CN115491040A - 一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料及其制备方法，护套材料的原料按重量份数分为：乙烯基硅橡胶、天然橡胶、硅树脂、硫化剂、硫化促进剂、软化剂、增塑剂、润滑剂、炭黑、阻燃剂及无机填料，显著提高了护套材料的稳定性、抗拉伸强度、撕裂强度、耐热性、耐老化性和弹性，同时改善了护套材料的加工性能，添加硫化剂更容易对乙烯基硅橡胶进行硫化，显著提高了护套材料的热稳定性，大幅度提高基材的强度和拉伸性能，能过VW‑1阻燃，在燃烧过程中能有一定的抑焰或燃烧后形成一定的不脱落的保护层，具有优异的耐磨、耐高温阻燃性能以及耐老化性能。
Description
技术领域
本发明涉及电缆护套材料制备方法技术领域，具体为一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料及其制备方法。
背景技术
电缆护套是保护电缆免受外界破坏的重要部分，通常采用高分子功能材料制成。电缆护套必须能够保护电缆的内外导体以及绝缘层免受环境、气候、酸、水解作用的影响，目前，电缆护套材料的主体材料主要由氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、聚氨酯、聚乙烯、各种天然或合成的橡胶等。
由于硅橡胶具有优异的耐高低温性能和抗老化性能，可以在很宽的温度范围内长期使用等特点，目前已在电子电气、机械、汽车、化工、航空、航天、船舶等领域应用广泛，也是电缆领域常用的材料。
但在实际生产过程中，设备电缆在长时间连续工作的情况下会产生大量的热，容易发生电缆护套的受热损坏，而如果电缆护套的阻燃性能较差，很容易引发电缆线路火灾，硅橡胶本身遇到明火会持续燃烧，用其制作的电缆存阻燃性能不是很理想的缺陷，限制了其在国民经济的各领域的应用，特别是对阻燃性具有特殊要求的场合，往往需要对其进行改性，并且硅橡胶电缆护套材料会配合大量无机填料使用，由此改变胶料的硫化性能、物理机械性能和热性能等，但是，无机填料添加到硅橡胶基料中，两者之间的结合力弱，反而造成界面缺陷，导致电缆护套材料的耐热和阻燃性能下降，因此，我们提出一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料，护套材料的原料按重量份数分为：乙烯基硅橡胶80-100份、天然橡胶20-30份、硅树脂10-15份、硫化剂4-8份、硫化促进剂1-3份、软化剂2-6份、增塑剂8-16份、润滑剂2-6份、炭黑20-30份、阻燃剂5-10份及无机填料5-10份。
制备方法的具体步骤为：
(1)将炭黑分散于有机溶剂中，得到炭黑分散液，将炭黑分散液升温至80-100度后，加入硅烷偶联剂，保温搅拌反应100-150min，然后经洗涤、过滤、干燥得到改性炭黑；
(2)将乙烯基硅橡胶加热至120-150度，加入改性炭黑，恒温搅拌1-3h，得到改性硅橡胶；
(3)称取相应重量份的改性硅橡胶、天然橡胶、硅树脂和润滑剂，将其导入到高速混料机中进行高速搅拌混合，搅拌时间为20-30min，然后将混合物加入到密炼机中，放下上顶栓进行密炼，密炼温度为150-180度，密炼时间5-10min，然后提起上顶栓，自然冷却2-4min后再次放下上顶栓，密炼1-3分钟，提起上顶栓后开启翻转料斗，将混合料翻出，并将其转入开炼机薄通打卷，可以促使混合料在室温下停放冷却至室温；
(4)将步骤(3)中所得到的混炼物配合硫化剂、硫化促进剂、阻燃剂及填料加入密炼机中，放下上顶栓，密炼温度为120-140度，密炼时间5-10min，然后提起上顶栓，再放入硫化剂和增塑剂，放下上顶栓，密炼温度为180-200度，密炼时间3-5min，提起上顶栓，开启翻转料斗，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷；
(5)将薄通后打成的胶卷投入送入双螺杆挤出机中，控温160-180度，挤出造粒即得电缆护套材料。
优选的，阻燃剂制备时需要先将滑石粉、硅藻土、纳米二氧化硅与羧甲基纤维素加入到有机溶剂中进行搅拌、分散得到分散液，然后将分散液升温至80-90度后加入偶联剂搅拌10-20min即可。
优选的，有机溶剂为无水乙醇，且偶联剂选用KH560。
优选的，硫化剂为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯与过氧化苯甲酰的混合物，润滑剂为羟基硅油。
优选的，将填料分散于无水丙酮中，配置成悬浮液，将悬浮液升温至50-70度，加入硅烷偶联剂，在50-70度下搅拌1-2h，再加入膨润土，继续在50-70度下搅拌30-50min，经过滤、洗涤、干燥得到无机填料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明以乙烯基硅橡胶和硅树脂为主料，并加入了天然橡胶对其进行改性，改善了硅橡胶和硅树脂之间的相容性，使其性能互补，在降低成本的前提下，显著提高了护套材料的稳定性、抗拉伸强度、撕裂强度、耐热性、耐老化性和弹性，同时改善了护套材料的加工性能，添加硫化剂更容易对乙烯基硅橡胶进行硫化，显著提高了护套材料的热稳定性；
2.本发明通过硅烷偶联剂对炭黑作改性处理，再利用改性炭黑对硅橡胶进行改性，在无机填料的表面引入活性炭双键，促使无机填料与硅树脂乳化，使得硅树脂包覆无机填料，在混炼过程中与改性硅橡胶相容性好，很容易在改性硅橡胶中分散开来，充分发挥其补强、阻燃、防老化的作用；
3.本发明在原料中加入阻燃剂，通过硅烷偶联剂对滑石粉进行改性，能提高其自身的阻燃性能之外，其能够与硅橡胶自身相容性好，使得阻燃剂与硅橡胶共混能显著改善基体的强度，增大阻燃效果，使基体保持较好的阻燃效果的同时基体强度反而大大提高，大幅度提高基材的强度和拉伸性能，能过VW-1阻燃，在燃烧过程中能有一定的抑焰或燃烧后形成一定的不脱落的保护层，具有优异的耐磨、耐高温阻燃性能以及耐老化性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明提供一种技术方案：一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料，护套材料的原料按重量份数分为：乙烯基硅橡胶80-100份、天然橡胶20-30份、硅树脂10-15份、硫化剂4-8份、硫化促进剂1-3份、软化剂2-6份、增塑剂8-16份、润滑剂2-6份、炭黑20-30份、阻燃剂5-10份及无机填料5-10份；
制备方法的具体步骤为：
(1)将炭黑分散于有机溶剂中，得到炭黑分散液，将炭黑分散液升温至80-100度后，加入硅烷偶联剂，保温搅拌反应100-150min，然后经洗涤、过滤、干燥得到改性炭黑；
(2)将乙烯基硅橡胶加热至120-150度，加入改性炭黑，恒温搅拌1-3h，得到改性硅橡胶；
(3)称取相应重量份的改性硅橡胶、天然橡胶、硅树脂和润滑剂，将其导入到高速混料机中进行高速搅拌混合，搅拌时间为20-30min，然后将混合物加入到密炼机中，放下上顶栓进行密炼，密炼温度为150-180度，密炼时间5-10min，然后提起上顶栓，自然冷却2-4min后再次放下上顶栓，密炼1-3分钟，提起上顶栓后开启翻转料斗，将混合料翻出，并将其转入开炼机薄通打卷，可以促使混合料在室温下停放冷却至室温；
(4)将步骤(3)中所得到的混炼物配合硫化剂、硫化促进剂、阻燃剂及填料加入密炼机中，放下上顶栓，密炼温度为120-140度，密炼时间5-10min，然后提起上顶栓，再放入硫化剂和增塑剂，放下上顶栓，密炼温度为180-200度，密炼时间3-5min，提起上顶栓，开启翻转料斗，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷；
(5)将薄通后打成的胶卷投入送入双螺杆挤出机中，控温160-180度，挤出造粒即得电缆护套材料；
阻燃剂制备时需要先将滑石粉、硅藻土、纳米二氧化硅与羧甲基纤维素加入到有机溶剂中进行搅拌、分散得到分散液，然后将分散液升温至80-90度后加入偶联剂搅拌10-20min即可；
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硫化剂为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯与过氧化苯甲酰的混合物，润滑剂为羟基硅油；
将填料分散于无水丙酮中，配置成悬浮液，将悬浮液升温至50-70度，加入硅烷偶联剂，在50-70度下搅拌1-2h，再加入膨润土，继续在50-70度下搅拌30-50min，经过滤、洗涤、干燥得到无机填料；
选取相同的重量份的原料进行电缆护套材料制备，同时基于电缆护套材料进行电缆护套的制备，在电缆护套制备完成后，对电缆护套进行邵氏硬度、磨损量、热变形温度、抗拉伸强度、断裂伸长率的性能测试。
实施例1
1.选取相对应的重量份数的原料：乙烯基硅橡胶80份、天然橡胶20份、硅树脂10份、硫化剂4份、硫化促进剂1份、软化剂2份、增塑剂8份、润滑剂2份、炭黑20份、阻燃剂5份及无机填料5份；
2.按照制备工艺的标准进行电缆护套制备，然后进行性能测试，技术指标参考下表。
实施例2
1.选取相对应的重量份数的原料：乙烯基硅橡胶88份、天然橡胶24份、硅树脂12份、硫化剂5份、硫化促进剂2份、软化剂4份、增塑剂10份、润滑剂4份、炭黑24份、阻燃剂6份及无机填料6份；
2.按照制备工艺的标准进行电缆护套制备，然后进行性能测试，技术指标参考下表。
实施例3
1.选取相对应的重量份数的原料：乙烯基硅橡胶95份、天然橡胶28份、硅树脂13份、硫化剂6份、硫化促进剂5份、软化剂5份、增塑剂14份、润滑剂4份、炭黑28份、阻燃剂8份及无机填料8份；
2.按照制备工艺的标准进行电缆护套制备，然后进行性能测试，技术指标参考下表。
实施例4
1.选取相对应的重量份数的原料：乙烯基硅橡胶100份、天然橡胶30份、硅树脂15份、硫化剂8份、硫化促进剂3份、软化剂6份、增塑剂16份、润滑剂6份、炭黑30份、阻燃剂10份及无机填料10份；
2.按照制备工艺的标准进行电缆护套制备，然后进行性能测试，技术指标参考下表。
对比例1
1.选取相对应的重量份数的原料：(不包括阻燃剂)乙烯基硅橡胶95份、天然橡胶28份、硅树脂13份、硫化剂6份、硫化促进剂5份、软化剂5份、增塑剂14份、润滑剂4份、炭黑28份及无机填料8份；
2.按照制备工艺的标准进行电缆护套制备，然后进行性能测试，技术指标参考下表。
对比例2
1.选取相对应的重量份数的原料：(不包含炭黑)乙烯基硅橡胶95份、天然橡胶28份、硅树脂13份、硫化剂6份、硫化促进剂5份、软化剂5份、增塑剂14份、润滑剂4份、阻燃剂8份及无机填料8份；
2.按照制备工艺的标准进行电缆护套制备，然后进行性能测试，技术指标参考下表.
对比例3
1.选取相对应的重量份数的原料：(不包含无机填料)乙烯基硅橡胶95份、天然橡胶28份、硅树脂13份、硫化剂6份、硫化促进剂5份、软化剂5份、增塑剂14份、润滑剂4份、炭黑28份及阻燃剂8份；
2.按照制备工艺的标准进行电缆护套制备，然后进行性能测试，技术指标参考下表，测试数据表格如下：
测试结果：由实施例1、实施例2、实施例3和实施例4可知，制得的电缆护套性能都能够维持在一个较高的水准，仅仅是存在着配料份数比的差异，但是制得的电缆护套邵氏硬度高、磨损量小、热变形温度高、抗拉伸强度大及断裂伸长率高，符合目前使用的环境要求标准；
通过实施例3和对比例1的对比可以明确对比例1的整体性能较实施例3而言有所下降，其他性能都有所下降，热变形温度下降幅度过大，可以明确出阻燃剂在电缆护套配料中对阻燃性和耐高温上起到的重要作用；
通过实施例3和对比例2的对比可以明确对比例2的整体性能较实施例3而言其他性能都有所下降，抗拉伸强度和断裂伸长率数据下降幅度过大，可以明确出炭黑在电缆护套配料中对抗拉伸强度和断裂伸长率上起到的重要作用；
通过实施例3和对比例3的对比可以明确对比例3的整体性能较实施例3而言其他性能都有所下降，抗拉伸强度和邵氏硬度下降幅度过大，可以明确出无机填料在电缆护套配料中对抗拉伸强度和邵氏硬度上起到的重要作用。
综合以上的测试技术指标，本发明通过硅烷偶联剂对炭黑作改性处理，再利用改性炭黑对硅橡胶进行改性，在无机填料的表面引入活性炭双键，促使无机填料与硅树脂乳化，使得硅树脂包覆无机填料，在混炼过程中与改性硅橡胶相容性好，很容易在改性硅橡胶中分散开来，充分发挥其补强、阻燃、防老化的作用，且在原料中加入阻燃剂，能提高其自身的阻燃性能之外，其能够与硅橡胶自身相容性好，使得阻燃剂与硅橡胶共混能显著改善基体的强度，增大阻燃效果，使基体保持较好的阻燃效果的同时基体强度反而大大提高，大幅度提高基材的强度和拉伸性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料，其特征在于：护套材料的原料按重量份数分为：乙烯基硅橡胶80-100份、天然橡胶10-15份、硅树脂20-40份、硫化剂4-8份、硫化促进剂1-3份、软化剂2-6份、增塑剂8-16份、润滑剂2-6份、炭黑20-30份、阻燃剂5-10份及无机填料5-10份。
2.根据权利要求1所述的一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料制备方法，其特征在于：制备方法的具体步骤为：
(1)将炭黑分散于有机溶剂中，得到炭黑分散液，将炭黑分散液升温至80-100度后，加入硅烷偶联剂，保温搅拌反应100-150min，然后经洗涤、过滤、干燥得到改性炭黑；
(2)将乙烯基硅橡胶加热至120-150度，加入改性炭黑，恒温搅拌1-3h，得到改性硅橡胶；
(3)称取相应重量份的改性硅橡胶、天然橡胶、硅树脂和润滑剂，将其导入到高速混料机中进行高速搅拌混合，搅拌时间为20-30min，然后将混合物加入到密炼机中，放下上顶栓进行密炼，密炼温度为150-180度，密炼时间5-10min，然后提起上顶栓，自然冷却2-4min后再次放下上顶栓，密炼1-3分钟，提起上顶栓后开启翻转料斗，将混合料翻出，并将其转入开炼机薄通打卷，可以促使混合料在室温下停放冷却至室温；
(4)将步骤(3)中所得到的混炼物配合硫化剂、硫化促进剂、阻燃剂及填料加入密炼机中，放下上顶栓，密炼温度为120-140度，密炼时间5-10min，然后提起上顶栓，再放入硫化剂和增塑剂，放下上顶栓，密炼温度为180-200度，密炼时间3-5min，提起上顶栓，开启翻转料斗，将混合料翻出，转入开炼机薄通打卷；
(5)将薄通后打成的胶卷投入送入双螺杆挤出机中，控温160-180度，挤出造粒即得电缆护套材料。
3.根据权利要求2所述的一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料制备方法，其特征在于：阻燃剂制备时需要先将滑石粉、硅藻土、纳米二氧化硅与羧甲基纤维素加入到有机溶剂中进行搅拌、分散得到分散液，然后将分散液升温至80-90度后加入偶联剂搅拌10-20min即可。
4.根据权利要求3所述的一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料制备方法，其特征在于：有机溶剂为无水乙醇，且偶联剂选用KH560。
5.根据权利要求2所述的一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料制备方法，其特征在于：硫化剂为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯与过氧化苯甲酰的混合物，润滑剂为羟基硅油。
6.根据权利要求2所述的一种高阻燃硅橡胶电缆护套材料制备方法，其特征在于：将填料分散于无水丙酮中，配置成悬浮液，将悬浮液升温至50-70度，加入硅烷偶联剂，在50-70度下搅拌1-2h，再加入膨润土，继续在50-70度下搅拌30-50min，经过滤、洗涤、干燥得到无机填料。
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| US20070249772A1 (en) * | 2004-06-30 | 2007-10-25 | Igor Chorvath | Elastomer Silicone Vulcanizates |
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