CN109504070A - 一种高压电缆接头用阻燃防水混合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压电缆接头用阻燃防水混合物及其制备方法，该阻燃防水混合物包括A组分和B组分，所述A组分按质量份数计组成如下：交联剂5～25份，阻燃剂I 5～25份；所述B组分按质量份数计组成如下：含羟基的油脂20～50份、阻燃剂II 1～10份、阻燃剂III 1～20份、阻燃剂IV 10～40份、催化剂0.01～0.1份；所述A组分和B组分配合使用。本发明还提供了上述的一种高压电缆接头用阻燃防水混合物的制备方法。本发明制备方法简单，制备周期短，操作条件要求不苛刻，易于控制。所得到的防水混合物不仅具有优异的防水性能、电绝缘性能及机械性能，还具超强的阻燃性能。
Description
技术领域：
本发明涉及一种电力系统用阻燃防水混合物及其制备方法，特别是涉及一种用于高压电缆接头阻燃、绝缘、防水、密封用的混合物及其制备方法，属于聚氨酯涂料领域。
背景技术：
在电力系统的输电线路中，电缆与电缆之间连接的中间接头，需要浇注阻燃防水混合物：一方面是为了避免潮气、水分等进入中间接头内部，如果水分或潮气进入中间接头内部，会造成中间接头电气性能劣化，或者是接地系统短路，严重时会引起击穿；更重要的一方面，当由于内部(中间接头击穿)或外部(中间接头连接的电缆着火)引起中间接头火灾时，阻燃防水混合物会起到阻止火势蔓延、隔断火焰的作用，从而抑制火灾的发生，保障电力系统的正常运转。
聚氨酯涂料是目前应用广泛的一种新型材料，具有耐油、耐磨、耐腐蚀、防水抗渗等多种优异性能，被广泛应用于电信电缆、电子、石油、汽车等各个领域。目前聚氨酯涂料的一般为TDI(甲苯二异氰酸酯)类，由TDI结合聚醚所致，TDI具有清冽的刺激气味、有毒，空气中允许浓度最小为0.143mg/m3；会对人体粘膜处有刺激性，大剂量会引起粘膜充血，个别人会有过敏现象。因此，国际卫生组织严格规定，异氰酸酯聚合物中游离单体含量必须控制在0.15％以下，而采用传统蒸馏方法的产品中单体含量仍在2％以上，所以，在发达国家已有将聚氨酯防水涂料从TDI类向MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)类转移。中国专利文献CN104693781公开了一种聚氨酯防水材料的制备方法。该聚氨酯防水材料由以下质量分数的组分制成，150～200份聚醚二元醇，75～100份甲苯二异氰酸酯，20～30份聚乙烯醇，10～20份增塑剂，30～60份硅油，15～20份氯化石蜡，1～3份二月桂酸二异丁基锡，20～50份滑石粉，10～20份二氧化硅，10～20份竹炭纤维，20～50份废橡胶粉，10～20份阻燃剂。该方法使用TDI，毒性较大，成本较高。中国专利文献CN105038685A公开以一种非焦油电缆接头聚氨酯防水密封胶，由聚氨酯预聚体组分和固化剂组分组成，聚氨酯预聚体组分和固化剂组分的质量比1:2，按照重量份数计算，聚氨酯预聚体组分由450～600份聚醚3050、150～200份聚醚220、135～180份甲苯二异氰酸酯组成；固化剂组分由302～550份软化剂、184～400份相容剂、150～330份稀释剂、43～86份固化剂、50～100份邻苯二甲酸二辛酯及5～10份辛酸亚锡组成。
目前我国高压电缆接头用防水混合物一般为普通的聚氨酯涂料，不具有阻燃的作用，氧指数低，当发生火灾时，没有抑制火灾的作用。中国专利文献CN103881047A公开了一种高绝缘性耐水解的聚氨酯灌封材料及其制备方法：所述聚氨酯灌封材料为双组分：以重量百分比含量计量组成，A组分由40％～50％的蓖麻油、3％～5.5％的聚醚多元醇、0.5％～2％的扩链剂，5％～12％的干燥剂，37％～44％的填料，0.02％～0.1％的催化剂，0.1％的黄色色浆，0.1％的消泡剂组成；B组分为100％的多异氰酸酯。该发明提供的灌封材料固化后具有良好的电绝缘性，耐水解性、拉伸强度高，适用于地下高压电缆接头、户外高压电缆接头的中国南方，东南亚等高温高湿环境中的灌封保护。但是该聚氨酯灌封材料不具有阻燃的作用。
发明内容：
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高压电缆接头用阻燃防水混合物及其制备方法，该方法采用低毒原材料，并添加多种阻燃剂制成，得到的混合物除了具有毒性小、绿色环保、粘度小、易浇注、成本低、性能好等优点外，还具有超强的阻燃性能。
本发明的技术方案如下：
一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，该混合物包括A组分和B组分；
所述A组分按质量份数计组成如下：交联剂5～25份，阻燃剂I 5～25份；
所述B组分按质量份数计组成如下：含羟基的油脂20～50份，阻燃剂II 1～10份，阻燃剂III 1～20份，阻燃剂IV 10～40份，催化剂0.01～0.1份。
根据本发明，优选的，所述A组分按质量份数计组成如下：交联剂8～15份，阻燃剂I8～15份；
所述B组分按质量份数计组成如下：含羟基的油脂35～45份，阻燃剂II 3～6份，阻燃剂III 12～18份，阻燃剂IV 15～25份，催化剂0.01～0.03份。
根据本发明，优选的，所述A组分和B组分的质量比为1:(2～8)，进一步优选1:5；使用时，将A组分和B组分在室温下按比例混合，含羟基的油脂与交联剂发生硫化反应，即得阻燃防水混合物。
根据本发明，所述A组分和B组分呈液体状，两者需分别密封保存。
根据本发明，优选的，所述A组分中交联剂为二苯基甲烷二异氰酸(MDI)；
优选的，所述交联剂为MDI-30、MDI-50、MDI-80和MDI-100中的一种或多种，进一步优选MDI-50。
根据本发明，优选的，所述A组分中阻燃剂I为有机阻燃剂；
优选的，所述阻燃剂I为十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、全氯戊环癸烷、六溴苯和氯化石蜡中的一种或多种，进一步优选氯化石蜡。
根据本发明，优选的，所述B组分中含羟基的油脂为蓖麻油、亚麻仁油、豆油和梓油中的一种或多种，进一步优选蓖麻油。
根据本发明，优选的，所述B组分中阻燃剂II和阻燃剂III为有机阻燃剂；
优选的，所述阻燃剂II为十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、全氯戊环癸烷、六溴苯和氯化石蜡中的一种或多种，进一步优选氯化石蜡；
优选的，所述阻燃剂III为十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、全氯戊环癸烷、六溴苯和氯化石蜡中的一种或多种，进一步优选十溴二苯乙烷。
根据本发明，优选的，所述B组分中阻燃剂IV为无机阻燃剂；
优选的，所述阻燃剂IV为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、硼酸钡、三氧化二锑、五氧化二锑和锑酸钠中的一种或多种，进一步优选氢氧化铝。
根据本发明，优选的，所述B组分中还添加催化剂，催化剂的加入可以缩短反应时间，加快反应速度；
优选的，所述催化剂为有机锡化合物，进一步优选辛酸亚锡、二烷基锡二马来酸酯、二硫醇烷基锡、二月桂酸二丁基锡和二月桂酸二辛基锡中的一种或多种。
根据本发明，优选的，所述催化剂的添加量按质量份数计为0.01～0.1份。
根据本发明，优选的，一种高压电缆阻燃防水混合物，包括A组分和B组分，所述A组分按质量份数计组成如下：交联剂10份，阻燃剂I 10份；所述B组分按重量计组成如下：含羟基的油脂40份、阻燃剂II 4份、阻燃剂III 16份、阻燃剂IV 20份、催化剂0.01份；A组分和B组分的质量比为1:5。
根据本发明，一种高压电缆接头用阻燃防水混合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分的制备：按质量份数将交联剂和阻燃剂I加入反应釜中，混合搅拌，即得A组分，然后密封保存；
(2)B组分的制备：将反应釜加热到60～140℃，然后按质量份数将含羟基的油脂和阻燃剂II加入反应釜中，在搅拌速度为20～70转/分钟下搅拌5～25min，再将阻燃剂III加入反应釜中在搅拌速度为20～70转/分钟的条件下搅拌10～30min，再将阻燃剂IV、催化剂加入反应釜中，在搅拌速度为20～70转/分钟的条件下搅拌10～30min，得到混合液；将混合液在真空度为-0.06～-0.1MPa，温度50～140℃下搅拌20～100min，直至混合均匀且表面没有气泡为止；然后密封保存。
(3)混合物的制备：将A组分和B组分按质量比室温下进行混合，制得高压电缆接头用阻燃防水混合物。
根据本发明，优选的，步骤(1)中所述搅拌的温度为室温，搅拌速度为20～70转/分钟，搅拌时间为10～40min。
根据本发明，优选的，步骤(2)中，将阻燃剂III在20转/分钟的速度下搅拌10min后，再加入阻燃剂IV，再在50转/分钟的速度下搅拌30min。
根据本发明，优选的，步骤(2)中，将混合液在真空度为-0.06～-0.1MPa，温度50～90℃下搅拌100min。
本发明具有以下特点和有益效果：
(1)本发明交联剂采用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，比常用TDI交联剂具有毒性低的优点，对生产及使用人员危害较低，符合环保要求；且价格较低，原料易得，能够节约成本，具有更大的经济优势。
(2)相对于传统的聚醚多元醇，本发明采用的含羟基的油脂，如蓖麻油、亚麻仁油、豆油或梓油是重要的可再生生物资源，以它们为原料可以解决日趋紧张的石油资源，符合可持续发展的要求；并且利用其制备的防水混合物改善了传统的聚氨酯防水混合物的耐热性，耐腐蚀性和力学性能等。
(3)本发明整体配方采用低毒、绿色环保原材料，减少了对使用环境的污染；并且成本较低，具有较大的经济优势。
(4)本发明阻燃防水混合物的制备方法简单，制备周期短，流程短，操作条件要求不苛刻，易于控制。
(5)本发明制备的阻燃防水混合物具有优异的电绝缘性、机械性能、防水性能，粘度低，可以直接现场混合后室温固化。
(6)本发明制备的阻燃防水混合物具超强的阻燃特性。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但不限于此。
实施例中所用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。
实施例中所用试剂等原料如无特殊说明均可由商业途径获得。
实施例1
一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，包括A组分和B组分，所述A组分按质量份数计组成如下：MDI-50 10份，氯化石蜡10份；所述B组分按质量份数计组成如下：蓖麻油40份、氯化石蜡4份、十溴二苯乙烷16份、氢氧化铝20份、催化剂辛酸亚锡0.01份；所述A组分和B组分的质量比为1:5。
上述一种高压电缆接头用阻燃防水混合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分的制备：将MDI-50 10份和氯化石蜡10份加入反应釜中，通过搅拌桨在40转/分钟速度下搅拌20min，即得A组分，进行密封保存。
(2)B组分的制备：先将反应釜加热到120℃，然后将蓖麻油40份和氯化石蜡4份加入反应釜中，通过搅拌桨在40转/分钟速度下搅拌10min，再加入十溴二苯乙烷16份，通过搅拌桨在20转/分速度下搅拌10min，再加入氢氧化铝20份、催化剂0.01份，通过搅拌桨在50转/分速度下搅拌30min，得混合液；将混合液在真空度为-0.1MPa、温度为120℃条件下搅拌100min，直至混合均匀且表面没有气泡为止，然后密封保存。
(3)混合物的制备：将A组分和B组分按质量比1：5在室温下进行混合，制得高压电缆接头用阻燃防水混合物。
实施例2
一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，包括A组分和B组分，所述A组分质量份数计组成如下：MDI-50 10份，氯化石蜡10份；所述B组分按质量份数计组成如下：蓖麻油40份、氯化石蜡4份、十溴二苯乙烷12份、氢氧化铝24份、催化剂辛酸亚锡0.01份；所述A组分和B组分的质量比为1:5。
上述一种高压电缆接头用阻燃防水混合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分的制备：按MDI-50 10份和氯化石蜡10份加入反应釜中，通过搅拌桨在40转/分钟速度下搅拌20min，即得A组分，进行密封保存。
(2)B组分的制备：先将反应釜加热到120℃，然后将蓖麻油40份和氯化石蜡4份加入反应釜中，通过搅拌桨在40转/分钟速度下搅拌10min，再加入十溴二苯乙烷12份，通过搅拌桨在20转/分速度下搅拌10min，再加入氢氧化铝24份、催化剂0.01份，通过搅拌桨在50转/分钟速度下搅拌30min，得混合液；将混合液在真空度为-0.06～-0.1MPa，温度50～140℃下搅拌20～100min，将混合液在真空度为-0.1MPa、温度为120℃条件下搅拌100min，直至混合均匀且表面没有气泡为止，然后密封保存。
(3)混合物的制备：将A组分和B组分按质量比1：5在室温下进行混合，制得高压电缆接头用阻燃防水混合物。
实施例3
一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，包括A组分和B组分，所述A组分按质量份数计组成如下：MDI-50 10份，氯化石蜡10份；所述B组分按质量份数计组成如下：蓖麻油40份、氯化石蜡4份、十溴二苯乙烷8份、氢氧化铝28份、催化剂辛酸亚锡0.01份；所述A组分和B组分的质量比为1:5。
上述一种高压电缆接头用阻燃防水混合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分的制备：按MDI-50 10份和氯化石蜡10份加入反应釜中，通过搅拌桨在40转/分钟速度下搅拌20min，即得A组分，然后密封保存。
(2)B组分的制备：先将反应釜加热到120℃，然后将蓖麻油40份和氯化石蜡4份加入反应釜中，通过搅拌桨在40转/分钟速度下搅拌10min，再加入十溴二苯乙烷8份，通过搅拌桨在20转/分钟速度下搅拌10min，再加入氢氧化铝28份、催化剂0.01份，通过搅拌桨在50转/分钟速度下搅拌30min，得混合液；将混合液在真空度为-0.1MPa、温度为120℃条件下搅拌100min，直至混合均匀且表面没有气泡为止，然后密封保存。
(3)混合物的制备：将A组分和B组分按质量比1：5在室温下进行混合，制得高压电缆接头用阻燃防水混合物。
实施例4
一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，包括A组分和B组分，所述A组分按质量份数计组成如下：MDI-50 10份，氯化石蜡10份；所述B组分按质量份数计组成如下：蓖麻油40份、氯化石蜡4份、十溴二苯乙烷4份、氢氧化铝32份、催化剂辛酸亚锡0.01份；所述A组分和B组分的质量比为1:5。
上述一种高压电缆接头用阻燃防水混合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)A组分的制备：按MDI-50 10份和氯化石蜡10份加入反应釜中，通过搅拌桨在40转/分钟速度下搅拌20min，即得A组分。
(2)B组分的制备：先将反应釜加热到120℃，然后将蓖麻油40份和氯化石蜡4份加入反应釜中，通过搅拌桨在40转/分钟速度下搅拌10min，再加入十溴二苯乙烷4份，通过搅拌桨在20转/分钟速度下搅拌10min，再加入氢氧化铝32份、催化剂0.01份，通过搅拌桨在50转/分钟速度下搅拌30min，得混合液；将混合液在真空度为-0.1MPa、温度为120℃条件下搅拌100min，直至混合均匀且表面没有气泡为止，然后密封保存。
(3)混合物的制备：将A组分和B组分按质量比1：5在室温下进行混合，制得高压电缆接头阻燃防水混合物。
实施例5
一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，包括A组分和B组分，所述A组分按质量份数计组成如下：MDI-30 8份，十溴二苯乙烷7份；所述B组分按质量份数计组成如下：豆油35份、六溴环十二烷3份、十溴二苯乙烷13份、氢氧化镁15份、催化剂二烷基锡二马来酸酯0.02份；所述A组分和B组分的质量比为1:3。
制备方法同实施例1。
实施例6
一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，包括A组分和B组分，所述A组分按质量份数计组成如下：MDI-80 12份，全氯戊环癸烷9份；所述B组分按质量份数计组成如下：亚麻仁油38份、六溴苯5份、十溴二苯乙烷15份、硼酸锌18份、催化剂二硫醇烷基锡0.03份；所述A组分和B组分的质量比为1:4。
制备方法同实施例1。
实施例7
一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，包括A组分和B组分，所述A组分按质量份数计组成如下：MDI-100 15份，六溴苯12份；所述B组分按质量份数计组成如下：蓖麻油45份、六溴环十二烷8份、十溴二苯乙烷18份、三氧化二锑25份、催化剂二硫醇烷基锡0.05份；所述A组分和B组分的质量比为1:7。
制备方法同实施例1。
试验例
对实施例1-4所制得的阻燃防水混合物进行性能测试，测试方法如下：
1.粘度测试：常温测试，采用旋转粘度计，测试标准为GB/T 12007.4-1989。
2.硬化时间测试：常温测试，通过测试硬度进行固化时间判断，以硬度不再发生变化时间为完全硬化时间。
将阻燃防水混合物充份固化24h后，进行如下测试：
1.氧指数测试：利用OI氧指数测试仪进行测试，氧指数测试标准为GB/T2406.2-2009。
2.垂直燃烧测试：利用ZLT-UL94垂直燃烧测试仪进行测试，垂直燃烧测试标准为UL94-2015。
3.硬度测试：利用LX-A邵氏橡塑硬度计进行测试，硬度测试标准为GB/T531-2008。
4.体积电阻率测试方法：常温测试，利用ZC-90F高阻计进行测试，测试标准为GB/T1410-2006。
5.击穿强度测试方法：常温测试，利用YD-5kVA/100kV油浸试验变压器进行测试，测试标准为GB/T 1695-2005。
实施例1以及对比例1、2、3所制得的防水混合物的性能数据如表1所示。
表1
| 测试项目 | 单位 | 参照标准 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 氧指数 | ％ | ≥35 | 36.1 | 33.1 | 32.0 | 30.9 |
| 垂直燃烧试验 | — | FV-0 | FV-0 | FV-0 | FV-0 | FV-0 |
| 硬度 | HA | 74±5 | 74 | 74 | 74 | 74 |
| 体积电阻率 | Ω·cm | ≥1.0E+12 | 5.6E+12 | 3.0E+12 | 2.0E+12 | 2.0E+12 |
| 拉伸强度 | MPa | ＞1.08 | 2.24 | 2.20 | 2.21 | 2.22 |
| 拉伸率 | ％ | 中位数≥75％ | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 击穿强度 | kV/mm | ≥20 | 28.5 | 26.6 | 27.6 | 25.8 |
从表1可以看出，本发明制备的防水混合物除了具有优异的电绝缘性能、机械性能、防水性能，粘度低等优点外，还具有超强的阻燃性能。
Claims (10)
1.一种高压电缆接头用阻燃防水混合物，其特征在于，该混合物包括A组分和B组分；
所述A组分按质量份数计组成如下：交联剂5～25份，阻燃剂I 5～25份；所述B组分按质量份数计组成如下：含羟基的油脂20～50份，阻燃剂II 1～10份，阻燃剂III 1～20份，阻燃剂IV 10～40份、催化剂0.01～0.1份。
2.根据权利要求1所述的高压电缆接头用阻燃防水混合物，其特征在于，所述A组分和B组分的质量比为1:(2～8)；
优选的所述A组分和B组分的质量比为1:5。
3.根据权利要求1所述的高压电缆接头用阻燃防水混合物，其特征在于，所述A组分中交联剂为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；
优选的，所述交联剂为MDI-30、MDI-50、MDI-80和MDI-100中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的高压电缆接头用阻燃防水混合物，其特征在于，所述A组分中阻燃剂I为有机阻燃剂；
优选的，所述阻燃剂I为十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、全氯戊环癸烷、六溴苯和氯化石蜡中的一种或多种；进一步优选氯化石蜡。
5.根据权利要求1所述的高压电缆接头用阻燃防水混合物，其特征在于，所述B组分中含羟基的油脂为蓖麻油、亚麻仁油、豆油和梓油中的一种或多种；
优选的，所述含羟基的油脂为蓖麻油。
6.根据权利要求1所述的高压电缆接头用阻燃防水混合物，其特征在于，所述B组分中阻燃剂II和阻燃剂III为有机阻燃剂；
优选的，所述阻燃剂II为十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、全氯戊环癸烷、六溴苯和氯化石蜡中的一种或多种，进一步优选氯化石蜡；
优选的，所述阻燃剂III为十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、全氯戊环癸烷、六溴苯和氯化石蜡中的一种或多种，进一步优选十溴二苯乙烷。
7.根据权利要求1所述的高压电缆接头用阻燃防水混合物，其特征在于，所述B组分中阻燃剂IV为无机阻燃剂；
优选的，所述阻燃剂IV为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、硼酸钡、三氧化二锑、五氧化二锑和锑酸钠中的一种或多种，进一步优选氢氧化铝。
8.根据权利要求1所述的高压电缆接头用阻燃防水混合物，其特征在于，所述催化剂为有机锡化合物；
优选的，所述催化剂为辛酸亚锡、二烷基锡二马来酸酯、二硫醇烷基锡、二月桂酸二丁基锡和二月桂酸二辛基锡中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的高压电缆接头用阻燃防水混合物的制备方法，包括步骤如下：
(1)A组分的制备：按质量份数将交联剂和阻燃剂I加入反应釜中，混合搅拌，即得A组分，然后密封保存；
(2)B组分的制备：将反应釜加热到60～140℃，然后按质量份数将含羟基的油脂和阻燃剂II加入反应釜中，在搅拌速度为20～70转/分钟下搅拌5～25min，再将阻燃剂III加入反应釜中，在搅拌速度为20～70转/分钟的条件下搅拌10～30min，再将阻燃剂IV、催化剂加入反应釜中，在搅拌速度为20～70转/分钟的条件下搅拌10～30min，得到混合液；将混合液在真空度为-0.06～-0.1MPa，温度50～140℃下搅拌20～100min，直至混合均匀且表面没有气泡为止；然后密封保存；
(3)混合物的制备：将A组分和B组分按质量比1:(2～8)室温下进行混合，制得高压电缆接头用阻燃防水混合物。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌的温度为室温，搅拌速度为20～70转/分钟，搅拌时间为10～40min。
优选的，步骤(2)中，将阻燃剂III在20转/分钟的速度下搅拌10min后，再加入阻燃剂IV，在50转/分钟的速度下搅拌30min；
优选的，步骤(2)中，将混合液在真空度为-0.06～-0.1MPa，温度50～90℃下搅拌100min。
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