10-20份、柠檬酸三丁酯3-8份、聚四氟乙烯5-10份、氯化石蜡3-8份、乙二醇3-5份、氢氧化镁3-8份、硬脂酸锌3-5份、苯丙乳液10-15份、聚酰亚胺5-8份、硅橡胶偶联剂1-3份；该发明由于采用聚丙烯树脂脂、改性丙烯酸树脂和硅橡胶高分子材料并用作为基础材料，同时增加了辅料聚四氟乙烯、乙二醇、苯丙乳液、聚酰亚胺和硅橡胶偶联剂，解决了电缆材料不能满足在高温强腐蚀的环境下工作使用现状，具有耐火耐高温抗腐蚀抗滴落的特性，但是该发明仍然存在着耐热性和阻燃性能不强的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种阻燃耐火电线电缆料及其制备方法，以解决在中国专利申请文献“一种硅橡胶绝缘耐热控制电缆料及其制备方法(专利号：CN201210308431.5)”公开的基础上，如何优化组份、用量、工艺等，提高电线电缆料耐热性和阻燃性的问题。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种阻燃耐火电线电缆料，包括以下组份：聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶、柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、硅烷偶联剂、白炭黑、防老剂、促进剂；

所述的纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比为(2.2-5.8)：(1.5-3.6)：(0.5-1.2)。

优选地，所述的纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比为4.5:2.2:0.8。

优选地，所述的电线电缆料以重量份为单位，包括以下组份：聚丙烯树脂30-35份、改性丙烯酸树脂15-22份、甲基乙烯基硅橡胶20-30份、柠檬酸三丁酯10-12份、纳米二氧化硅3.2-6.8份、过氧化二异丙苯1.5-3.6份、氢氧化铂0.5-1.2份、聚酰亚胺1-3份、硬脂酸锌2-6份、硅烷偶联剂2-5份、白炭黑20-25份、防老剂0.3-0.5份、促进剂0.4-0.8份。

优选地，所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种。

优选地，所述的防老剂为N-苯基-β-萘胺、对苯二胺中的一种。

优选地，所述的促进剂为三乙醇胺、三乙烯二胺、二月桂酸二丁基锡中的一种。

本发明还提供一种阻燃耐火电线电缆料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按组成原料的重量份称取各原料，将聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶和防老剂投入开炼机中，在70-80℃下混合5-7min，混合均匀后得到混合料A；

S2：在混合料A中按重量份加入柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、白炭黑、硅橡胶偶联剂，在80-100℃下搅拌混炼3-5min，使混合均匀，得到混合料B；

S3：在混合料B中加入过氧化二异丙苯和促进剂继续搅拌混炼2-3min，用挤塑机塑化造粒，控制温度为155-165℃，得到成品。

优选地，所述步骤S1中在75℃下混合6min。

优选地，所述步骤S2中在90℃下搅拌混炼4min。

优选地，所述步骤S3中控制温度为160℃。

本发明具有以下有益效果：

(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3阻燃耐火电线电缆料的热降解率明显低于对比例5电缆料的热降解率，氧指数明显高于对比例5的氧指数；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。

(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，阻燃耐火电线电缆料中纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂在阻燃耐火电线电缆料中起到了协同作用，协同提高了阻燃耐火电线电缆料的氧指数，降低了热降解率，这可能是：

过氧化二异丙苯为一种过氧化硫化剂，过氧化物硫化剂在高温下断裂生成的自由基可引发甲基乙烯基硅橡胶发生交联反应，生成硫化甲基乙烯基硅橡胶，而硫化甲基乙烯基硅橡胶具有良好的耐高低温性能，以及防腐、防潮灯等性能。纳米二氧化硅具有较高的表面活性，能在甲基乙烯基硅橡胶中很好的分散，其特有的分子链结构易与甲基乙烯基硅橡胶结合，增强纳米二氧化硅与甲基乙烯基硅橡胶之间的交联反应，并提高硫化后甲基乙烯基硅橡胶的交联密度，使得拉伸强度和撕裂强度均上升。氢氧化铂作为一种催化剂和阻燃剂，在高温下催化使甲基乙烯基硅橡胶侧链上的CH₃-Si键的断裂，使得甲基乙烯基硅橡胶与纳米二氧化硅发生交联反应，从而抑制小环状硅氧烷的生成，增强阻隔层，提高硅橡胶热稳定性和阻燃性；并且氢氧化铂在受热时会释放出结晶水生成氧化铂，在这过程中吸收大量的热量，起到降温的作用，同时热分解产生的水蒸气能稀释可燃气体和氧气的浓度，有效的抑制电缆的进一步燃烧，生成的氧化铂能在电缆表面形成覆盖层，起到隔绝空气和阻止热量传递的作用，从而达到阻燃的目的。

(3)由对比例6-8的数据可见，纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比不在(2.2-5.8)：(1.5-3.6)：(0.5-1.2)范围内时，制得的阻燃耐火电线电缆料的热降解率和氧指数数值与实施例1-3的数值相差甚大，与现有技术(对比例5)的数值相当。本发明纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂作为补强体系，实施例1-3通过控制制备阻燃耐火电线电缆料时添加纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比为(2.2-5.8)：(1.5-3.6)：(0.5-1.2)，实现在补强体系中利用过氧化二异丙苯在温下断裂生成的自由基可引发甲基乙烯基硅橡胶发生交联反应，纳米二氧化硅与甲基乙烯基硅橡胶之间的发生物理交联，氢氧化铂催化甲基乙烯基硅橡胶与纳米二氧化硅发生交联反应等特点，使得纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂构成的补强体系在本发明的阻燃耐火电线电缆料中，提高阻燃耐火电线电缆料的耐热性和阻燃性。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，现通过以下实施例加以说明，以下实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

以下实施例中，所述的阻燃耐火电线电缆料，以重量份为单位，包括以下组份：聚丙烯树脂30-35份、改性丙烯酸树脂15-22份、甲基乙烯基硅橡胶20-30份、柠檬酸三丁酯10-12份、纳米二氧化硅3.2-6.8份、过氧化二异丙苯1.5-3.6份、氢氧化铂0.5-1.2份、聚酰亚胺1-3份、硬脂酸锌2-6份、硅烷偶联剂2-5份、白炭黑20-25份、防老剂0.3-0.5份、促进剂0.4-0.8份。

所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种。

所述的防老剂为N-苯基-β-萘胺、对苯二胺中的一种。

所述的促进剂为三乙醇胺、三乙烯二胺、二月桂酸二丁基锡中的一种。

所述的阻燃耐火电线电缆料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按组成原料的重量份称取各原料，将聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶和防老剂投入开炼机中，在70-80℃下混合5-7min，混合均匀后得到混合料A；

S2：在混合料A中按重量份加入柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、白炭黑、硅橡胶偶联剂，在80-100℃下搅拌混炼3-5min，使混合均匀，得到混合料B；

S3：在混合料B中加入过氧化二异丙苯和促进剂继续搅拌混炼2-3min，用挤塑机塑化造粒，控制温度为155-165℃，得到成品。

实施例1

所述的阻燃耐火电线电缆料，以重量份为单位，包括以下组份：聚丙烯树脂30份、改性丙烯酸树脂22份、甲基乙烯基硅橡胶20份、柠檬酸三丁酯12份、纳米二氧化硅4.5份、过氧化二异丙苯2.2份、氢氧化铂0.8份、聚酰亚胺1份、硬脂酸锌6份、乙烯基三乙氧基硅烷2份、白炭黑25份、N-苯基-β-萘胺0.3份、三乙醇胺0.6份。

所述的阻燃耐火电线电缆料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按组成原料的重量份称取各原料，将聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶和防老剂投入开炼机中，在75℃下混合6min，混合均匀后得到混合料A；

S2：在混合料A中按重量份加入柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、白炭黑、硅橡胶偶联剂，在100℃下搅拌混炼5min，使混合均匀，得到混合料B；

S3：在混合料B中加入过氧化二异丙苯和促进剂继续搅拌混炼2min，用挤塑机塑化造粒，控制温度为160℃，得到成品。

实施例2

所述的阻燃耐火电线电缆料，以重量份为单位，包括以下组份：聚丙烯树脂33份、改性丙烯酸树脂15份、甲基乙烯基硅橡胶25份、柠檬酸三丁酯10份、纳米二氧化硅6.8份、过氧化二异丙苯3.6份、氢氧化铂1.2份、聚酰亚胺2份、硬脂酸锌2份、乙烯基三甲氧基硅烷4份、白炭黑20份、对苯二胺0.4份、三乙烯二胺0.8份。

所述的阻燃耐火电线电缆料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按组成原料的重量份称取各原料，将聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶和防老剂投入开炼机中，在80℃下混合7min，混合均匀后得到混合料A；

S2：在混合料A中按重量份加入柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、白炭黑、硅橡胶偶联剂，在80℃下搅拌混炼3min，使混合均匀，得到混合料B；

S3：在混合料B中加入过氧化二异丙苯和促进剂继续搅拌混炼3min，用挤塑机塑化造粒，控制温度为165℃，得到成品。

实施例3

所述的阻燃耐火电线电缆料，以重量份为单位，包括以下组份：聚丙烯树脂35份、改性丙烯酸树脂19份、甲基乙烯基硅橡胶30份、柠檬酸三丁酯11份、纳米二氧化硅3.2份、过氧化二异丙苯1.5份、氢氧化铂0.5份、聚酰亚胺3份、硬脂酸锌4份、乙烯基三甲氧基硅烷2-5份、白炭黑23份、N-苯基-β-萘胺0.5份、二月桂酸二丁基锡0.4份。

所述的阻燃耐火电线电缆料的制备方法，包括以下步骤：

S1：按组成原料的重量份称取各原料，将聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶和防老剂投入开炼机中，在70℃下混合5min，混合均匀后得到混合料A；

S2：在混合料A中按重量份加入柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、白炭黑、硅橡胶偶联剂，在90℃下搅拌混炼4min，使混合均匀，得到混合料B；

S3：在混合料B中加入过氧化二异丙苯和促进剂继续搅拌混炼2min，用挤塑机塑化造粒，控制温度为155℃，得到成品。

对比例1

制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备阻燃耐火电线电缆料的原料中缺少纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂。

对比例2

制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备阻燃耐火电线电缆料的原料中缺少纳米二氧化硅。

对比例3

制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备阻燃耐火电线电缆料的原料中缺少过氧化二异丙苯。

对比例4

制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备阻燃耐火电线电缆料的原料中缺少氢氧化铂。

对比例5

按照中国专利文献“一种硅橡胶绝缘耐热控制电缆料及其制备方法(专利号：CN201210308431.5)”中实施例1所述的方法制备电缆料。

对比例6

制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备阻燃耐火电线电缆料中纳米二氧化硅用量为8.2份、过氧化二异丙苯用量为0.2份、氢氧化铂用量为0.1份。

对比例7

制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备阻燃耐火电线电缆料中纳米二氧化硅用量为0.6份、过氧化二异丙苯用量为0.2份、氢氧化铂用量为3份。

对比例8

制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于制备阻燃耐火电线电缆料中纳米二氧化硅用量为1份、过氧化二异丙苯用量为5.5份、氢氧化铂用量为0.1份。

按照实施例1-3和对比例1-8所述的方法制备电缆料，并检测各组电缆料的性能，在500℃时检测各组电缆料的热降解率，根据GB/T 10707-2008《橡胶燃烧性能测定》，通过氧指数来检测电缆料的阻燃性，结果见下表所示。

由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3阻燃耐火电线电缆料的热降解率明显低于对比例5电缆料的热降解率，氧指数明显高于对比例5的氧指数；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。

(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，阻燃耐火电线电缆料中纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂在阻燃耐火电线电缆料中起到了协同作用，协同提高了阻燃耐火电线电缆料的氧指数，降低了热降解率，这可能是：

过氧化二异丙苯为一种过氧化硫化剂，过氧化物硫化剂在高温下断裂生成的自由基可引发甲基乙烯基硅橡胶发生交联反应，生成硫化甲基乙烯基硅橡胶，而硫化甲基乙烯基硅橡胶具有良好的耐高低温性能，以及防腐、防潮灯等性能。纳米二氧化硅具有较高的表面活性，能在甲基乙烯基硅橡胶中很好的分散，其特有的分子链结构易与甲基乙烯基硅橡胶结合，增强纳米二氧化硅与甲基乙烯基硅橡胶之间的交联反应，并提高硫化后甲基乙烯基硅橡胶的交联密度，使得拉伸强度和撕裂强度均上升。氢氧化铂作为一种催化剂和阻燃剂，在高温下催化使甲基乙烯基硅橡胶侧链上的CH₃-Si键的断裂，使得甲基乙烯基硅橡胶与纳米二氧化硅发生交联反应，从而抑制小环状硅氧烷的生成，增强阻隔层，提高硅橡胶热稳定性和阻燃性；并且氢氧化铂在受热时会释放出结晶水生成氧化铂，在这过程中吸收大量的热量，起到降温的作用，同时热分解产生的水蒸气能稀释可燃气体和氧气的浓度，有效的抑制电缆的进一步燃烧，生成的氧化铂能在电缆表面形成覆盖层，起到隔绝空气和阻止热量传递的作用，从而达到阻燃的目的。

(3)由对比例6-8的数据可见，纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比不在(2.2-5.8)：(1.5-3.6)：(0.5-1.2)范围内时，制得的阻燃耐火电线电缆料的热降解率和氧指数数值与实施例1-3的数值相差甚大，与现有技术(对比例5)的数值相当。本发明纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂作为补强体系，实施例1-3通过控制制备阻燃耐火电线电缆料时添加纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比为(2.2-5.8)：(1.5-3.6)：(0.5-1.2)，实现在补强体系中利用过氧化二异丙苯在温下断裂生成的自由基可引发甲基乙烯基硅橡胶发生交联反应，纳米二氧化硅与甲基乙烯基硅橡胶之间的发生物理交联，氢氧化铂催化甲基乙烯基硅橡胶与纳米二氧化硅发生交联反应等特点，使得纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂构成的补强体系在本发明的阻燃耐火电线电缆料中，提高阻燃耐火电线电缆料的耐热性和阻燃性。

以上内容不能认定本发明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由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种阻燃耐火电线电缆料，其特征在于，包括以下组份：聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶、柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、硅烷偶联剂、白炭黑、防老剂、促进剂；

所述的纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比为(2.2-5.8)：(1.5-3.6)：(0.5-1.2)。

2.根据权利要求1所述的阻燃耐火电线电缆料，其特征在于，所述的纳米二氧化硅、过氧化二异丙苯、氢氧化铂的重量比为4.5:2.2:0.8。

3.根据权利要求1所述的阻燃耐火电线电缆料，其特征在于，所述的电线电缆料以重量份为单位，包括以下组份：聚丙烯树脂30-35份、改性丙烯酸树脂15-22份、甲基乙烯基硅橡胶20-30份、柠檬酸三丁酯10-12份、纳米二氧化硅3.2-6.8份、过氧化二异丙苯1.5-3.6份、氢氧化铂0.5-1.2份、聚酰亚胺1-3份、硬脂酸锌2-6份、硅烷偶联剂2-5份、白炭黑20-25份、防老剂0.3-0.5份、促进剂0.4-0.8份。

4.根据权利要求1所述的阻燃耐火电线电缆料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种。

5.根据权利要求1所述的阻燃耐火电线电缆料，其特征在于，所述的防老剂为N-苯基-β-萘胺、对苯二胺中的一种。

6.根据权利要求1所述的阻燃耐火电线电缆料，其特征在于，所述的促进剂为三乙醇胺、三乙烯二胺、二月桂酸二丁基锡中的一种。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的阻燃耐火电线电缆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：按组成原料的重量份称取各原料，将聚丙烯树脂、改性丙烯酸树脂、甲基乙烯基硅橡胶和防老剂投入开炼机中，在70-80℃下混合5-7min，混合均匀后得到混合料A；

S2：在混合料A中按重量份加入柠檬酸三丁酯、纳米二氧化硅、氢氧化铂、聚酰亚胺、硬脂酸锌、白炭黑、硅橡胶偶联剂，在80-100℃下搅拌混炼3-5min，使混合均匀，得到混合料B；

S3：在混合料B中加入过氧化二异丙苯和促进剂继续搅拌混炼2-3min，用挤塑机塑化造粒，控制温度为155-165℃，得到成品。

8.根据权利要求7所述的阻燃耐火电线电缆料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中在75℃下混合6min。

9.根据权利要求7所述的阻燃耐火电线电缆料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中在90℃下搅拌混炼4min。

10.根据权利要求7所述的阻燃耐火电线电缆料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中控制温度为160℃。