CN110498975A - 一种阻燃绝缘橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃绝缘橡胶，由包括按重量份计的以下组分制成：36‑38份三元乙丙橡胶、45‑52份复合阻燃剂、1.5‑2.5份炭黑、1.5‑2.0份氧化锌、7‑9份石蜡油、0.5‑2份硬脂酸、0.5‑2份硫化剂和0.9‑1.2份促进剂；所述复合阻燃剂由20‑40wt％的氢氧化铝、25‑40wt％无卤膨胀型阻燃剂和余量的改性三聚氰胺氰尿酸盐；所述三元乙丙橡胶为低硬度三元乙丙橡胶。该阻燃绝缘胶通过使用复合型的阻燃剂，以有效减少无机阻燃剂的使用量，从而在保证该阻燃绝缘橡胶的电性能的基础上提高阻燃级别，同时，还通过调整配方，以得到机械性能优异、加工性强的阻燃绝缘橡胶。

Description

一种阻燃绝缘橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子材料，具体涉及阻燃绝缘橡胶及其制备方法。

背景技术

三元乙丙橡胶(EPDM)是一种饱和橡胶，具有优良的电绝缘、耐湿、耐热、耐寒及耐老化性能，被广泛应用于电线电缆的制备，并且已经全面替代丁苯橡胶作为电缆绝缘层的主体材料。

随着铺设环境要求越来越高，电线电缆正向低烟无卤阻燃化方面发展。

EPDM本身属于易燃材料，对EPMD聚合物分子的结构或组成改性，往往难以达到较好的阻燃效果。目前较通用的增加EPDM的阻燃的方法主要有通过增加阻燃剂。目前添加得较多的是无机阻燃剂，如氢氧化镁或氢氧化铝，但是，EPDM本身的电性能受这类无机阻燃剂的影响较大，很难使EPDM在达到IEC60502《额定电压1～30kV挤出绝缘电缆及其附件》标准中EPR绝缘胶料在正常运行时导体最高温度下绝缘电阻≥3.67MΩ·km和体积电阻率≥1×10¹²Ω·cm的规定的同时，又使EPDM满足电性能要求。

所以，对无机阻燃剂的改性或使用合适的复合阻燃剂，在较低的添加量的基础上达到较高的阻燃性能，同时对EPDM本身的电性能影响降低到最小，是一直以来的难题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种无机阻燃剂的添加量相对较小、对EPDM本身的电性能影响非常小的阻燃绝缘橡胶。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种阻燃绝缘橡胶，由包括按重量份计的以下组分制成：36-38份三元乙丙橡胶、45-52份复合阻燃剂、1.5-2.5份炭黑、1.5-2.0份氧化锌、7-9份石蜡油、0.5-2份硬脂酸、0.5-2份硫化剂和0.9-1.2份促进剂；所述复合阻燃剂由20-40wt％的氢氧化铝、25-40wt％无卤膨胀型阻燃剂和余量的改性三聚氰胺氰尿酸盐；所述三元乙丙橡胶为低硬度三元乙丙橡胶。

本发明通过合适配比的氢氧化铝、无卤膨胀型阻燃剂和改性三聚氰胺氰尿酸盐的协同作用，使在燃烧时，改性三聚氰胺氰尿酸盐表面炭化结痂无卤膨胀型阻燃剂膨胀，同时氢氧化铝生成结晶水，将燃烧物与氧化阻隔；从而在较低的氢氧化铝的添加量的基础上，对三元乙丙橡胶本身的电性能影响较小的基础上，提高阻燃性能；本发明还通过减少炭黑和石蜡油的添加量，以改善橡胶产品的阻燃性。本申请中的三元乙丙橡胶其硬度为20-30A°。

进一步地，所述的促进剂由二硫化四甲基秋兰姆、二丁基二硫代氨基甲酸锌和EG-5促进剂组成。相对于该三元乙丙橡胶，采用此三者复合型促进剂，可以有效促进硫化效果，得到交联均匀、质地偏软的三元乙丙阻燃橡胶。

进一步地，所述二硫化四甲基秋兰姆、二丁基二硫代氨基甲酸锌和EG-5促进剂按(8-15)：(3.5-5)：3的重量比组成。以得到较佳的交联体系。

进一步地，所述复合阻燃剂由20份氢氧化铝、15份无卤膨胀型阻燃剂和15份改性三聚氰胺氰尿酸盐制成；或所述复合阻燃剂由10份氢氧化铝、18份无卤膨胀型阻燃剂和20份改性三聚氰胺氰尿酸盐制成；或所述复合阻燃剂由20份氢氧化铝、18.2份无卤膨胀型阻燃剂和11.3份改性三聚氰胺氰尿酸盐制成。此种复合阻燃剂，氢氧化铝的占比为40％，对三元乙丙阻燃橡胶的电性能影响降低到最低，其三者的比例使在遇火时，具有合适的量的结晶水产生，同时也形成炭化结痂膨胀的阻燃层。

具体地，所述硫化剂为硫磺。

进一步地，该阻燃绝缘橡胶的优选的配方如下所示：

由包括按重量份计的以下组分制成：36-37份三元乙丙橡胶、49-50份复合阻燃剂、1.8-2.2份炭黑、1.7-1.9份氧化锌、7-8份石蜡油、0.5-0.6份硬脂酸、0.5-0.6份硫磺、0.7-0.8份二硫化四甲基秋兰姆、0.17-0.19份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.13-0.15份EG-5促进剂。

进一步地，该阻燃绝缘橡胶的更优选的配方如下所示：

由包括按重量份计的以下组分制成：36.5份三元乙丙橡胶、49.5份复合阻燃剂、2份炭黑、1.8份氧化锌、7.5份石蜡油、0.55份硬脂酸、0.55份硫磺、0.73份二硫化四甲基秋兰姆、0.18份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.14份EG-5促进剂。

进一步地，还包括0.55份内脱模剂，以使该橡胶较易从模具中脱出，表面具有较好的光整性。

本发明的目的之二通过以下技术手段实现：

一种如上述的阻燃绝缘橡胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将三元乙丙橡胶置于密炼机中预炼3-5min；

2)依次加入石蜡油、硬脂酸、炭黑、氧化锌和复合阻燃剂于密炼机中混炼5-10min，将密炼好的材料置于开炼机上薄通5-10次，压片冷却，停放12-36h；

3)取步骤2)的胶料，于开炼机上再加入硫和促进剂进行混炼，打三角包并薄通5-10次，压片；

4)使用橡胶切料机将步骤3)的胶料按要求的重量进行分切；

5)分切好的料在模具上进行硫化，硫化条件为170-190℃、10-15MPa压力、硫化5-10min；

6)冷却：硫化胶片在室温下放置24h制样。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种三元乙丙阻燃绝橡胶，通过合适配比的氢氧化铝、无卤膨胀型阻燃剂和改性三聚氰胺氰尿酸盐的协同作用，使该阻燃橡胶遇火燃烧时，改性三聚氰胺氰尿酸盐表面炭化结痂无卤膨胀型阻燃剂膨胀，同时氢氧化铝生成结晶水，将燃烧物与氧化阻隔；从而在较低的氢氧化铝的添加量的基础上，对三元乙丙橡胶本身的电性能影响较小的基础上，提高阻燃性能；

本发明的阻燃绝缘橡胶还通过减少炭黑和石蜡油的添加量，以改善橡胶产品的阻燃性；

本发明还通过减少炭黑的使用量、使用低硬度的三元乙丙橡胶生胶，以使最后得到的阻燃绝缘胶具有相对较低的硬度。

本发明提供的制备方法，可有效将无机粉末料均匀地分散于三元乙丙橡胶之内，从而形成均匀、机械性能佳的阻燃绝缘橡胶。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明提供一种阻燃绝缘橡胶，由包括按重量份计的以下组分制成：36-38份三元乙丙橡胶、45-52份复合阻燃剂、1.5-2.5份炭黑、1.5-2.0份氧化锌、7-9份石蜡油、0.5-2份硬脂酸、0.5-2份硫化剂和0.9-1.2份促进剂；所述复合阻燃剂由20-40wt％的氢氧化铝、25-40wt％无卤膨胀型阻燃剂和余量的改性三聚氰胺氰尿酸盐；所述三元乙丙橡胶为低硬度三元乙丙橡胶。

本发明通过合适配比的氢氧化铝、无卤膨胀型阻燃剂和改性三聚氰胺氰尿酸盐的协同作用，使在燃烧时，改性三聚氰胺氰尿酸盐表面炭化结痂无卤膨胀型阻燃剂膨胀，同时氢氧化铝生成结晶水，将燃烧物与氧化阻隔；从而在较低的氢氧化铝的添加量的基础上，对三元乙丙橡胶本身的电性能影响较小的基础上，提高阻燃性能；本发明还通过减少炭黑和石蜡油的添加量，以改善橡胶产品的阻燃性。

即本发明通过调整基于三元乙丙生胶的阻燃绝缘橡胶的配方比例，得到了在燃烧条件下具有较佳的阻燃性、并将该阻燃绝缘橡胶的电性能所受的影响降到了最低，且该阻燃橡胶的邵氏硬度相对较低。

本发明还通过优选的交联促进剂组合，以得到交联均匀、可控的阻燃橡胶，使邵氏硬度相对较低，同时使该阻燃橡胶的力学性能达到较优的范围值。

以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。

实施例1：

一种阻燃绝缘胶，由按重量份计的以下组分制成：36.5份三元乙丙橡胶、49.5份复合阻燃剂、2份炭黑、1.8份氧化锌、7.5份石蜡油、0.55份硬脂酸、0.55份硫磺、0.55份内脱模剂、0.73份二硫化四甲基秋兰姆、0.18份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.14份EG-5促进剂；其中复合阻燃剂由40％的氢氧化铝、36％阻燃剂8315和余量的二丁基二硫代氨基甲酸锌组成。

该阻燃绝缘胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将三元乙丙橡胶置于密炼机中预炼3-5min；

2)依次加入石蜡油、硬脂酸、内脱模剂、炭黑、氧化锌和复合阻燃剂于密炼机中混炼8min，将密炼好的材料置于开炼机上薄通7次，压片冷却，停放24h；

3)取步骤2)的胶料，于开炼机上再加入硫和促进剂进行混炼，打三角包并薄通7次，压片；

4)使用橡胶切料机将步骤3)的胶料按要求的重量进行分切。

5)分切好的料在模具上进行硫化，硫化条件为180℃、10-15MPa压力、硫化6min；

6)冷却：硫化胶片在室温下放置24h制样。

实施例2：

一种阻燃绝缘胶，由按重量份计的以下组分制成：36.5份三元乙丙橡胶、50份复合阻燃剂、3份炭黑、1.7份氧化锌、8份石蜡油、0.5份硬脂酸、1.0份硫磺、0.5份内脱模剂、1.2份二硫化四甲基秋兰姆、0.5份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.3份EG-5促进剂；其中复合阻燃剂由40％的氢氧化铝、30％阻燃剂8315和余量的二丁基二硫代氨基甲酸锌组成。

该阻燃绝缘胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将三元乙丙橡胶置于密炼机中预炼3-5min；

2)依次加入石蜡油、硬脂酸、内脱模剂、炭黑、氧化锌和复合阻燃剂于密炼机中混炼8min，将密炼好的材料置于开炼机上薄通7次，压片冷却，停放24h；

3)取步骤2)的胶料，于开炼机上再加入硫和促进剂进行混炼，打三角包并薄通7次，压片；

4)使用橡胶切料机将步骤3)的胶料按要求的重量进行分切。

5)分切好的料在模具上进行硫化，硫化条件为180℃、10-15MPa压力、硫化6min；

6)冷却：硫化胶片在室温下放置24h制样。

实施例3：

一种阻燃绝缘胶，由按重量份计的以下组分制成：36.5份三元乙丙橡胶、48份复合阻燃剂、4份炭黑、1.9份氧化锌、8份石蜡油、0.5份硬脂酸、1.0份硫磺、0.6份内脱模剂、0.8份二硫化四甲基秋兰姆、0.4份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.3份EG-5促进剂；其中复合阻燃剂由20.8％的氢氧化铝、41.7％阻燃剂8315和余量的二丁基二硫代氨基甲酸锌组成。

该阻燃绝缘胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将三元乙丙橡胶置于密炼机中预炼3-5min；

2)依次加入石蜡油、硬脂酸、内脱模剂、炭黑、氧化锌和复合阻燃剂于密炼机中混炼10min，将密炼好的材料置于开炼机上薄通7次，压片冷却，停放24h；

3)取步骤2)的胶料，于开炼机上再加入硫和促进剂进行混炼，打三角包并薄通7次，压片；

4)使用橡胶切料机将步骤3)的胶料按要求的重量进行分切。

5)分切好的料在模具上进行硫化，硫化条件为180℃、10-15MPa压力、硫化6min；

6)冷却：硫化胶片在室温下放置24h制样。

对比例1：

一种阻燃绝缘胶，由按重量份计的以下组分制成：36.5份三元乙丙橡胶、49.5份氢氧化铝、2份炭黑、1.8份氧化锌、7.5份石蜡油、0.55份硬脂酸、0.55份硫磺、0.55份内脱模剂、0.73份二硫化四甲基秋兰姆、0.18份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.14份EG-5促进剂。

该阻燃绝缘胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将三元乙丙橡胶置于密炼机中预炼3-5min；

2)依次加入石蜡油、硬脂酸、内脱模剂、炭黑、氧化锌和复合阻燃剂于密炼机中混炼10min，将密炼好的材料置于开炼机上薄通7次，压片冷却，停放24h；

3)取步骤2)的胶料，于开炼机上再加入硫和促进剂进行混炼，打三角包并薄通7次，压片；

4)使用橡胶切料机将步骤3)的胶料按要求的重量进行分切。

5)分切好的料在模具上进行硫化，硫化条件为180℃、10-15MPa压力、硫化6min；

6)冷却：硫化胶片在室温下放置24h制样。

对比例2：

一种阻燃绝缘胶，由按重量份计的以下组分制成：36.5份三元乙丙橡胶、49.5份复合阻燃剂、10份炭黑、1.8份氧化锌、7.5份石蜡油、0.55份硬脂酸、0.55份硫磺、0.55份内脱模剂、0.73份二硫化四甲基秋兰姆、0.18份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.14份EG-5促进剂；其中复合阻燃剂由40％的氢氧化铝、36％阻燃剂8315和余量的二丁基二硫代氨基甲酸锌组成。

该阻燃绝缘胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将三元乙丙橡胶置于密炼机中预炼3-5min；

2)依次加入石蜡油、硬脂酸、内脱模剂、炭黑、氧化锌和复合阻燃剂于密炼机中混炼10min，将密炼好的材料置于开炼机上薄通7次，压片冷却，停放24h；

3)取步骤2)的胶料，于开炼机上再加入硫和促进剂进行混炼，打三角包并薄通7次，压片；

4)使用橡胶切料机将步骤3)的胶料按要求的重量进行分切。

5)分切好的料在模具上进行硫化，硫化条件为180℃、10-15MPa压力、硫化6min；

6)冷却：硫化胶片在室温下放置24h制样。

对比例3：

一种阻燃绝缘胶，由按重量份计的以下组分制成：36.5份三元乙丙橡胶、49.5份复合阻燃剂、2份炭黑、1.8份氧化锌、7.5份石蜡油、0.55份硬脂酸、0.55份硫磺、0.55份内脱模剂、0.75份二硫化四甲基秋兰姆和0.2份二丁基二硫代氨基甲酸锌；其中复合阻燃剂由40％的氢氧化铝、36％阻燃剂8315和余量的二丁基二硫代氨基甲酸锌组成。

该阻燃绝缘胶的制备方法，包括以下步骤：

1)将三元乙丙橡胶置于密炼机中预炼3-5min；

2)依次加入石蜡油、硬脂酸、内脱模剂、炭黑、氧化锌和复合阻燃剂于密炼机中混炼10min，将密炼好的材料置于开炼机上薄通7次，压片冷却，停放24h；

3)取步骤2)的胶料，于开炼机上再加入硫和促进剂进行混炼，打三角包并薄通7次，压片；

4)使用橡胶切料机将步骤3)的胶料按要求的重量进行分切。

5)分切好的料在模具上进行硫化，硫化条件为180℃、10-15MPa压力、硫化6min；

6)冷却：硫化胶片在室温下放置24h制样。

性能检测：

1、对实施例1-3与对比例1-3得到的阻燃绝缘橡胶进行力学检测，结果如下表所示：

表1物性检测结果

由上表可知，本申请得到的阻燃绝缘胶，硬度在60A°以下，属于低硬度型阻燃绝缘胶，在实际应用过程中，具有较佳的加工性能和机械性能。对比例1得到的阻燃绝缘胶，硬度大幅度提高，且拉力强度、延伸率和抗撕裂性等性能都大幅度降低。对比例2和对比例3的硬度稍有提高，拉力强度、延伸率及抗撕裂性稍有降低。

2、阻燃测试

取实施例1-3和对比例1-3得到的阻燃绝缘橡胶，进行可燃性UL94等级取1.0mm厚样品进行评价，结果如下表所示：

表2阻燃测试

	实施例1	实施例2	实施例3
				级别	V-0	V-0	V-0
	对比例1	对比例2	对比例3
				级别	V-2	V-1	V-0

由上表可知，本发明得到的阻燃绝缘橡胶，其阻燃级别可以达到V-0级，而对比例1使用相同比例无机阻燃剂的阻燃性仅为V-2级别，使用过量无机阻燃剂的阻燃级别也只有V-1级别。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种阻燃绝缘橡胶，其特征在于，由包括按重量份计的以下组分制成：36-38份三元乙丙橡胶、45-52份复合阻燃剂、1.5-2.5份炭黑、1.5-2.0份氧化锌、7-9份石蜡油、0.5-2份硬脂酸、0.5-2份硫化剂和0.9-1.2份促进剂；所述复合阻燃剂由20-40wt％的氢氧化铝、25-40wt％无卤膨胀型阻燃剂和余量的改性三聚氰胺氰尿酸盐；所述三元乙丙橡胶为低硬度三元乙丙橡胶。

2.如权利要求1所述的阻燃绝缘橡胶，其特征在于，所述的促进剂由二硫化四甲基秋兰姆、二丁基二硫代氨基甲酸锌和EG-5促进剂组成。

3.如权利要求2所述的阻燃绝缘橡胶，其特征在于，所述二硫化四甲基秋兰姆、二丁基二硫代氨基甲酸锌和EG-5促进剂按(8-15)：(3.5-5)：3的重量比组成。

4.如权利要求1所述的阻燃绝缘橡胶，其特征在于，所述复合阻燃剂由20份氢氧化铝、15份无卤膨胀型阻燃剂和15份改性三聚氰胺氰尿酸盐制成。

5.如权利要求1所述的阻燃绝缘橡胶，其特征在于，所述复合阻燃剂由10份氢氧化铝、18份无卤膨胀型阻燃剂和20份改性三聚氰胺氰尿酸盐制成。

6.如权利要求1所述的阻燃绝缘橡胶，其特征在于，所述复合阻燃剂由20份氢氧化铝、18.2份无卤膨胀型阻燃剂和11.3份改性三聚氰胺氰尿酸盐制成。

7.如权利要求1所述的阻燃绝缘橡胶，其特征在于，所述硫化剂为硫磺。

8.如权利要求1所述的阻燃绝缘橡胶，其特征在于，由包括按重量份计的以下组分制成：36-37份三元乙丙橡胶、49-50份复合阻燃剂、1.8-2.2份炭黑、1.7-1.9份氧化锌、7-8份石蜡油、0.5-0.6份硬脂酸、0.5-0.6份硫磺、0.7-0.8份二硫化四甲基秋兰姆、0.17-0.19份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.13-0.15份EG-5促进剂。

9.如权利要求1所述的阻燃绝缘橡胶，其特征在于，由包括按重量份计的以下组分制成：36.5份三元乙丙橡胶、49.5份复合阻燃剂、2份炭黑、1.8份氧化锌、7.5份石蜡油、0.55份硬脂酸、0.55份硫磺、0.73份二硫化四甲基秋兰姆、0.18份二丁基二硫代氨基甲酸锌和0.14份EG-5促进剂。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的阻燃绝缘橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将三元乙丙橡胶置于密炼机中预炼3-5min；

2)依次加入石蜡油、硬脂酸、炭黑、氧化锌和复合阻燃剂于密炼机中混炼5-10min，将密炼好的材料置于开炼机上薄通5-10次，压片冷却，停放12-36h；

3)取步骤2)的胶料，于开炼机上再加入硫和促进剂进行混炼，打三角包并薄通5-10次，压片；

4)使用橡胶切料机将步骤3)的胶料按要求的重量进行分切；

5)分切好的料在模具上进行硫化，硫化条件为170-190℃、10-15MPa压力、硫化5-10min；

6)冷却：硫化胶片在室温下放置24h制样。