CN114231040B - 一种阻燃性硅橡胶自粘带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阻燃性硅橡胶自粘带及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明的阻燃性硅橡胶自粘带包括以下重量份的制备原料：硅橡胶100份；白炭黑10～70份；结构控制剂2～10份；耐热剂1～10份；硅油软化剂0～30份；增粘剂1～30份；硼酸0～10份；硼砂0～10份；阻燃剂1～30份；硼酸盐1～30份；硫化剂0.5～5份；所述阻燃剂为氢氧化铝和/或氧化铝。本发明的硅橡胶自粘带不需要添加大量的金属氧化物或氢氧化物阻燃剂，具有阻燃性好、回弹性高以及高自粘性等优点，可广泛用于加工电线电缆修补、连接，其使用方便，绝缘性能佳。

Description

一种阻燃性硅橡胶自粘带及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种阻燃性硅橡胶自粘带及其制备方法。

背景技术

硅橡胶自粘带拥有其他绝缘胶带无法比拟的优势，具有耐温范围-50～250℃、户外老化寿命10年以上、高电击穿、抗电晕等特点，但是普通硅橡胶阻燃性差，现有的硅橡胶自粘带虽然燃烧后变成的二氧化硅具有耐火性能，但燃烧后的二氧化硅呈现粉状，没有附着力，容易脱落，因此无法实现理想的耐火防火功能。

目前市面上的硅橡胶阻燃剂主要为金属氢氧化物(氢氧化铝为主)、氮磷阻燃剂、溴阻燃剂等；溴阻燃剂因为环保问题使用受到限制，氮磷阻燃剂和氢氧化铝阻燃剂在硅橡胶中需大量填充才有较好的阻燃性，而阻燃剂填充量增加会造成保质期短，自粘性、自融性、回弹性降低等问题，户外包扎容易松脱进水，引起安全事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻燃性硅橡胶自粘带及其制备方法，本发明的自粘胶带阻燃性好、回弹性高，且具有高自粘性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种阻燃性硅橡胶自粘带，包括以下重量份的制备原料：

硅橡胶100份；

白炭黑10～70份；

结构控制剂2～10份；

耐热剂1～10份；

硅油软化剂0～30份；

增粘剂1～30份；

硼酸0～10份；

硼砂0～10份；

阻燃剂1～30份；

硼酸盐1～30份；

硫化剂0.5～5份；

所述阻燃剂为氢氧化铝和/或氧化铝。

优选的，所述硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为0.05～0.3％。

优选的，所述白炭黑为气相白炭黑或沉淀白炭黑。

优选的，所述结构控制剂为低分子羟基硅油、二苯基硅二醇、甲基苯基二乙氧基硅烷、四甲基亚乙基二氧二甲基硅烷或硅氮烷。

优选的，所述耐热剂为氧化铁、氢氧化铁、草酸铁、有机硅二茂铁、二氧化钛、碳酸锌、H6耐热剂和NR-1耐热剂中的一种或多种。

优选的，所述硅油软化剂为甲基硅油。

优选的，所述增粘剂为硅硼增粘剂。

优选的，所述硼酸盐为偏硼酸钙、硼酸钙、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、硼酸锌、偏硼酸钡或氟硼酸锌。

优选的，所述硫化剂为双二四、双二五或铂金硫化剂。

本发明提供了上述方案所述阻燃性硅橡胶自粘带的制备方法，包括以下步骤：

将硅橡胶、白炭黑、结构控制剂、耐热剂、硅油软化剂和阻燃剂混合，将所得混合料加热后，加入增粘剂、硼酸、硼砂和硼酸盐，冷却后得到胶料；

将所述胶料进行塑炼，然后加入硫化剂进行混炼，将混炼好的硅橡胶挤出后进行硫化，得到阻燃性硅橡胶自粘带。

本发明提供了一种阻燃性硅橡胶自粘带，包括以下重量份的制备原料：硅橡胶100份；白炭黑10～70份；结构控制剂2～10份；耐热剂1～10份；硅油软化剂0～30份；增粘剂1～30份；硼酸0～10份；硼砂0～10份；阻燃剂1～30份；硼酸盐1～30份；硫化剂0.5～5份；所述阻燃剂为氢氧化铝和/或氧化铝。本发明的各原料与硅橡胶的相容性好，硼酸盐与阻燃剂协同，生成多孔硬质玻璃陶瓷状物质，隔热和吸附可燃气体与助燃气体，阻止燃烧的进一步进行，使本发明硅橡胶自粘带不需要添加大量的金属氧化物或氢氧化物阻燃剂，具有阻燃性好、回弹性高以及高自粘性等优点，可广泛用于加工电线电缆修补、连接，其使用方便，绝缘性能佳。

此外，本发明的阻燃性硅橡胶自粘带中，硼砂和硼酸混合发挥协同阻燃效果，能更好地防止无焰灼烧。

本发明制备的阻燃性硅橡胶自粘带可在-50～250℃长期工作，在300℃条件下短期工作，300℃老化48h下无开裂和脆化，拉伸强度≥4.5MPa，断裂伸长率≥450％，介电强度≥20kV/mm，体积电阻率≥10¹⁴Ω.cm，拉伸40～100％缠绕后在24h内无分层并形成一体，可作为H级电工绝缘带使用，阻燃等级可以达到0.5mm测试片UL-94V0等级。

具体实施方式

本发明提供了一种阻燃性硅橡胶自粘带，包括以下重量份的制备原料：

硅橡胶100份；

白炭黑10～70份；

结构控制剂2～10份；

耐热剂1～10份；

硅油软化剂0～30份；

增粘剂1～30份；

硼酸0～10份；

硼砂0～10份；

阻燃剂1～30份；

硼酸盐1～30份；

硫化剂0.5～5份；

所述阻燃剂为氢氧化铝和/或氧化铝。

在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。

以重量份数计，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括硅橡胶100份。在本发明中，所述硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量优选为0.05～0.3％，更优选为0.1～0.25％，进一步优选为0.15～0.2％。在本发明的实施例中，所述硅橡胶具体为110-2甲基乙烯基硅橡胶，乙烯基摩尔百分含量为0.17％。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括白炭黑10～70份，优选为20～60份，更优选为30～50份。在本发明中，所述白炭黑优选为气相白炭黑或沉淀白炭黑。在本发明中，所述白炭黑的作用是作为补强填料。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括结构控制剂2～10份，优选为3～9份，更优选为4～8份。在本发明中，所述结构控制剂优选为低分子羟基硅油、二苯基硅二醇、甲基苯基二乙氧基硅烷、四甲基亚乙基二氧二甲基硅烷或硅氮烷。在本发明中，所述低分子羟基硅油是指分子链段中含有3～10个二烷基硅氧烷链节，粘度为5～30mPa·s的羟基硅油，此为橡胶领域的公知常识。在本发明中，所述结构控制剂的作用是避免硅橡胶胶料结构化。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括耐热剂1～10份，优选为2～9份，更优选为3～8份，进一步优选为4～7份。在本发明中，所述耐热剂优选为氧化铁、氢氧化铁、草酸铁、有机硅二茂铁、二氧化钛、碳酸锌、H6耐热剂和NR-1耐热剂中的一种或多种。当所述耐热剂包括上述物质中的多种时，本发明对各耐热剂的具体配比没有特殊要求，任意配比均可。在本发明中，当所述耐热剂为氧化铁时，所述氧化铁优选为γ晶型氧化铁。在本发明中，所述耐热剂的作用是提高硅橡胶的耐热性。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括硅油软化剂0～30份，优选为5～25份，更优选为10～20份。在本发明中，所述硅油软化剂为甲基硅油。在本发明中，所述硅油软化剂的作用是改善硅橡胶胶料的加工性，增加硅橡胶的自粘性。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括增粘剂1～30份，优选为5～25份，更优选为10～20份。在本发明中，所述增粘剂优选为硅硼增粘剂。本发明对所述硅硼增粘剂没有特殊的限定，本领域熟知的硅硼增粘剂均可。在本发明的实施例中，所述硅硼增粘剂中硼元素的质量含量为3～5％。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括硼酸0～10份，优选为1～9份，更优选为2～8份，进一步优选为3～6份。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括硼砂0～10份，优选为1～9份，更优选为2～8份，进一步优选为3～6份。在本发明中，硼砂和硼酸可以混合发挥协同阻燃效果，更好地防止无焰灼烧。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括阻燃剂1～30份，优选为5～25份，更优选为10～20份。在本发明中，所述阻燃剂优选为氢氧化铝和/或氧化铝，更优选为氢氧化铝或氧化铝。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括硼酸盐1～30份，优选为5～25份，更优选为10～20份。在本发明中，所述硼酸盐优选为偏硼酸钙、硼酸钙、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、硼酸锌、偏硼酸钡或氟硼酸锌。在本发明中，所述硼酸盐与阻燃剂协同，生成多孔硬质玻璃陶瓷状物质，隔热和吸附可燃气体与助燃气体，阻止燃烧的进一步进行，使本发明硅橡胶自粘带不需要添加大量的金属氧化物或氢氧化物阻燃剂，具有阻燃性好、回弹性高以及高自粘性等优点。

以所述硅橡胶的重量份数为基准，本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带的制备原料包括硫化剂0.5～5份，优选为1～4份，更优选为2～3份。在本发明中，所述硫化剂优选为双二四或铂金硫化剂。在本发明的实施例中，所述双二四具体为阿克苏双二四PERKADOXPD-50S-PS。

本发明提供了上述方案所述阻燃性硅橡胶自粘带的制备方法，包括以下步骤：

将硅橡胶、白炭黑、结构控制剂、耐热剂、硅油软化剂和阻燃剂混合，将所得混合料加热后，加入增粘剂、硼酸、硼砂和硼酸盐，冷却后得到胶料；

将所述胶料进行塑炼，然后加入硫化剂进行混炼，将混炼好的硅橡胶挤出后进行硫化，得到阻燃性硅橡胶自粘带。

本发明将硅橡胶、白炭黑、结构控制剂、耐热剂、硅油软化剂和阻燃剂混合，得到混合料。

本发明优选在捏合机中进行混合。在本发明中，所述混合优选在常温和搅拌条件下进行。本发明对所述混合的时间没有特殊要求，能够将各制备原料混合均匀即可。

得到混合料后，本发明将所述混合料加热，然后加入增粘剂、硼酸、硼砂和硼酸盐，冷却后得到胶料。

在本发明中，所述加热的温度优选为150～160℃。本发明加热的目的是为了使结构控制剂与白炭黑作用，避免硅橡胶结构化的产生。所述加热后，本发明优选还包括将所得混合料抽真空，然后再加入增粘剂、硼酸、硼砂和硼酸盐。在本发明中，优选抽真空至真空度在-0.065MPa以下。本发明抽真空是为了除去硅橡胶中残留的气体。

本发明优选在加入增粘剂、硼酸、硼砂和硼酸盐后，搅拌均匀，然后出料冷却至常温，得到胶料。

得到胶料后，本发明将所述胶料进行塑炼，然后加入硫化剂进行混炼，将混炼好的硅橡胶挤出后进行硫化，得到阻燃性硅橡胶自粘带。

在本发明中，所述塑炼优选在双辊开炼机中进行。本发明对所述塑炼和混炼的条件没有特殊要求，采用本领域熟知的条件即可。

本发明优选采用挤出机进行挤出。本领域技术人员根据自粘带的规格选择合适的挤出厚度和宽度即可。

本发明对所述硫化的条件没有特殊要求，采用本领域熟知的条件即可。在本发明的实施例中，具体是在250℃的烘道进行硫化。

下面结合实施例对本发明提供的阻燃性硅橡胶自粘带及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1～7及对比例1～2

根据表1配方称取原料，将硅橡胶(110-2甲基乙烯基硅橡胶)、白炭黑(气相白炭黑)、结构控制剂(羟基硅油)、耐热剂(γ晶型氧化铁)、硅油软化剂(甲基硅油)以及阻燃剂(氧化铝)投入捏合机中常温搅拌均匀，加热至160℃搅拌3h并抽真空，随后加入增粘剂(硅硼增粘剂，硼质量含量5％)、硼酸、硼砂、硼酸盐(硼酸锌)，搅拌0.5h，出料冷却至常温后放置24h备用；

将冷却的胶料放入双辊开炼机塑炼，放入所述硫化剂(阿克苏双二四PERKADOXPD-50S-PS)进行混炼均匀；将混炼好的硅橡胶放入挤出机，调节所需厚度和宽度分别为0.5mm和25mm，然后250℃烘道硫化，覆膜收卷得到阻燃性硅橡胶自粘带。硅橡胶自粘带测试结果如表2所示。

表1实施例1～7和对比例1～2原料配比(按重量份计)

表2实施例1～7和对比例1～2性能测试结果

表2中，各项性能测试依据的标准为：硬度邵A(GB/T 531.1-2008)，拉伸强度、伸长率(GB/T 528-2009)，脆性温度(GB/T 1682-2014)，体积电阻率(GB/T 1692-2008)，介电强度(GB/T 1695-2005)，自粘性(GJB 9272-2017)，阻燃性(GB/T 10707-2008)，热空气老化(GB/T 3512-2014)。

表2结果显示，对比例1中采用大量填充氢氧化铝阻燃剂的胶带，与实施例相比自粘性和阻燃性不足，对比例2氢氧化铝阻燃剂填充量和实施例相同但不采用硼酸盐，阻燃性不足。实施例和对比例中对不同配比自粘带进行了比较，结果显示添加合适剂量的硼酸盐、硼酸和硼砂混合普通甲基乙烯基硅橡胶生胶的产品在阻燃性能上有很大提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种阻燃性硅橡胶自粘带，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：

硅橡胶100份；

白炭黑40～60份；

结构控制剂2～10份；

耐热剂1～10份；

硅油软化剂5～10份；

增粘剂1～30份；

硼酸0.5～6份；

硼砂1～6份；

阻燃剂4～20份；

硼酸盐3～15份；

硫化剂0.5～5份；

所述硅橡胶为110-2甲基乙烯基硅橡胶，乙烯基摩尔百分含量为0.17％；所述阻燃剂为氧化铝；所述硼酸盐为硼酸锌。

2.根据权利要求1所述的阻燃性硅橡胶自粘带，其特征在于，所述白炭黑为气相白炭黑或沉淀白炭黑。

3.根据权利要求1所述的阻燃性硅橡胶自粘带，其特征在于，所述结构控制剂为低分子羟基硅油、二苯基硅二醇、甲基苯基二乙氧基硅烷、四甲基亚乙基二氧二甲基硅烷或硅氮烷。

4.根据权利要求1所述的阻燃性硅橡胶自粘带，其特征在于，所述耐热剂为氧化铁、氢氧化铁、草酸铁、有机硅二茂铁、二氧化钛、碳酸锌、H6耐热剂和NR-1耐热剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的阻燃性硅橡胶自粘带，其特征在于，所述硅油软化剂为甲基硅油。

6.根据权利要求1所述的阻燃性硅橡胶自粘带，其特征在于，所述增粘剂为硅硼增粘剂。

7.根据权利要求1所述的阻燃性硅橡胶自粘带，其特征在于，所述硫化剂为双二四、双二五或铂金硫化剂。

8.权利要求1～7任一项所述阻燃性硅橡胶自粘带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将硅橡胶、白炭黑、结构控制剂、耐热剂、硅油软化剂和阻燃剂混合，将所得混合料加热后，加入增粘剂、硼酸、硼砂和硼酸盐，冷却后得到胶料；

将所述胶料进行塑炼，然后加入硫化剂进行混炼，将混炼好的硅橡胶挤出后进行硫化，得到阻燃性硅橡胶自粘带。