CN116606553A - 耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料及其制备方法和应用，上述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，按重量份数计，其原料组成包括：甲基乙烯基硅橡胶100份，硬脂酸改性纤维10.5～17份，填料20～35份，环氧大豆油丙烯酸酯3～5份，其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.1～1.3%。上述可陶瓷化绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：将甲基乙烯基硅橡胶、硬脂酸改性纤维、填料和环氧大豆油丙烯酸酯进行混炼，获得耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。本申请采用甲基乙烯基硅橡胶、硬脂酸改性纤维、填料、环氧大豆油丙烯酸酯并按照特定特定比例复配，制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料具有优异的抗拉强度和阻燃性能。
Description
技术领域
本申请涉及电缆技术领域，尤其是涉及耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料及其制备方法和应用。
背景技术
耐火电缆是在规定火焰燃烧条件下能够保持一定时间正常运行的电缆，或者是在燃烧条件下在一定时间内能够保持线路完整性的电缆，以满足万一发生火灾时通道的照明、应急广播、防火报警装置、自动消防设施及其他应急设备的正常供电，使人员疏散，避免大量伤亡，因而广泛应用于高层建筑、地铁、发电站、核电站、隧道、工矿企业等与防火安全和消防救生有关的重要部门及公共场所。
目前，国内外大多采用云母带缠绕的耐火电缆和氧化镁矿物防火电缆，但是云母带缠绕电缆工艺复杂，且遇火燃烧后极易脱落，而氧化镁矿物防火电缆硬度很大，接头制作工艺复杂。可陶瓷化耐火电缆因此应运而生，可陶瓷化耐火电缆包括导体和包覆在导体上的可陶瓷化绝缘层，可陶瓷化绝缘层在火焰烧蚀后可形成具有一定强度的陶瓷层，以起到隔绝火焰、防火、绝缘和隔热的作用，而且无卤、低烟，然而，目前市场上的可陶瓷化耐火电缆在使用过程中，绝缘层存在抗拉伸性能差的问题，而且阻燃性能差，极限氧指数(LOI)低于35％，难以较好地满足使用需求。因此，亟需一种抗拉伸性能和阻燃性能优异的可陶瓷化绝缘材料应用于电缆绝缘层，以使电缆较好地满足使用需求。
发明内容
为了解决上述至少一种技术问题，开发一种拉伸性能和阻燃性能优异的可陶瓷化绝缘材料，应用于电缆绝缘层，以使电缆较好地满足使用需求，本申请提供耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料及其制备方法和应用。
一方面，本申请提供的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，按重量份数计，其原料组成包括：
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.1～1.3％。
通过采用上述技术方案，本申请采用特定的成份甲基乙烯基硅橡胶、硬脂酸改性纤维、填料、环氧大豆油丙烯酸酯并且按照特定特定的比例复配，所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料具有优异的抗拉强度和阻燃性能。本申请以甲基乙烯基硅橡胶作为基料，硬脂酸改性纤维可有效地改善体系的密实度、抗拉强度，还有助于增强体系的阻燃性能；环氧大豆油丙烯酸酯可较好地改善各组分的分散性，使得填料较均匀地分散在硬脂酸改性纤维的网孔中，可进一步改善体系的密实度，从而使得所制备的可陶瓷化绝缘材料均匀致密，极限氧指数(LOI)高于39％，以较好地满足使用需求。
可选的，所述硬脂酸改性纤维包括硬脂酸、二丙酮醇、玻璃纤维粉和椰壳粉，所述硬脂酸、二丙酮醇、玻璃纤维粉和椰壳粉的重量比为(0.5～1)：(1.6～2.1)：(7.5～9)：(6～7)。
通过采用上述技术方案，本申请采用硬脂酸改性玻璃纤维粉和椰壳粉，所制得的硬脂酸改性纤维可有效地改善可陶瓷化绝缘材料的密实度、抗拉强度以及阻燃性能。
可选的，所述填料包括高岭土。
通过采用上述技术方案，高岭土可较充分地分散在硬脂酸改性纤维的网孔中，有助于改善所制得的可陶瓷化绝缘材料的阻燃性能和抗冲击性能。
可选的，所述填料还包括高白氢氧化铝，所述高岭土与所述高白氢氧化铝的重量比为(0.75～1)：(0.9～1)。
通过采用上述技术方案，可使得所制得的可陶瓷化绝缘材料具有较优的阻燃性能和抗冲击性能。
可选的，所述高岭土与所述高白氢氧化铝的重量比为0.8：0.92。
可选的，还包括无机颜料0.1～0.2份。
第二方面，本申请提供了上述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：将甲基乙烯基硅橡胶、硬脂酸改性纤维、填料和环氧大豆油丙烯酸酯在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
通过采用上述技术方案，所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料具有优异的抗拉强度和阻燃性能，可以较好地满足使用需求。
可选的，混炼温度为100～130℃，混炼时间为10～30分钟。
第三方面，本申请提供了上述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料在电缆的绝缘层领域的应用。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请采用甲基乙烯基硅橡胶、硬脂酸改性纤维、填料、环氧大豆油丙烯酸酯并且按照特定特定比例复配，所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料具有优异的抗拉强度和阻燃性能。
2.本申请以甲基乙烯基硅橡胶作为基料，硬脂酸改性纤维可有效地改善体系的密实度、抗拉强度，还有助于增强体系的阻燃性能；环氧大豆油丙烯酸酯可较好地改善各组分的分散性，使得填料较均匀地分散在硬脂酸改性纤维的网孔中，可进一步改善体系的密实度，从而使得所制备的可陶瓷化绝缘材料均匀致密，极限氧指数(LOI)高于39％，以较好地满足使用需求。
3.本申请采用硬脂酸改性玻璃纤维粉和椰壳粉，所制得的硬脂酸改性纤维可有效地改善可陶瓷化绝缘材料的密实度、抗拉强度以及阻燃性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请设计了耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，按重量份数计，其原料组成包括：
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.1～1.3％。
本申请的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料采用以下方法制备，包括以下步骤：将甲基乙烯基硅橡胶、硬脂酸改性纤维、填料和环氧大豆油丙烯酸酯在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
本申请的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料可以在电缆的绝缘层领域应用。
本申请采用甲基乙烯基硅橡胶、硬脂酸改性纤维、填料、环氧大豆油丙烯酸酯并且按照特定特定比例复配，所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料具有优异的抗拉强度和阻燃性能。本申请以甲基乙烯基硅橡胶作为基料，硬脂酸改性纤维可有效地改善体系的密实度、抗拉强度，还有助于增强体系的阻燃性能；环氧大豆油丙烯酸酯可较好地改善各组分的分散性，使得填料较均匀地分散在硬脂酸改性纤维的网孔中，可进一步改善体系的密实度，从而使得所制备的可陶瓷化绝缘材料均匀致密，极限氧指数(LOI)高于39，以较好地满足使用需求。
具体实施例
制备例1～8为硬脂酸改性纤维的制备
硬脂酸购自盼得(上海)国际贸易有限公司，玻璃纤维粉的目数为2000目，椰壳粉的目数为200目，二丙酮醇的纯度为99.5％。
制备例1
将0.5kg硬脂酸、8kg玻璃纤维粉和6.2kg椰壳粉加入1.9kg二丙酮醇中，以转速为100转/分钟的搅拌速率搅拌10分钟，之后，进行过滤、干燥处理，制得硬脂酸改性纤维。
制备例2
将0.85kg硬脂酸、7.5kg玻璃纤维粉和6kg椰壳粉加入1.75kg二丙酮醇中，以转速为150转/分钟的搅拌速率搅拌6分钟，之后，进行过滤、干燥处理，制得硬脂酸改性纤维。
制备例3
将0.6kg硬脂酸、7.6kg玻璃纤维粉和6.5kg椰壳粉加入1.6kg二丙酮醇中，以转速为120转/分钟的搅拌速率搅拌8分钟，之后，进行过滤、干燥处理，制得硬脂酸改性纤维。
制备例4
将1kg硬脂酸、9kg玻璃纤维粉和6.8kg椰壳粉加入1.82kg二丙酮醇中，以转速为160转/分钟的搅拌速率搅拌5分钟，之后，进行过滤、干燥处理，制得硬脂酸改性纤维。
制备例5
将0.72kg硬脂酸、8.2kg玻璃纤维粉和7kg椰壳粉加入1.66kg二丙酮醇中，以转速为100转/分钟的搅拌速率搅拌12分钟，之后，进行过滤、干燥处理，制得硬脂酸改性纤维。
制备例6
将0.57kg硬脂酸、7.55kg玻璃纤维粉和6.1kg椰壳粉加入1.72kg二丙酮醇中，以转速为160转/分钟的搅拌速率搅拌4分钟，之后，进行过滤、干燥处理，制得硬脂酸改性纤维。
制备例7
将0.63kg硬脂酸、7.9kg玻璃纤维粉和6kg椰壳粉加入1.8kg二丙酮醇中，以转速为150转/分钟的搅拌速率搅拌5分钟，之后，进行过滤、干燥处理，制得硬脂酸改性纤维。
制备例8
将0.91kg硬脂酸、8.4kg玻璃纤维粉和6.7kg椰壳粉加入1.85kg二丙酮醇中，以转速为160转/分钟的搅拌速率搅拌5分钟，之后，进行过滤、干燥处理，制得硬脂酸改性纤维。
实施例1～8
环氧大豆油丙烯酸酯购自湖北兴琰新材料科技有限公司；高岭土的平均粒径为40mm。
实施例1
将10kg甲基乙烯基硅橡胶、1.1kg制备例1所制得的硬脂酸改性纤维、2.15kg填料和0.3kg环氧大豆油丙烯酸酯在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.1％，填料为高岭土；混炼温度为100℃，混炼时间为30分钟。
实施例2
将10kg甲基乙烯基硅橡胶、1.05kg制备例2所制得的硬脂酸改性纤维、2kg填料和0.32kg环氧大豆油丙烯酸酯在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.12％，填料为高岭土；混炼温度为100℃，混炼时间为30分钟。
实施例3
将10kg甲基乙烯基硅橡胶、1.5kg制备例3所制得的硬脂酸改性纤维、2.5kg填料、0.5kg环氧大豆油丙烯酸酯和0.01kg锌白粉在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.3％，填料为高岭土；混炼温度为100℃，混炼时间为30分钟。
实施例4
将10kg甲基乙烯基硅橡胶、1.26kg制备例4所制得的硬脂酸改性纤维、2.36kg填料、0.47kg环氧大豆油丙烯酸酯和0.02kg钛白粉在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.26％，填料为高岭土；混炼温度为100℃，混炼时间为30分钟。
实施例5
将10kg甲基乙烯基硅橡胶、1.7kg制备例5所制得的硬脂酸改性纤维、3kg填料、0.36kg环氧大豆油丙烯酸酯和0.015kg钛白粉在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.18％，填料为高岭土；混炼温度为105℃，混炼时间为30分钟。
实施例6
将10kg甲基乙烯基硅橡胶、1.31kg制备例6所制得的硬脂酸改性纤维、3.14kg填料和0.48kg环氧大豆油丙烯酸酯在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.15％，填料为高岭土；混炼温度为115℃，混炼时间为20分钟。
实施例7
将10kg甲基乙烯基硅橡胶、1.67kg制备例7所制得的硬脂酸改性纤维、3.5kg填料和0.42kg环氧大豆油丙烯酸酯在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.23％，填料为高岭土；混炼温度为120℃，混炼时间为15分钟。
实施例8
将10kg甲基乙烯基硅橡胶、1.43kg制备例8所制得的硬脂酸改性纤维、2.92kg填料和0.35kg环氧大豆油丙烯酸酯在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
其中，甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.25％，填料为高岭土；混炼温度为130℃，混炼时间为10分钟。
实施例9～15
实施例9～15与实施例1的区别在于：实施例9～15中填料为高岭土与高白氢氧化铝的混合物，高岭土和高白氢氧化铝的平均粒径均为40mm，实施例9～15中高岭土与高白氢氧化铝的重量比如下表1所示。
表1
| 高岭土 | 高白氢氧化铝 | |
| 实施例9 | 0.75 | 0.91 |
| 实施例10 | 1 | 1 |
| 实施例11 | 0.8 | 0.92 |
| 实施例12 | 0.83 | 0.9 |
| 实施例13 | 0.91 | 0.95 |
| 实施例14 | 0.95 | 0.98 |
| 实施例15 | 0.87 | 0.96 |
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：对比例1中采用玻璃纤维粉取代硬脂酸改性纤维。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于：对比例2中不含环氧大豆油丙烯酸酯。
将实施例1～15以及对比例1、对比例2所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料分别放入平板硫化机中，然后在温度为160℃、压力为15MPa的条件下固化35分钟，制得试片，将制得的试片根据GB/T5019.10-2022的测试方法检测试片的机械性能、介电性能，并按照ASTMD2863极限氧指数(LOI)测试阻燃性能，试验结果如下表2所示。
表2
从表2的试验结果可知，实施例1～8所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料的拉伸强度处于7.2～7.7MPa之间，扯断伸长率高于193％，体积电阻率高于2×105Ω·cm，击穿强度高于25KV/mm，并且氧指数高于39％；实施例9～15中因为填料采用了高岭土与高白氢氧化铝的混合物，所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料的机械性能、介电性能以及氧指数均优于实施例1～8。因此，本申请所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料具有优异的拉伸强度以及阻燃性能。
对比例1中因采用玻璃纤维粉取代硬脂酸改性纤维，导致所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料的机械性能、介电性能较差，并且氧指数较低于35％，对比例2中因不含环氧大豆油丙烯酸酯，从而使得所制备的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料的机械性能、介电性能差，并且氧指数低于38％。
高温烧结试验
将实施例1～15以及对比例1、对比例2所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料分别放入平板硫化机中，然后在温度为160℃、压力为15MPa的条件下固化35分钟，制得试片，试片厚度为2mm和5mm，将试片分别放入高温烧结马弗炉中，试片在高温马弗炉中的烧蚀结果如下表3所示。
表3
注：烧蚀时间均为90min。
从表3的试验结果可知，本申请所制得的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料在450～1000℃的高温烧蚀下，可烧结成坚硬的陶瓷状物体。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，其特征在于，按重量份数计，其原料组成包括：
甲基乙烯基硅橡胶 100份，
硬脂酸改性纤维 10.5～17份，
填料 20～35份，
环氧大豆油丙烯酸酯 3～5份，
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔百分含量为1.1～1.3%。
2.根据权利要求1所述的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，其特征在于，所述硬脂酸改性纤维包括硬脂酸、二丙酮醇、玻璃纤维粉和椰壳粉，所述硬脂酸、二丙酮醇、玻璃纤维粉和椰壳粉的重量比为（0.5～1）：（1.6～2.1）：（7.5～9）：（6～7）。
3.根据权利要求1所述的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，其特征在于，所述填料包括高岭土。
4.根据权利要求3所述的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，其特征在于，所述填料还包括高白氢氧化铝，所述高岭土与所述高白氢氧化铝的重量比为（0.75～1）：（0.9～1）。
5.根据权利要求4所述的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，其特征在于，所述高岭土与所述高白氢氧化铝的重量比为0.8：0.92。
6.根据权利要求1所述的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料，其特征在于，还包括无机颜料0.1～0.2份。
7.一种权利要求1所述的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将甲基乙烯基硅橡胶、硬脂酸改性纤维、填料和环氧大豆油丙烯酸酯在密炼机中进行混炼，获得所述耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料。
8.根据权利要求6所述的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料的制备方法，其特征在于，混炼温度为100～130℃，混炼时间为10～30分钟。
9.一种权利要求1所述的耐火电缆用可陶瓷化绝缘材料在电缆的绝缘层技术领域的应用。
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