CN117343443A - 一种阻燃应力控制橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃应力控制橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种阻燃应力控制橡胶及其制备方法,各原料组分的重量份为:乙丙橡胶100份,阻燃剂60‑180份,炭黑5‑20份,气相二氧化硅10‑40份,无机填料80‑160份,操作油30‑60份,无机金属氧化物5‑15份,过氧化物交联剂4‑10份。本发明技术方案通过使用乙丙橡胶、阻燃剂与多种助剂之间按照特定的比例组合混炼,经过氧化物硫化交联制备成为阻燃的应力控制橡胶具有一定的强度和断裂伸长率,而且阻燃剂的添加能有效捕捉材料燃烧反应产生的自由基,明显提高基材的阻燃效果。

Description

一种阻燃应力控制橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆橡胶材料领域,特别涉及一种阻燃应力控制橡胶及其制备方法。
背景技术
在高压输电电缆终端或中间接头的施工过程中电缆被切段,需要对电缆的结构逐层恢复。其中,由于电缆半导电层被切断,电场发生畸变从而导致电场分布极不均匀,进一步产生电应力集中,产生击穿,因此需要在恢复电缆连接结构的同时,还需要保证电应力分布均匀。
应力控制橡胶可以制成应力控制管或应力控制片,直接绕包在绝缘屏蔽切断点上形成一定的特性阻抗,起到电学应力控制作用。但是现有的应力控制橡胶不具备阻燃特性,在发生电力事故时极易燃烧从而引发火灾,这限制了应力控制橡胶的应用。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种应力控制橡胶,旨在解决现有应力控制橡胶无法阻燃的问题。
为实现上述目的,本发明提出一种阻燃应力控制橡胶,原各原料组分的重量份为:
优选地,所述阻燃剂为十溴二苯乙烷,三氧化二锑,氢氧化铝,氢氧化镁中的任意一种或任意多种组合。
优选的方案,阻燃应力控制橡胶,各原料组分的重量份配比如下:
优选地,所述气相二氧化硅比表面积不低于150m2/g,气相二氧化硅可为HM-150,HM-200,HM-300中的任意一种或任意多种组合。
优选地,所述炭黑为N550、N472、N330、N220中的任意一种或任意多种组合。
优选地,所述无机填料为煅烧高岭土、滑石粉、钛酸钡、碳酸钙中的任意一种或任意多种组合。
优选地,所述操作油为石蜡油2280、石蜡油6030、石蜡油25110中的任意一种或任意多种组合。用于软化增塑剂,挤出、低温性能、耐污染性、耐老化性等优异
优选地,所述无机金属氧化物为氧化锌、氧化钙、二氧化钛中的任意一种或任意多种组合。
优选地,所述过氧化物交联剂为过氧化二异丙苯、三烯丙基异氰尿酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的任意一种或任意多种组合。
优选地,原材料按重量份算,还包括:
硅烷偶联剂 0.5-5份
加工助剂 0.5-10份
防老剂 1.5-5份
优选地,所述加工助剂为硬脂酸、聚乙二醇、PE蜡、微晶蜡中的任意一种或任意多种组合。
优选地,所述硅烷偶联剂为巯基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中的一种或两种,具体的,可为Si-69和A-172中的一种或两种。能提高橡胶的粘接强度、耐水、耐气候等性能。
优选地,所述防老剂为防老剂RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体)、防老剂MB(2-硫醇基苯并咪唑)中的一种或两种。
本发明还提供了阻燃应力控制橡胶的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:按重量份计算,将所述阻燃应力控制橡胶的原材料乙丙橡胶100份,阻燃剂60-180份,炭黑5-20份,气相二氧化硅10-35份,无机填料80-160份,无机金属氧化物5-15份,防老剂1.5-5份,加工助剂0.5-10份加入密炼机密炼,密炼至120℃时加入硅烷偶联剂0.5-5份,操作油30-60份,继续加压密炼至130℃-150℃排胶,制备成基胶;
步骤2:将所述基胶加入开炼机,再加入重量份为4-10的过氧化物交联剂,打三角包5次,薄通10次,打卷3次后出片,得到第一阻燃应力控制橡胶;
步骤3:用平板硫化机硫化所述第一阻燃应力控制橡胶,硫化温度150-170℃,硫化压力10-20MPa,硫化时间10-30min,制得所述阻燃应力控制橡胶。
本发明技术方案的阻燃应力控制橡胶的原材料按重量份计包括:乙丙橡胶100份,阻燃剂60-180份,炭黑5-20份,气相二氧化硅10-40份,无机填料80-160份,操作油30-60份,无机金属氧化物5-15份,过氧化物交联剂4-10份。本发明技术方案通过使用乙丙橡胶、阻燃剂与多种助剂之间按照特定的比例组合混炼,经过氧化物硫化交联制备成为阻燃的应力控制橡胶具有一定的强度和断裂伸长率,而且阻燃剂的添加能有效捕捉材料燃烧反应产生的自由基,明显提高基材的阻燃效果。且相比于硫磺硫化,过氧化物硫化的材料高温下不会产生二氧化硫、硫化氢等有毒气体。阻燃安全性能更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明阻燃应力控制橡胶的制备方法的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的实施方案进行详细描述,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的一部分实施例,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。但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本发明提出一种阻燃应力控制橡胶,该阻燃应力控制胶具有一定的强度和拉断伸长率,并且阻燃等级达到FV-0级。
本发明技术方案的阻燃应力控制橡胶的原各原料组分的重量份为:乙丙橡胶100份,阻燃剂60-180份,炭黑5-20份,气相二氧化硅10-40份,无机填料80-160份,操作油30-60份,无机金属氧化物5-15份,过氧化物交联剂4-10份,以及硅烷偶联剂0.5-5份、加工助剂0.5-10份、防老剂1.5-5份。通过使用乙丙橡胶、阻燃剂与多种助剂之间按照特定的比例组合混炼,经过氧化物硫化交联制备成为阻燃的应力控制橡胶具有一定的强度和断裂伸长率,而且阻燃剂的添加能有效捕捉材料燃烧反应产生的自由基,明显提高基材的阻燃性能,依然可以实现电场均匀化的效果。且相比于硫磺硫化,过氧化物硫化的材料高温下不会产生二氧化硫、硫化氢等有毒气体,阻燃安全性能更好。
阻燃剂采用十溴二苯乙烷,三氧化二锑,氢氧化铝,氢氧化镁中的任意一种或任意多种组合。
其中,十溴二苯乙烷受热分解会产生自由基捕捉剂降低橡胶材料的燃烧速度,同时受热会释放出难燃的、高密度的溴化氢气体覆盖在聚合物表面起到隔绝空气的作用。三氧化二锑的加入可有效提高氧指数,改善阻燃性能。而金属氢氧化物如氢氧化铝和氢氧化镁在受热过程中释放水分,通过吸收热量和稀释可燃气体的难度起到阻燃作用,并且,其受热分解生成的Al2O3、MgO附着在可燃物上,可以减少可燃面积,起到抑制燃烧的作用。
其中,气相二氧化硅比表面积不低于150m2/g,气相二氧化硅可采用HM-150,HM-200,HM-300中的任意一种或任意多种组合。
其中,炭黑为N550、N472、N330、N220中的任意一种或任意多种组合。
其中,无机填料采用煅烧高岭土、滑石粉、钛酸钡、碳酸钙中的任意一种或任意多种组合。
其中,操作油采用石蜡油2280、石蜡油6030、石蜡油25110中的任意一种或任意多种组合。
其中,无机金属氧化物为氧化锌、氧化钙、二氧化钛中的任意一种或任意多种组合。
其中,过氧化物交联剂为过氧化二异丙苯、三烯丙基异氰尿酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的任意一种或任意多种组合。
其中的加工助剂为硬脂酸、聚乙二醇、PE蜡、微晶蜡中的任意一种或任意多种组合。
其中,硅烷偶联剂为巯基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中的一种或两种,具体的,可为Si-69和A-172中的一种或两种。
其中,防老剂为防老剂RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体)、防老剂MB(2-硫醇基苯并咪唑)中的一种或两种。
本实施方式中具体的原材料重量配比如下:乙丙橡胶100份,十溴二苯乙烷40份,三氧化二锑20份,20份气相二氧化硅HM-200,15份炭黑N472,钛酸钡80份,30份石蜡油6030,2份硅烷偶联剂A172,氧化锌5份,硬脂酸1份,1.5份防老剂MB,1份防老剂RD,3份过氧化物交联剂DCP,2份交联助剂TAIC。
阻燃应力控制橡胶的制备方法,请参阅图1,包含以下步骤:
步骤1:按上述具体重量份例备出原材料,将所述阻燃应力控制橡胶的原材料乙丙橡胶100份,十溴二苯乙烷40份,三氧化二锑20份,20份气相二氧化硅HM-200,15份炭黑N472,钛酸钡80份,30份石蜡油6030,2份硅烷偶联剂A172,氧化锌5份,硬脂酸1份,1.5份防老剂MB,1份防老剂RD,3份过氧化物交联剂DCP,2份交联助剂TAIC。
本发明实施例的阻燃应力控制橡胶的制备方法,包括:
步骤1:按重量份计算,将所述阻燃应力控制橡胶的原材料乙丙橡胶100份,十溴二苯乙烷40份,三氧化二锑20份,20份气相二氧化硅HM-200,15份炭黑N472,钛酸钡80份,氧化锌5份,硬脂酸1份,1.5份防老剂MB,1份防老剂RD加入密炼机密炼,密炼至120℃时加入2份硅烷偶联剂A172,30份石蜡油6030,继续加压密炼至140℃排胶,制备成基胶。
步骤2:将所述基胶加入开炼机,再加入3份过氧化物交联剂DCP,2份交联助剂TAIC,打三角包5次,薄通10次,打卷3次后出片,得到第一阻燃应力控制橡胶;其中,打三角包是为了帮助橡胶进行剪断、可塑化、均匀化,并确保配合剂的混练作业,促进橡胶的均匀分布。
步骤3:用平板硫化机硫化所述第一阻燃应力控制橡胶,硫化温度170℃,硫化压力15MPa,硫化时间10min,制得实施例1的阻燃应力控制橡胶。
实施例2
实施例2的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于十溴二苯乙烷的重量份为50份,三氧化二锑的重量份为25份,制备方法参考实施例1,得到实施例2的阻燃应力控制橡胶。
实施例3
实施例3的阻燃应力控制橡胶与实施例2的区别仅在于煅烧高岭土的重量份为20份,制备方法参考实施例1,得到实施例3的阻燃应力控制橡胶。
实施例4
实施例4的阻燃应力控制橡胶与实施例3的区别仅在于将煅烧高岭土替换为氢氧化铝,制备方法参考实施例1,得到实施例4的阻燃应力控制橡胶。
实施例5
实施例5的阻燃应力控制橡胶与实施例3的区别仅在于将煅烧高岭土替换为氢氧化镁,制备方法参考实施例1,得到实施例5的阻燃应力控制橡胶。
实施例6
实施例6的阻燃应力控制橡胶与实施例4的区别仅在于氢氧化镁的重量份为20份,制备方法参考实施例1,得到实施例6的阻燃应力控制橡胶。
实施例7
实施例7的阻燃应力控制橡胶的原材料组分的重量份配比如下:乙丙橡胶100份,氢氧化铝120份,氢氧化镁60份,20份气相二氧化硅HM-200,15份炭黑N472,钛酸钡80份,30份石蜡油6030,2份硅烷偶联剂A172,氧化锌5份,硬脂酸1份,1.5份防老剂MB,1份防老剂RD,3份过氧化物交联剂DCP,2份交联助剂TAIC。制备方法参考实施例1,得到实施例7的阻燃应力控制橡胶。
实施例8
实施例8的阻燃应力控制橡胶的原材料组分的重量份配比如下:乙丙橡胶100份,氢氧化铝100份,氢氧化镁50份,三氧化二锑20份,20份气相二氧化硅HM-200,15份炭黑N472,钛酸钡80份,30份石蜡油6030,2份硅烷偶联剂A172,氧化锌5份,硬脂酸1份,1.5份防老剂MB,1份防老剂RD,3份过氧化物交联剂DCP,2份交联助剂TAIC。制备方法参考实施例1,得到实施例8的阻燃应力控制橡胶。
实施例9
实施例9的阻燃应力控制橡胶与实施例2的区别仅在于HM-200的重量份为30份,制备方法参考实施例1,得到实施例9的阻燃应力控制橡胶。
实施例10
实施例10的阻燃应力控制橡胶与实施例9的区别仅在于6030的重量份为40份,制备方法参考实施例1,得到实施例10的阻燃应力控制橡胶。
实施例11
实施例11的阻燃应力控制橡胶与实施例9的区别仅在于6030的重量份为50份,制备方法参考实施例1,得到实施例11的阻燃应力控制橡胶。
实施例12
实施例12的阻燃应力控制橡胶与实施例2的区别仅在于N472的重量份为5份,制备方法参考实施例1,得到实施例12的阻燃应力控制橡胶。
实施例13
实施例13的阻燃应力控制橡胶与实施例2的区别仅在于N472的重量份为20份,制备方法参考实施例1,得到实施例13的阻燃应力控制橡胶。
实施例14
实施例14的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于氧化锌的重量份为10份,制备方法参考实施例1,得到实施例14的阻燃应力控制橡胶。
实施例15
实施例15的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于硬脂酸的重量份为0.5份,制备方法参考实施例1,得到实施例15的阻燃应力控制橡胶。
实施例16
实施例16的阻燃应力控制橡胶与实施例14的区别仅在于硬脂酸的重量份为2份,制备方法参考实施例1,得到实施例16的阻燃应力控制橡胶。
实施例17
实施例17的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于MB的重量份为2份,制备方法参考实施例1,得到实施例17的阻燃应力控制橡胶。
实施例18
实施例18的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于RD的重量份为2份,制备方法参考实施例1,得到实施例18的阻燃应力控制橡胶。
实施例19
实施例19的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于DCP的重量份为2份,制备方法参考实施例1,得到实施例19的阻燃应力控制橡胶。
实施例20
实施例20的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于DCP的重量份为4份,制备方法参考实施例1,得到实施例20的阻燃应力控制橡胶。
实施例21
实施例21的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于TAIC的重量份为3份,制备方法参考实施例1,得到实施例21的阻燃应力控制橡胶。
实施例22
实施例22的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于TAIC的重量份为5份,制备方法参考实施例1,得到实施例22的阻燃应力控制橡胶。
实施例23
实施例23的阻燃应力控制橡胶与实施例1的区别仅在于TAIC的重量份为7份,制备方法参考实施例1,得到实施例23的阻燃应力控制橡胶。
对比例
对比例的应力控制橡胶未添加阻燃剂,其原材料组分的重量份配比如下:乙丙橡胶100份,20份气相二氧化硅HM-200,15份炭黑N472,钛酸钡80份,煅烧高岭土80份,30份石蜡油6030,2份硅烷偶联剂A172,氧化锌5份,硬脂酸1份,1.5份防老剂MB,1份防老剂RD,3份过氧化物交联剂DCP,2份交联助剂TAIC。制备方法参考实施例1,得到对比例的应力控制橡胶。
各实施例和对比例的应力控制橡胶的配方参见表1和表2所示。
表1.实施例1#~13#配方表
表2.实施例14#~23#及对比例配方表
性能测试
对实施例1至实施例23、以及对比例得到的应力控制橡胶分别进行拉伸强度、拉断伸长率、介电常数的测试,并使用垂直燃烧法测试材料阻燃等级,测试结果如表3所示。本发明实施例的应力控制橡胶除了具有良好的物理性能和介电性能,同时还具有优异的阻燃性能,垂直燃烧法测试的阻燃等级达到了FV-0级,而对比例的应力控制橡胶没有阻燃效果。
表3.各实施例和对比例的应力控制橡胶测试结果
以上所述仅为本发明的可选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种阻燃应力控制橡胶,其特征在于:各原料组分的重量份为:
所述阻燃剂为十溴二苯乙烷,三氧化二锑,氢氧化铝,氢氧化镁中的任意一种或任意多种组合。
2.根据权利要求1所述的阻燃应力控制橡胶,其特征在于:所述炭黑为N550、N472、N330、N220中的任意一种或任意多种组合。
3.根据权利要求1所述的阻燃应力控制橡胶,其特征在于:所述气相二氧化硅比表面积不低于150m2/g。
4.根据权利要求1所述的阻燃应力控制橡胶,其特征在于:所述操作油为石蜡油2280、石蜡油6030、石蜡油25110中的任意一种或任意多种组合。
5.根据权利要求1所述的阻燃应力控制橡胶,其特征在于:所述无机填料为煅烧高岭土、滑石粉、钛酸钡、碳酸钙中的任意一种或任意多种组合。
6.根据权利要求1所述的阻燃应力控制橡胶,其特征在于,所述过氧化物交联剂为过氧化二异丙苯、三烯丙基异氰尿酸酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的任意一种或任意多种组合。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的阻燃应力控制橡胶,其特征在于,还包括如下重量份的原料组分:
硅烷偶联剂 0.5-5份
加工助剂 0.5-10份
防老剂 1.5-5份
所述加工助剂为硬脂酸、聚乙二醇、PE蜡、微晶蜡中的任意一种或任意多种组合;
所述防老剂为防老剂RD、防老剂MB中的一种或两种。
8.根据权利要求7所述的阻燃应力控制橡胶,其特征在于,所述硅烷偶联剂为巯基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中的任意一种或两种任意组合。
9.根据权利要求8所述的阻燃应力控制橡胶,其特征在于,各原料组分的重量份为:乙丙橡胶100份,十溴二苯乙烷40份,三氧化二锑20份,20份气相二氧化硅HM-200,15份炭黑N472,钛酸钡80份,30份石蜡油6030,2份硅烷偶联剂A172,氧化锌5份,硬脂酸1份,1.5份防老剂MB,1份防老剂RD,3份过氧化物交联剂DCP,2份交联助剂TAIC。
10.一种阻燃应力控制橡胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:按重量份计算,将所述阻燃应力控制橡胶的原材料乙丙橡胶100份,阻燃剂60-180份,炭黑5-20份,气相二氧化硅10-35份,无机填料80-160份,无机金属氧化物5-15份,防老剂1.5-5份,加工助剂0.5-10份加入密炼机密炼,密炼至120℃时加入硅烷偶联剂0.5-5份,操作油30-60份,继续加压密炼至130℃-150℃排胶,制备成基胶;
步骤2:将所述基胶加入开炼机,再加入重量份为4-10的过氧化物交联剂,打三角包5次,薄通10次,打卷3次后出片,得到第一阻燃应力控制橡胶;
步骤3:用平板硫化机硫化所述第一阻燃应力控制橡胶,硫化温度150-170℃,硫化压力10-20MPa,硫化时间10-30min,制得所述阻燃应力控制橡胶。
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