CN115141490A - 一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆用复合材料技术领域，提供一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，本发明在矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的原料组分中加入经过2，4，6‑三羟基苯甲酸改性后的硅石灰，能够提高复合材料的分解温度并降低其最大分解速率，从而增强复合材料的热稳定性；其次，通过增加不同粒径的325目白云母和800目白云母，能够使复合材料在硫化高温处理后具有极佳的力学强度，使白云母更容易在高温下与硅橡胶分解的残渣发生熔融共晶作用，从而提高复合材料陶瓷化后的强度。在矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料中加入负载铂磷腈微阻燃微粒，能够使铂负载于聚磷腈微粒的表面与成瓷填料共用，从而在一定程度上提高符合材料的耐火阻燃性能。
Description
技术领域
本发明涉及电缆用复合材料技术领域，具体涉及一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料。
背景技术
随着国家社会经济建设步伐的加快，耐火电力电缆被广泛用在高层建筑、地铁、发电厂、核电站、隧道等重要场所。如果按惯例采用1kV及以下低压耐火电缆配电，其电缆用量及敷设安装工作量，较通常建筑物成数十倍增长，电缆敷设空间成几倍增大，既耗材又耗能，且建筑物中电缆敷设过多过密，也会给安全使用带来不利影响。由于耐火电力电缆一般大型重要场所中使用，电缆敷设往往较密集，一旦发生火灾，火焰将顺着电缆延燃而蔓延至其他物品，因此需要对现有的电缆原料(即硅橡胶陶瓷化复合材料)的热稳定性能进行改进。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，旨在使其具有较好的力学性能和热稳定性，从而使其制备的电缆具有较好耐火阻燃性能。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，包括矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的原料组分为：100份甲基乙烯基硅橡胶、30-32份气相二氧化硅、5-8份羟基硅油、38-40份矿物质粉末、105-110份改性硅石灰、80-100份白云母混合粉末、75-80份负载铂磷腈微阻燃微粒、28-30份氢氧化铝、25-26份氢氧化镁、25-30份硼酸锌、1-2份交联剂、3-5份双二五、1-2份双二四和1-2份过氧化二异丙苯。
更进一步地，所述改性硅石灰的制备方法包括以下步骤：
步骤a、将硅石灰和甲苯溶剂按质量比1：2配制成悬浮液，加入粉体质量8％的2，4，6-三羟基苯甲酸在60℃的条件下反应4h；
步骤b、反应完成后将浆液过滤并用去离子水进行洗涤，接着将洗涤后的粉体通风放置10h，并在40℃的条件下进行真空干燥，所得即为改性硅石灰。
更进一步地，所述白云母混合粉末为325目白云母和800目白云母按照1：1的质量比混合制得。
更进一步地，所述负载铂磷腈微阻燃微粒的制备方法包括以下步骤：
步骤1：称取0.4g六氯环三磷腈和0.86g4，4-二羟基二苯砜于250mL锥形瓶中，加入100mL乙腈后将锥形瓶封口，超声分散10min混合均匀；
步骤2：量取1.5mL三乙胺一次性加入步骤1中的锥形瓶内，接着将锥形瓶放入超声波清洗器中，超声功率为60W，反应温度为40℃，反应时间为4-5h，反应结束后将反应所得的混合液离心，去除上清液后分别用乙腈和去离子水洗涤3次，所得白色产物在真空烘箱中60℃下烘干6h，粉碎后得白色粉末；
步骤3：称取0.1g步骤2中的白色粉末倒入250mL三口烧瓶中，加入50mL乙二醇的水溶液超声分散30min，搅拌20min，然后量取1mL氯铂酸水溶液加入上述溶液中搅拌均匀；
步骤4：将混合液放入130℃油浴中，在不断搅拌下反应3h，所得混合液离心分离，去除上清液后用去离子水洗涤3次，最后在冷冻干燥箱中烘干24h，粉碎成粉末状，所得即为负载铂磷腈微阻燃微粒。
更进一步地，所述步骤1和步骤3中超声分散的12000-15000Hz。
更进一步地，所述步骤2和步骤4中的离心转速为5000rpm。
更进一步地，所述步骤3中乙二醇的水溶液为乙二醇和水按3：2的质量比配置而成。
更进一步地，所述步骤3中氯铂酸水溶液的摩尔浓度为0.0386mmol/L。
更进一步地，所述矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的制备工艺包括以下步骤：
S1、将甲基乙烯基硅橡胶加入至开炼机内，并使其在双辊上包辊，接着加入上述组分的气相二氧化硅和羟基硅油，混炼10min后制成混炼胶；
S2、向S1中的混炼胶中加入上述组分的矿物质粉末、改性硅石灰、白云母混合粉末、负载铂磷腈微阻燃微粒、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和交联剂，混合均匀后再次混炼10min，接着加入上述组分的双二五、双二四和过氧化二异丙苯，继续混炼5min，所得即为混炼组合物；
S3、将S2中的混炼组合物置入模具内硫化成型，所得即为矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料。
更进一步地，所述硫化成型的硫化条件为150-170℃，28MPa，硫化时间为30min。
有益效果
本发明提供了一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，与现有公知技术相比，本发明的具有如下有益效果：
本发明在矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的原料组分中加入经过2，4，6-三羟基苯甲酸改性后的硅石灰，能够提高复合材料的分解温度并降低其最大分解速率，从而增强复合材料的热稳定性；其次，通过增加不同粒径的325目白云母和800目白云母，能够使复合材料在硫化高温处理后具有极佳的力学强度，使白云母更容易在高温下与硅橡胶分解的残渣发生熔融共晶作用，从而提高复合材料陶瓷化后的强度。在矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料中加入负载铂磷腈微阻燃微粒，能够使铂负载于聚磷腈微粒的表面与成瓷填料共用，从而在一定程度上提高符合材料的耐火阻燃性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，包括矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的原料组分为：100份甲基乙烯基硅橡胶、30份气相二氧化硅、7份羟基硅油、39份矿物质粉末、105份改性硅石灰、100份白云母混合粉末、78份负载铂磷腈微阻燃微粒、28份氢氧化铝、25份氢氧化镁、28份硼酸锌、2份交联剂、5份双二五、1份双二四和1份过氧化二异丙苯。
改性硅石灰的制备方法包括以下步骤：
步骤a、将硅石灰和甲苯溶剂按质量比1：2配制成悬浮液，加入粉体质量8％的2，4，6-三羟基苯甲酸在60℃的条件下反应4h；
步骤b、反应完成后将浆液过滤并用去离子水进行洗涤，接着将洗涤后的粉体通风放置10h，并在40℃的条件下进行真空干燥，所得即为改性硅石灰。
白云母混合粉末为325目白云母和800目白云母按照1：1的质量比混合制得。
负载铂磷腈微阻燃微粒的制备方法包括以下步骤：
步骤1：称取0.4g六氯环三磷腈和0.86g4，4-二羟基二苯砜于250mL锥形瓶中，加入100mL乙腈后将锥形瓶封口，超声分散10min混合均匀；
步骤2：量取1.5mL三乙胺一次性加入步骤1中的锥形瓶内，接着将锥形瓶放入超声波清洗器中，超声功率为60W，反应温度为40℃，反应时间为4h，反应结束后将反应所得的混合液离心，去除上清液后分别用乙腈和去离子水洗涤3次，所得白色产物在真空烘箱中60℃下烘干6h，粉碎后得白色粉末；
步骤3：称取0.1g步骤2中的白色粉末倒入250mL三口烧瓶中，加入50mL乙二醇的水溶液超声分散30min，搅拌20min，然后量取1mL氯铂酸水溶液加入上述溶液中搅拌均匀；
步骤4：将混合液放入130℃油浴中，在不断搅拌下反应3h，所得混合液离心分离，去除上清液后用去离子水洗涤3次，最后在冷冻干燥箱中烘干24h，粉碎成粉末状，所得即为负载铂磷腈微阻燃微粒。
步骤1和步骤3中超声分散的12000Hz。
步骤2和步骤4中的离心转速为5000rpm。
步骤3中乙二醇的水溶液为乙二醇和水按3：2的质量比配置而成。
步骤3中氯铂酸水溶液的摩尔浓度为0.0386mmol/L。
矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的制备工艺包括以下步骤：
S1、将甲基乙烯基硅橡胶加入至开炼机内，并使其在双辊上包辊，接着加入上述组分的气相二氧化硅和羟基硅油，混炼10min后制成混炼胶；
S2、向S1中的混炼胶中加入上述组分的矿物质粉末、改性硅石灰、白云母混合粉末、负载铂磷腈微阻燃微粒、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和交联剂，混合均匀后再次混炼10min，接着加入上述组分的双二五、双二四和过氧化二异丙苯，继续混炼5min，所得即为混炼组合物；
S3、将S2中的混炼组合物置入模具内硫化成型，所得即为矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料。
硫化成型的硫化条件为150℃，28MPa，硫化时间为30min。
实施例2：
本实施例的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，包括矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的原料组分为：100份甲基乙烯基硅橡胶、32份气相二氧化硅、5份羟基硅油、40份矿物质粉末、108份改性硅石灰、90份白云母混合粉末、75份负载铂磷腈微阻燃微粒、29份氢氧化铝、26份氢氧化镁、25份硼酸锌、1份交联剂、4份双二五、2份双二四和2份过氧化二异丙苯。
改性硅石灰的制备方法包括以下步骤：
步骤a、将硅石灰和甲苯溶剂按质量比1：2配制成悬浮液，加入粉体质量8％的2，4，6-三羟基苯甲酸在60℃的条件下反应4h；
步骤b、反应完成后将浆液过滤并用去离子水进行洗涤，接着将洗涤后的粉体通风放置10h，并在40℃的条件下进行真空干燥，所得即为改性硅石灰。
白云母混合粉末为325目白云母和800目白云母按照1：1的质量比混合制得。
负载铂磷腈微阻燃微粒的制备方法包括以下步骤：
步骤1：称取0.4g六氯环三磷腈和0.86g4，4-二羟基二苯砜于250mL锥形瓶中，加入100mL乙腈后将锥形瓶封口，超声分散10min混合均匀；
步骤2：量取1.5mL三乙胺一次性加入步骤1中的锥形瓶内，接着将锥形瓶放入超声波清洗器中，超声功率为60W，反应温度为40℃，反应时间为5h，反应结束后将反应所得的混合液离心，去除上清液后分别用乙腈和去离子水洗涤3次，所得白色产物在真空烘箱中60℃下烘干6h，粉碎后得白色粉末；
步骤3：称取0.1g步骤2中的白色粉末倒入250mL三口烧瓶中，加入50mL乙二醇的水溶液超声分散30min，搅拌20min，然后量取1mL氯铂酸水溶液加入上述溶液中搅拌均匀；
步骤4：将混合液放入130℃油浴中，在不断搅拌下反应3h，所得混合液离心分离，去除上清液后用去离子水洗涤3次，最后在冷冻干燥箱中烘干24h，粉碎成粉末状，所得即为负载铂磷腈微阻燃微粒。
步骤1和步骤3中超声分散的13000Hz。
步骤2和步骤4中的离心转速为5000rpm。
步骤3中乙二醇的水溶液为乙二醇和水按3：2的质量比配置而成。
步骤3中氯铂酸水溶液的摩尔浓度为0.0386mmol/L。
矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的制备工艺包括以下步骤：
S1、将甲基乙烯基硅橡胶加入至开炼机内，并使其在双辊上包辊，接着加入上述组分的气相二氧化硅和羟基硅油，混炼10min后制成混炼胶；
S2、向S1中的混炼胶中加入上述组分的矿物质粉末、改性硅石灰、白云母混合粉末、负载铂磷腈微阻燃微粒、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和交联剂，混合均匀后再次混炼10min，接着加入上述组分的双二五、双二四和过氧化二异丙苯，继续混炼5min，所得即为混炼组合物；
S3、将S2中的混炼组合物置入模具内硫化成型，所得即为矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料。
硫化成型的硫化条件为160℃，28MPa，硫化时间为30min。
实施例3：
本实施例的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，包括矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的原料组分为：100份甲基乙烯基硅橡胶、31份气相二氧化硅、8份羟基硅油、38份矿物质粉末、110份改性硅石灰、80份白云母混合粉末、80份负载铂磷腈微阻燃微粒、30份氢氧化铝、25份氢氧化镁、30份硼酸锌、1份交联剂、3份双二五、1份双二四和2份过氧化二异丙苯。
改性硅石灰的制备方法包括以下步骤：
步骤a、将硅石灰和甲苯溶剂按质量比1：2配制成悬浮液，加入粉体质量8％的2，4，6-三羟基苯甲酸在60℃的条件下反应4h；
步骤b、反应完成后将浆液过滤并用去离子水进行洗涤，接着将洗涤后的粉体通风放置10h，并在40℃的条件下进行真空干燥，所得即为改性硅石灰。
白云母混合粉末为325目白云母和800目白云母按照1：1的质量比混合制得。
负载铂磷腈微阻燃微粒的制备方法包括以下步骤：
步骤1：称取0.4g六氯环三磷腈和0.86g4，4-二羟基二苯砜于250mL锥形瓶中，加入100mL乙腈后将锥形瓶封口，超声分散10min混合均匀；
步骤2：量取1.5mL三乙胺一次性加入步骤1中的锥形瓶内，接着将锥形瓶放入超声波清洗器中，超声功率为60W，反应温度为40℃，反应时间为5h，反应结束后将反应所得的混合液离心，去除上清液后分别用乙腈和去离子水洗涤3次，所得白色产物在真空烘箱中60℃下烘干6h，粉碎后得白色粉末；
步骤3：称取0.1g步骤2中的白色粉末倒入250mL三口烧瓶中，加入50mL乙二醇的水溶液超声分散30min，搅拌20min，然后量取1mL氯铂酸水溶液加入上述溶液中搅拌均匀；
步骤4：将混合液放入130℃油浴中，在不断搅拌下反应3h，所得混合液离心分离，去除上清液后用去离子水洗涤3次，最后在冷冻干燥箱中烘干24h，粉碎成粉末状，所得即为负载铂磷腈微阻燃微粒。
步骤1和步骤3中超声分散的15000Hz。
步骤2和步骤4中的离心转速为5000rpm。
步骤3中乙二醇的水溶液为乙二醇和水按3：2的质量比配置而成。
步骤3中氯铂酸水溶液的摩尔浓度为0.0386mmol/L。
矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的制备工艺包括以下步骤：
S1、将甲基乙烯基硅橡胶加入至开炼机内，并使其在双辊上包辊，接着加入上述组分的气相二氧化硅和羟基硅油，混炼10min后制成混炼胶；
S2、向S1中的混炼胶中加入上述组分的矿物质粉末、改性硅石灰、白云母混合粉末、负载铂磷腈微阻燃微粒、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和交联剂，混合均匀后再次混炼10min，接着加入上述组分的双二五、双二四和过氧化二异丙苯，继续混炼5min，所得即为混炼组合物；
S3、将S2中的混炼组合物置入模具内硫化成型，所得即为矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料。
硫化成型的硫化条件为170℃，28MPa，硫化时间为30min。
性能测试
将实施例1-3制得的矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料和市面上普通的硅橡胶陶瓷化复合材料分别标记为实施例1、实施例2、实施例3和对比例，并对其进行如下性能检测：
1、对实施例1、实施例2和实施例3的力学性能进行检测，检测结果记录如下表：
表1
2、对实施例1、实施例2和实施例3的热稳定性能进行检测，检测结果记录如下表：
表2
通过表1和表2的数据显示可知，本实施例1-3的矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料力学性能和热稳定性能均明显高于市面上普通的硅橡胶陶瓷化复合材料，导电性能和耐火阻燃性能较好，具有极佳的市场推广价值。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，包括矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的原料组分为：100份甲基乙烯基硅橡胶、30-32份气相二氧化硅、5-8份羟基硅油、38-40份矿物质粉末、105-110份改性硅石灰、80-100份白云母混合粉末、75-80份负载铂磷腈微阻燃微粒、28-30份氢氧化铝、25-26份氢氧化镁、25-30份硼酸锌、1-2份交联剂、3-5份双二五、1-2份双二四和1-2份过氧化二异丙苯。
2.根据权利要求1所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述改性硅石灰的制备方法包括以下步骤：
步骤a、将硅石灰和甲苯溶剂按质量比1：2配制成悬浮液，加入粉体质量8％的2，4，6-三羟基苯甲酸在60℃的条件下反应4h；
步骤b、反应完成后将浆液过滤并用去离子水进行洗涤，接着将洗涤后的粉体通风放置10h，并在40℃的条件下进行真空干燥，所得即为改性硅石灰。
3.根据权利要求1所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述白云母混合粉末为325目白云母和800目白云母按照1：1的质量比混合制得。
4.根据权利要求1所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述负载铂磷腈微阻燃微粒的制备方法包括以下步骤：
步骤1：称取0.4g六氯环三磷腈和0.86g4，4-二羟基二苯砜于250mL锥形瓶中，加入100mL乙腈后将锥形瓶封口，超声分散10min混合均匀；
步骤2：量取1.5mL三乙胺一次性加入步骤1中的锥形瓶内，接着将锥形瓶放入超声波清洗器中，超声功率为60W，反应温度为40℃，反应时间为4-5h，反应结束后将反应所得的混合液离心，去除上清液后分别用乙腈和去离子水洗涤3次，所得白色产物在真空烘箱中60℃下烘干6h，粉碎后得白色粉末；
步骤3：称取0.1g步骤2中的白色粉末倒入250mL三口烧瓶中，加入50mL乙二醇的水溶液超声分散30min，搅拌20min，然后量取1mL氯铂酸水溶液加入上述溶液中搅拌均匀；
步骤4：将混合液放入130℃油浴中，在不断搅拌下反应3h，所得混合液离心分离，去除上清液后用去离子水洗涤3次，最后在冷冻干燥箱中烘干24h，粉碎成粉末状，所得即为负载铂磷腈微阻燃微粒。
5.根据权利要求4所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述步骤1和步骤3中超声分散的12000-15000Hz。
6.根据权利要求4所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述步骤2和步骤4中的离心转速为5000rpm。
7.根据权利要求4所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述步骤3中乙二醇的水溶液为乙二醇和水按3：2的质量比配置而成。
8.根据权利要求4所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述步骤3中氯铂酸水溶液的摩尔浓度为0.0386mmol/L。
9.根据权利要求1所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料的制备工艺包括以下步骤：
S1、将甲基乙烯基硅橡胶加入至开炼机内，并使其在双辊上包辊，接着加入上述组分的气相二氧化硅和羟基硅油，混炼10min后制成混炼胶；
S2、向S1中的混炼胶中加入上述组分的矿物质粉末、改性硅石灰、白云母混合粉末、负载铂磷腈微阻燃微粒、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和交联剂，混合均匀后再次混炼10min，接着加入上述组分的双二五、双二四和过氧化二异丙苯，继续混炼5min，所得即为混炼组合物；
S3、将S2中的混炼组合物置入模具内硫化成型，所得即为矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种矿物质硅橡胶陶瓷化复合材料，其特征在于，所述硫化成型的硫化条件为150-170℃，28MPa，硫化时间为30min。
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| JPH0912888A (ja) * | 1995-06-30 | 1997-01-14 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 耐火難燃性シリコーンゴム組成物 |
| CN112679961A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-20 | 四川省金路树脂有限公司 | 一种高强度阻燃电缆专用料及其制备方法 |
| CN113736265A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-12-03 | 清远市普塞呋磷化学有限公司 | 一种陶瓷化阻燃硅橡胶材料及其制备方法 |
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