CN111592765A - 阻燃耐火防护材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阻燃耐火防护材料及其制备方法,阻燃耐火防护材料的原料按重量份比包括:高分子基材树脂50‑100份;有机硅氧烷0‑50份;补强填料1‑50份;阻燃填料30‑200份;以及,耐火填料50‑300份。本发明的阻燃耐火防护材料应用至电力电缆防护时,具有优异的阻燃耐火性能。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃耐火材料技术领域,具体涉及一种用于电力电缆中的阻燃耐火防护材料及其制备方法。
背景技术
目前,国家越来越重视电力防火和建筑防火,并且出台了很多的要求和标准,在耐火防火要求等级也越来越高。
电力行业最主要防护对象就是电力电缆,无论是电力传输、输电、变电,还是电力电缆和电力设备密集处,都是防护的关键点。而做好电力安全防护能极大的消除安全隐患,减少火灾发生,在极大程度上改善工业和生活的安全环境。建筑行业中存在的安全隐患主要集中在,第一,建筑物内外的电力电缆布置方式和布置密集程度;第二,建筑物墙体中的保温材料,保温材料助燃助长了很多建筑的大型火灾。
另外,行业内普遍使用的阻燃耐火产品大多还是云母、石棉、岩棉、矿物粉隔离袋、玻纤布材等材料,不安全也不环保。
有鉴于此,提供一种新型、安全环保、性能优异的阻燃耐火电力电缆防护材料来隔断火源或火焰的漫延,能够极大程度上减少损失和改善行业的现状。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供一种阻燃耐火防护材料及其制备方法。
本发明提供一种阻燃耐火防护材料,其原料按重量份比包括:高分子基材树脂50-100份;有机硅氧烷0-50份;补强填料1-50份;阻燃填料30-200份;以及,耐火填料50-300份。
作为可选的技术方案,所述高分子基材树脂为选自有机硅橡胶、有机硅氧烷、天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、EVA树脂、PE树脂、POE树脂中的一种或几种的组合。
作为可选的技术方案,所述有机硅橡胶为选自甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶、乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、硫化甲基硅橡胶中的一种或几种的组合。
作为可选的技术方案,所述有机硅氧烷的通式为:[R1R2SiO]m-[R1R2SiO]n,其中,R1、R2基团分别为巯基、甲基、乙基、丙基、苯基、乙烯基、氢基、羟基或者其它烷基;m,n=0、1、2、3.....n。
作为可选的技术方案,所述补强填料为选自炭黑、白炭黑、硅微粉、硅藻土中一种或几种的组合。
作为可选的技术方案,所述阻燃填料为选自氢氧化物、氧化铝、氧化锌、哌嗪、硫代磷酸盐中的一种或几种的组合。
作为可选的技术方案,所述耐火填料为选自矿物硅酸盐、玻璃粉、含水硅酸钠、含水硫酸钙中的一种或几种的组合。
作为可选的技术方案,所述耐火填料包括使用处理剂处理,所述处理剂为选自硅烷偶联剂A-151、乙烯基三甲氧基硅烷、含氢基硅油、含羟基硅油、含羟基液体中的一种或几种的组合。
本发明还提供阻燃耐火防护材料的制备方法,所述制备方法包括:
S1:将50-100重量份的高分子基材树脂在捏合机中混炼,混炼温度小于等于100℃;
S2:将0-50重量份有机硅氧烷在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S3:将30~200重量份补强填料在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S4:预处理50~200重量份耐火填料,将预处理后的耐火填料在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S5:混合上述S1至S4中形成的团状的材料,常温下,在捏合机中捏合处理20-30分钟后,形成中间料,将所述中间料从捏合机中移出并冷却;
S6:在开炼机上开炼冷却后的所述中间料得到基胶;
S7:将所述基胶制成成品阻燃耐火防护材料。
作为可选的技术方案,所述阻燃耐火防护材料的形状为团状、块状、颗粒状或者膏体状。
与现有技术相比,本发明提供的阻燃耐火防护材料具有明显的优点和有益效果:
第一、阻燃耐火防护材料选择有机高分子基材树脂作为载体,有机高分子基材树脂与相关填料(有机硅氧烷、硅烷偶联剂)配合,可以完全包裹无机填料有效成分,改善无机填料在生产加工过程中的缺陷(共混性差)和污染,同时,提升阻燃耐火防护材料的可加工性能,可通过不同加工工艺制成需要的产品或形状,极大的改善了阻燃耐火防护材料的应用范围和应用难易度。
第二、阻燃耐火防护材料选择特定的复合式耐火填料,且在常温下进行加工,可以保持耐火填料中有效的结晶水,实现极好的导热性能;在阻燃耐火防护材料遇到明火或高温后,不燃,并且极大的程度隔离火源、降低温度,起到隔火阻燃阻火的效果,其中,耐火填料中有效的结晶水成分可以在阻燃耐火防护材料内部完成水到水汽再到水的循环,极大高效的对被保护的产品进行降温。
第三、阻燃耐火防护材料选择特定的复合式阻燃填料,包括氢氧化物、氧化铝、氧化锌、哌嗪、硫代磷酸盐中的一种或几种,经验证,复合式阻燃填料之间相互协同作用,阻燃效果更好,阻燃等级不仅可以达到V0级,氧指数可以达到50以上的峰值,同时不产生任何有害物质,更加安全环保。
第四、阻燃耐火防护材料涉及的制备方法可在较低的温度或者常温下进行操作,因此,加工工艺极其简单,极大的减少了工业加工能耗,提升阻燃耐火防护材料的制备难度。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解,兹配合实施例详细说明如下。
本发明的目的在于提供一种阻燃耐火防护材料及其制备方法,其中,阻燃耐火防护材料的成品尤其适用于电力电缆的阻燃、耐火的防护需求。
阻燃耐火防护材料,其原料按重量份比包括:高分子基材树脂50-100份;有机硅氧烷0-50份;补强填料1-50份;阻燃填料30-200份;以及,耐火填料50-300份。
在一优选的实施方式中,所述高分子基材树脂为选自有机硅橡胶、有机硅氧烷聚合物,天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、EPDM橡胶(三元乙丙橡胶)、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)树脂、PE(聚乙烯)树脂、POE(聚乙烯辛烯共弹性体)树脂中的一种或几种的组合。其中,有机硅橡胶作为优选的高分子基材树脂。
在本发明一实施例中,有机硅橡胶为选自甲基乙烯基硅橡胶,二甲基硅橡胶、乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、硫化甲基硅橡胶中的一种或几种的组合。其中,有机硅橡胶优选自甲基乙烯基硅橡胶、EPDM橡胶、EVA树脂、硫化甲基硅橡胶中的一种或者几种的组合。
在一优选的实施方式中,有机硅氧烷的通式为:[R1R2SiO]m-[R1R2SiO]n,其中,R1、R2基团分别为选自巯基(SH)、甲基(Me)、乙基(Et)、丙基(i-Pr,n-Pr)、苯基(Ph)、乙烯基(Vi)、氢基(H)、羟基(OH)或者其它烷基(R);m,n=0、1、2、3.....n(n为自然数)。
本发明中,以甲基乙烯基有机硅橡胶作为主料,并以有机硅氧烷作为辅料,能使得所制得的阻燃耐火防护材料有较高的抗张强度和断裂伸长率。
在一优选的实施方式中,阻燃耐火防护材料中的补强填料为选自炭黑、白炭黑、硅微粉、硅藻土中一种或几种的组合。其中,补强填料优选为白炭黑。
在一优选的实施方式中,阻燃填料为选自氢氧化物、氧化铝、氧化锌、哌嗪、硫代磷酸盐中的一种或几种的组合;耐火填料为选自矿物硅酸盐、玻璃粉、含水硅酸钠、含水硫酸钙中的一种或几种的组合。另外,耐火填料在使用前包括使用处理剂处理,处理剂为选自硅烷偶联剂A-151、乙烯基三甲氧基硅烷、含氢基硅油、含羟基硅油、含羟基液体中的一种或几种的组合。
耐火填料通过硅烷偶联剂、硅油等处理剂处理后,耐火填料中无机填料表面包覆一层有机基团,使得耐火填料与高分子基材、有机硅氧烷之间的共混互溶性能增加,进而提高阻燃耐火防护材料的加工性能。另外,阻燃填料优选采用多种阻燃成分复合,通过多种阻燃成分并用有协同效应,从而达到最佳的防火效果。
本发明还提供一种阻燃耐火防护材料的制备方法,所述制备方法包括:
S1:将50-100重量份的高分子基材树脂在捏合机中混炼,混炼温度不高于100℃;
S2:将0-50重量份有机硅氧烷在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S3:将30~200重量份补强填料在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S4:预处理50~200重量份耐火填料,将预处理后的耐火填料在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S5:混合上述S1至S4中形成的团状的材料,常温下,在捏合机中捏合处理20-30分钟后,形成中间料,将所述中间料从捏合机中移出并冷却;
S6:在开炼机上开炼冷却后的所述中间料,促进所述中间分散,消除内部应力,得到开炼后的基胶;
S7:加工基胶得到成品阻燃耐火防护材料;
其中,成品阻燃耐火防护材料为上所述的阻燃耐火防护材料。在一优选的实施方式中,成品阻燃耐火防护材料的形状为团状、块状、颗粒状或者膏体状。
在本发明其他实施例中,还另提供一种阻燃耐火防护材料的制备方法,其包括,首先,将100重量份的高分子基材树脂在捏合机中混炼,混炼温度不高于100℃;其次,将0-50重量份有机硅氧烷、30~200重量份补强填料、预处理后的50~200重量份耐火填料分别依序加入至混炼后的高分子基材树脂中进行混炼形成中间料,将所述中间料从捏合机中移出并冷却;接着,在开炼机上开炼冷却后的所述中间料,促进所述中间分散,消除内部应力,得到开炼后的基胶;最后,加工基胶得到成品阻燃耐火防护材料。
当然,还可预先将各原材料按照预定的组分混合后,依次混炼、开炼,最后加工制得成品阻燃耐火防护材料。
实施例1
阻燃耐火防护材料中各原料及其重量份,如下表所示:
按照上述阻燃耐火防护材料制备方法公开的步骤S1至S7在捏合机中进行操作,包括:
首先,在低于100℃的温度下,于捏合机中混炼100重量份的甲基乙烯基硅橡胶;其次,在常温下,在捏合机中分别各自混炼均匀20重量份的有机硅氧烷;30重量份的白炭黑和10重量份的硅微粉;60重量份的氢氧化镁和5重量份的哌嗪;接着,预处理耐火填料预处理料,混合2重量份的硅烷偶联剂A-151、2重量份的乙烯基三甲氧基硅烷、150重量份的含水硫酸钙和50重量份的含水硅酸钠,得到耐火填料204重量份,混炼均匀204份的耐火填料;最后,混合前述混炼后各种原料,在常温下捏合处理20-30分钟,得到块状、颗粒状、团状或者膏状成品阻燃耐火材料。
后续,将阻燃耐火防护材料成品通过挤出工艺、模压工艺等形成不同形状的阻燃耐火防护用品,并将其应用至电力电缆的防护中。
经实验验证,实施例1中获得的阻燃耐火防护用品的主要性能测试如下表:
实施例2
阻燃耐火防护材料中各原料及其重量份,如下表所示:
按照上述阻燃耐火防护材料制备方法公开的步骤S1至S7在捏合机中进行操作,包括:
首先,在低于100℃的温度下,于捏合机中混炼100重量份的甲基乙烯基硅橡胶;其次,在常温下,在捏合机中分别各自混炼均匀50重量份的有机硅氧烷;30重量份的白炭黑和20重量份的硅微粉;160重量份的氢氧化镁和40重量份的哌嗪;接着,预处理耐火填料预处理料,混合2重量份的硅烷偶联剂A-151、2重量份的乙烯基三甲氧基硅烷、150重量份的含水硫酸钙和130重量份的含水硅酸钠,得到耐火填料284重量份,混炼均匀284份的耐火填料;最后,混合前述混炼后各种原料,在常温下捏合处理20-30分钟,得到块状、颗粒状、团状或者膏状成品阻燃耐火材料。
后续,将阻燃耐火防护材料成品通过挤出工艺、模压工艺等形成不同形状的阻燃耐火防护用品,并将其应用至电力电缆的防护中。
经实验验证,实施例2中获得的阻燃耐火防护用品的主要性能测试如下表:
实施例3
阻燃耐火防护材料中各原料及其重量份,如下表所示:
按照上述阻燃耐火防护材料制备方法公开的步骤S1至S7在捏合机中进行操作,包括:
首先,在低于100℃的温度下,于捏合机中混炼80重量份的EPDM橡胶和20重量份的EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物);其次,在常温下,在捏合机中分别各自混炼均匀10重量份的有机硅氧烷;20重量份的炭黑和20重量份的硅微粉;100重量份的氢氧化铝和5重量份的哌嗪和50重量份的硫代磷酸盐;接着,预处理耐火填料预处理料,混合2重量份的硅烷偶联剂A-151、2重量份的乙烯基三甲氧基硅烷、180重量份的含水硫酸钙,得到耐火填料184重量份,混炼均匀184份的耐火填料;最后,混合前述混炼后各种原料,在常温下捏合处理20-30分钟,得到块状、颗粒状、团状或者膏状成品阻燃耐火材料。
后续,将阻燃耐火防护材料成品通过挤出工艺、模压工艺等形成不同形状的阻燃耐火防护用品,并将其应用至电力电缆的防护中。
经实验验证,实施例3中获得的阻燃耐火防护用品的主要性能测试如下表:
实施例4
阻燃耐火防护材料中各原料及其重量份,如下表所示:
按照上述阻燃耐火防护材料制备方法公开的步骤S1至S7在捏合机中进行操作,包括:
首先,在低于100℃的温度下,于捏合机中混炼100重量份的硫化甲基硅橡胶;其次,在常温下,在捏合机中分别各自混炼均匀50重量份的有机硅氧烷;20重量份的白炭黑和20重量份的硅微粉;60重量份的氢氧化镁和50重量份的哌嗪和50重量份的硫代磷酸盐;接着,预处理耐火填料预处理料,混合2重量份的硅烷偶联剂A-151、2重量份的乙烯基三甲氧基硅烷、290重量份的含水硅酸钠,得到耐火填料294重量份,混炼均匀294份的耐火填料;最后,混合前述混炼后各种原料,在常温下捏合处理20-30分钟,得到块状、颗粒状、团状或者膏状成品阻燃耐火材料。
后续,将阻燃耐火防护材料成品通过挤出工艺、模压工艺等形成不同形状的阻燃耐火防护用品,并将其应用至电力电缆的防护中。
经实验验证,实施例4中获得的阻燃耐火防护用品的主要性能测试如下表:
实施例5
阻燃耐火防护材料中各原料及其重量份,如下表所示:
按照上述阻燃耐火防护材料制备方法公开的步骤S1至S7在捏合机中进行操作,包括:
首先,在低于100℃的温度下,于捏合机中混炼100重量份的硫化甲基硅橡胶;其次,在常温下,在捏合机中分别各自混炼均匀2重量份的有机硅氧烷;10重量份的白炭黑和5重量份的硅微粉;10重量份的氢氧化镁和10重量份的哌嗪和10重量份的硫代磷酸盐;接着,预处理耐火填料预处理料,混合2重量份的硅烷偶联剂A-151、2重量份的乙烯基三甲氧基硅烷、50重量份的含水硅酸钠,得到耐火填料54重量份,混炼均匀54份的耐火填料;最后,混合前述混炼后各种原料,在常温下捏合处理20-30分钟,得到块状、颗粒状、团状或者膏状成品阻燃耐火材料。
后续,将阻燃耐火防护材料成品通过挤出工艺、模压工艺等形成不同形状的阻燃耐火防护用品,并将其应用至电力电缆的防护中。
经实验验证,实施例5中获得的阻燃耐火防护用品的主要性能测试如下表:
实施例6
阻燃耐火防护材料中各原料及其重量份,如下表所示:
按照上述阻燃耐火防护材料制备方法公开的步骤S1至S7在捏合机中进行操作,包括:
首先,在低于100℃的温度下,于捏合机中混炼100重量份的硫化甲基硅橡胶;其次,在常温下,在捏合机中分别各自混炼均匀10重量份的白炭黑和5重量份的硅微粉;10重量份的氢氧化镁和10重量份的哌嗪和10重量份的硫代磷酸盐;接着,预处理耐火填料预处理料,混合1重量份的硅烷偶联剂A-151、1重量份的乙烯基三甲氧基硅烷、48重量份的含水硅酸钠,得到耐火填料50重量份,混炼均匀50份的耐火填料;最后,混合前述混炼后各种原料,在常温下捏合处理20-30分钟,得到块状、颗粒状、团状或者膏状成品阻燃耐火材料。
后续,将阻燃耐火防护材料成品通过挤出工艺、模压工艺等形成不同形状的阻燃耐火防护用品,并将其应用至电力电缆的防护中。
经实验验证,实施例6中获得的阻燃耐火防护用品的主要性能测试如下表:
实施例7
阻燃耐火防护材料中各原料及其重量份,如下表所示:
按照上述阻燃耐火防护材料制备方法公开的步骤S1至S7在捏合机中进行操作,包括:
首先,在低于100℃的温度下,于捏合机中混炼30重量份的EPDM橡胶和20重量份的EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物);其次,在常温下,在捏合机中分别各自混炼均匀20重量份的有机硅氧烷;20重量份的炭黑和20重量份的硅微粉;100重量份的氢氧化铝和5重量份的哌嗪和50重量份的硫代磷酸盐;接着,预处理耐火填料预处理料,混合2重量份的硅烷偶联剂A-151、2重量份的乙烯基三甲氧基硅烷、180重量份的含水硫酸钙,得到耐火填料184重量份,混炼均匀184份的耐火填料;最后,混合前述混炼后各种原料,在常温下捏合处理20-30分钟,得到块状、颗粒状、团状或者膏状成品阻燃耐火材料。
后续,将阻燃耐火防护材料成品通过挤出工艺、模压工艺等形成不同形状的阻燃耐火防护用品,并将其应用至电力电缆的防护中。
经实验验证,实施例3中获得的阻燃耐火防护用品的主要性能测试如下表:
由实施例1-7中制备的阻燃耐火防护用品可知,其具有较好的拉伸强度、伸长率、撕裂强度、体积电阻率和阻燃等级,其中,阻燃等级达到UL94V0等级。
因此,当其具体应用于电力电缆连接件,在电力运行过程中起保护作用,设备长时间在高压状态下运行若温度升高能起到散热作用,若发生火灾事故能起到燃作用,极大提高电力设施的安全保障系数。
综上,本发明提供的阻燃耐火防护材料及其制备方法,包括以下有益技术效果:
第一、阻燃耐火防护材料选择有机高分子基材树脂作为载体,有机高分子基材树脂与相关填料(有机硅氧烷、硅烷偶联剂)配合,可以完全包裹无机填料有效成分,改善无机填料在生产加工过程中的缺陷(共混性差)和污染,同时,提升阻燃耐火防护材料的可加工性能,可通过不同加工工艺制成需要的产品或性状,极大的改善了阻燃耐火防护材料的应用范围和应用难易度。
第二、阻燃耐火防护材料选择特定的复合式耐火填料,且在常温下进行加工,可以保持耐火填料中有效的结晶水,实现极好的导热性能;在阻燃耐火防护材料遇到明火或高温后,不燃,并且极大的程度隔离火源、降低温度,起到隔火阻燃阻火的效果,其中,耐火填料中有效的结晶水成分可以在阻燃耐火防护材料内部完成水到水汽再到水的循环,极大高效的对被保护的产品进行降温。
第三、阻燃耐火防护材料选择特定的复合式阻燃填料,包括氢氧化物、氧化铝、氧化锌、哌嗪、硫代磷酸盐中的一种或几种,经验证,复合式阻燃填料之间相互协同作用,阻燃效果更好,阻燃等级不仅可以达到V0级,氧指数可以达到50以上的峰值,同时不产生任何有害物质,更加安全环保。
第四、阻燃耐火防护材料涉及的制备方法可在较低的温度或者常温下进行操作,因此,加工工艺极其简单,极大的减少了工业加工能耗,提升阻燃耐火防护材料的制备难度。
本发明已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本发明的范例。此外,上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。必需指出的是,已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地,在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰,均属本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种阻燃耐火防护材料,其特征在于,其原料按重量份比包括:
高分子基材树脂50-100份;有机硅氧烷0-50份;补强填料1-50份;阻燃填料30-200份;以及,耐火填料50-300份。
2.如权利要求1所述的阻燃耐火防护材料,其特征在于,所述高分子基材树脂为选自有机硅橡胶、有机硅氧烷、天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、EVA树脂、PE树脂、POE树脂中的一种或几种的组合。
3.如权利要求2所述的阻燃耐火防护材料,其特征在于,所述有机硅橡胶为选自甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶、乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、硫化甲基硅橡胶中的一种或几种的组合。
4.如权利要求1所述的阻燃耐火防护材料,其特征在于,所述有机硅氧烷的通式为:[R1R2SiO]m-[R1R2SiO]n,其中,R1 、R2基团分别为巯基、甲基、 乙基、丙基、苯基、乙烯基、氢基、羟基或者其它烷基;m,n=0、1、2、3.....n。
5.如权利要求1所述的阻燃耐火防护材料,其特征在于,所述补强填料为选自炭黑、白炭黑、硅微粉、硅藻土中一种或几种的组合。
6.如权利要求1所述的阻燃耐火防护材料,其特征在于,所述阻燃填料为选自氢氧化物、氧化铝、氧化锌、哌嗪、硫代磷酸盐中的一种或几种的组合。
7.如权利要求1所述的阻燃耐火防护材料,其特征在于,所述耐火填料为选自矿物硅酸盐、玻璃粉、含水硅酸钠、含水硫酸钙中的一种或几种的组合。
8.如权利要求1所述的阻燃耐火防护材料,其特征在于,所述耐火填料包括使用处理剂处理,所述处理剂为选自硅烷偶联剂A-151、乙烯基三甲氧基硅烷、含氢基硅油、含羟基硅油、含羟基液体中的一种或几种的组合。
9.一种如权利要求1-8中任意一项所述的阻燃耐火防护材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
S1:将50-100重量份的高分子基材树脂在捏合机中混炼,混炼温度小于等于100℃ ;
S2:将0-50重量份有机硅氧烷在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S3:将30~200重量份补强填料在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S4:预处理50~200重量份耐火填料,将预处理后的耐火填料在捏合机中混炼均匀,形成团状的材料;
S5:混合上述S1至S4中形成的团状的材料,常温下,在捏合机中捏合处理20-30分钟后,形成中间料,将所述中间料从捏合机中移出并冷却;
S6:在开炼机上开炼冷却后的所述中间料得到基胶;
S7:将所述基胶制成成品阻燃耐火防护材料。
10.如权利要求9中所述的制备方法,其特征在于,所述阻燃耐火防护材料的形状为团状、块状、颗粒状或者膏体状。
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