一种长寿命布电线用陶瓷化硅橡胶材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及电线用硅橡胶技术领域，尤其涉及一种长寿命布电线用陶瓷化硅橡胶材料及其制备方法。


背景技术：

2.陶瓷化硅橡胶是一种新型的防火阻燃材料，其在常温下具有普通硅橡胶的弹性和电绝缘性，然而在明火或高温条件下，能够转变成为坚硬的陶瓷体。目前，陶瓷化硅橡胶主要用作电线电缆行业的防火材料，当火灾发生时，陶瓷化硅橡胶可保持电线电缆的内部铜线在30分钟内不发生熔断，使电路在火灾中依然保持畅通。
3.可瓷化耐火硅橡胶主要由有机硅基材、无机填料、瓷化粉和结构控制剂通过共混挤出制成。有机硅基材主要是燃烧后可产生si02的含硅高分子材料，如甲基乙烯基硅橡胶(vmq)、苯基硅橡胶(pq)、甲基硅橡胶(mq)等；无机填料主要在气相白炭黑、石英粉、膨胀珍珠岩、膨胀石墨等中选择；瓷化粉是有高熔点、高烧结度且具有优良绝缘性能的材料，如高岭土、硅灰石和云母粉等；结构控制剂起到降低耐火材料成瓷所需温度的作用，如低熔点玻璃粉、含硼化合物、氧化锌等。
4.目前的陶瓷化硅橡胶主要在向降低瓷化温度方向研究，比如华南理工大学申请号为201710293655.6的专利公开了一种可低温陶瓷化的硅橡胶，以质量百分比计，由下列原料组成：硅橡胶40～80％、气相白炭黑10～30％，埃洛石15～30％，导热填料3～8％，助熔剂3～10％，羟基硅油1～5％，硫化剂1～3％；该专利通过设计制备一种导热型的复合助熔剂，即导热填料和助熔剂的熔融复合物，由于导热填料和助熔剂之间存在较大的界面，在陶瓷化过程中陶瓷体内会形成导热通路，因而这种熔融复合物比单独的助熔剂更加容易发生熔融，将瓷化填料彼此粘接在一起，同时也有利于导热填料、助熔剂和瓷化填料之间发生共晶反应，在陶瓷体中反应生成新的微晶相，使得陶瓷化硅橡胶能够在700～800℃下形成坚硬致密的陶瓷层。
5.上述专利虽然降低了陶瓷化硅橡胶材料的陶瓷化温度，但因为硅橡胶在使用中会受到空气中水分或其他条件的影响，导致硅橡胶材料降解反应，分子链、交联键的裂解和断裂，造成硅橡胶材料的老化，从而使得利用陶瓷化硅橡胶生产的布电线的使用寿命缩短。因此，如何提高布电线用陶瓷化硅橡胶材料的使用寿命是本领域未来的重要发展方向。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的是提供一种长寿命布电线用陶瓷化硅橡胶材料及其制备方法，能够在降低陶瓷化硅胶材料形成陶瓷体温度的同时，还能够提升陶瓷化硅胶材料的抗老化性能，使得其制备的布电线的使用寿命更长。
7.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
8.一种长寿命布电线用陶瓷化硅橡胶材料，包括以下原材料，二甲基硅橡胶、气相白炭黑、碳化硅、硅灰石、氢氧化铝、氮化铝、助溶剂、羟基硅油、过氧化二(2，4
‑
二氯苯甲酰)。
9.进一步，所述陶瓷化硅橡胶材料按质量份数，所述二甲基硅橡胶为100份、气相白炭黑为30～40份、碳化硅为3～5份、硅灰石为10～15份、氢氧化铝为1～3份、氮化铝为2～4份、助溶剂为2～4份、羟基硅油为1～3份、过氧化二(2，4
‑
二氯苯甲酰)为1～3份。
10.进一步，所述陶瓷化硅橡胶材料按质量份数，所述二甲基硅橡胶为100份、气相白炭黑为35份、碳化硅为4份、硅灰石为12.5份、氢氧化铝为2份、氮化铝为3份、助溶剂为3份、羟基硅油为2份、过氧化二(2，4
‑
二氯苯甲酰)为2份。
11.进一步，所述助溶剂为低软化点玻璃粉和三氧化二硼的一种或两种的组合。
12.进一步，所述低软化点玻璃粉的软化点范围为400～700℃，粒径为10～100μm。
13.进一步，所述气相白炭黑的比表面积为200～400m2·
g
‑1。
14.本发明还公开了一种长寿命布电线用陶瓷化硅橡胶材料的制备方法，使用上述的陶瓷化硅橡胶材料，所述制备方法包括以下步骤：
15.s1、在加热容器中加入二甲基硅橡胶，加热至250
‑
300℃，待完全熔融之后再加入气相白炭黑和羟基硅油，在250
‑
300℃下搅拌混合20
‑
30min；
16.s2、然后再加入硅灰石、助溶剂、氢氧化铝和氮化铝，保持250
‑
300℃继续搅拌40
‑
60min，得到第一混熔液；
17.s3、将碳化硅加热至2700
‑
2900℃，待碳化硅完全气化之后混入臭氧，形成混合气体；
18.s4、对第一混合熔液高速搅拌，搅拌的过程中将混合气体通入到第一混熔液中，通入完毕之后，再高速搅拌2
‑
3min，得到第二混熔液；
19.s5、将第二混熔液使用过氧化二(2,4
‑
二氯苯甲酰)硫化，硫化后冷却得到陶瓷化硅橡胶。
20.当将碳化硅加热到2700
‑
2900℃时，碳化硅升华成为碳化硅气体，碳化硅气体与臭氧气体进行混合，形成高温的混合气体，然后将混合气体通入到第一混熔液中，第一混熔液在高速的搅拌状态下，混合气体与第一混熔液进行混合，第一混熔液在高温和臭氧的作用下，二甲基硅橡胶中的部分容易断裂的非桥氧结合的si
‑
o键就会发生断裂，断裂后的si
‑
o键会在碳化硅的升华熔融作用下，二甲基硅橡胶断裂的si
‑
键和
‑
o键与升华后的碳化硅形成的c键和si键进行重新共价，形成第二混熔液；当第二混熔液冷却之后，碳化硅的c键和si键又重新结合，从而利用碳化硅将原本容易断裂的二甲基硅橡胶中的非桥氧结合的si
‑
o键链接起来，进而使得整个硅橡胶材料在长时间的使用中，减少了可以断裂的非桥氧结合的si
‑
o键，进而使得陶瓷化硅橡胶材料的稳定性更强，在使用中，受到环境影响导致硅橡胶老化的可能性更小，所以本发明的陶瓷化硅橡胶的使用寿命更长。
21.进一步，所述步骤s5硫化具体为：将第一混熔液抽真空30min，真空度为
‑
0.07～
‑
0.09mpa，待第二混熔液冷却至180
‑
220℃时，在开炼机上加入过氧化二(2,4
‑
二氯苯甲酰)混炼15
‑
20min。
22.进一步，所述步骤s4中的搅拌速度为300
‑
500r/min。
23.进一步，所述步骤s4中混入臭氧的使用量为3
‑
4份，混合气体通入第一混熔液中的流量为1.2
‑
1.8l/min。
24.本发明的有益效果：
25.本发明的二甲基硅橡胶作为硅橡胶的主要原材料，氢氧化铝作为阻燃剂，氮化铝
作为一种导热填料，玻璃粉或三氧化二硼作为助熔剂，硅灰石作为成瓷填料，过氧化二(2，4
‑
二氯苯甲酰)作为硫化剂，在制备时，二甲基硅橡胶在高温和臭氧的作用下，利用碳化硅将原本容易断裂的二甲基硅橡胶中的非桥氧结合的si
‑
o键链接起来，进而使得整个硅橡胶材料在长时间的使用中，减少了可以断裂的非桥氧结合的si
‑
o键，进而使得陶瓷化硅橡胶材料的稳定性更强，在使用中，受到环境影响导致硅橡胶老化的可能性更小，所以本发明的陶瓷化硅橡胶的使用寿命更长。
具体实施方式
26.以下将结合实施例对本发明进行详细说明：
27.实施例1、
28.本实施例的一种长寿命布电线用陶瓷化硅橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
29.s1、在带有搅拌装置的加热容器中加入100kg的二甲基硅橡胶，加热至250℃，待完全熔融之后再加入30kg的气相白炭黑和1kg羟基硅油，在250℃下搅拌混合20min，其中气相白炭黑的比表面积为200m2·
g
‑1；
30.s2、然后再加入10kg的硅灰石、2kg的玻璃粉、1kg的氢氧化铝和2kg的氮化铝，其中玻璃粉的软化点范围为400℃，粒径为10μm，保持250℃继续搅拌40min，得到第一混熔液；
31.s3、将3kg的碳化硅加热至2700℃，待碳化硅完全气化之后混入3kg的臭氧，形成混合气体；
32.s4、对第一混合熔液进行300r/min的高速搅拌，搅拌的过程中将混合气体通入到第一混熔液中，混合气体的通入流量为1.2l/min，通入完毕之后，再300r/min的高速搅拌2min，得到第二混熔液；
33.s5、将第二混熔液使用过氧化二(2,4
‑
二氯苯甲酰)硫化，硫化具体为：将第一混熔液抽真空30min，真空度为
‑
0.07mpa，待第二混熔液冷却至180℃时，在开炼机上加入过氧化二(2,4
‑
二氯苯甲酰)混炼15min，硫化后冷却得到陶瓷化硅橡胶。
34.实施例2、
35.s1、在带有搅拌装置的加热容器中加入100kg的二甲基硅橡胶，加热至275℃，待完全熔融之后再加入35kg的气相白炭黑和2kg羟基硅油，在275℃下搅拌混合25min，其中气相白炭黑的比表面积为300m2·
g
‑1；
36.s2、然后再加入12.5kg的硅灰石、3kg的玻璃粉、2kg的氢氧化铝和3kg的氮化铝，其中玻璃粉的软化点范围为550℃，粒径为55μm，保持275℃继续搅拌50min，得到第一混熔液；
37.s3、将4kg的碳化硅加热至2800℃，待碳化硅完全气化之后混入3.5kg的臭氧，形成混合气体；
38.s4、对第一混合熔液进行400r/min的高速搅拌，搅拌的过程中将混合气体通入到第一混熔液中，混合气体的通入流量为1.5l/min，通入完毕之后，再400r/min的高速搅拌2.5min，得到第二混熔液；
39.s5、将第二混熔液使用过氧化二(2,4
‑
二氯苯甲酰)硫化，硫化具体为：将第一混熔液抽真空30min，真空度为
‑
0.08mpa，待第二混熔液冷却至200℃时，在开炼机上加入过氧化二(2,4
‑
二氯苯甲酰)混炼15
‑
20min，硫化后冷却得到陶瓷化硅橡胶。
40.实施例3、
41.s1、在带有搅拌装置的加热容器中加入100kg的二甲基硅橡胶，加热至300℃，待完全熔融之后再加入40kg的气相白炭黑和3kg羟基硅油，在300℃下搅拌混合30min，其中气相白炭黑的比表面积为400m2·
g
‑1；
42.s2、然后再加入15kg的硅灰石、4kg的玻璃粉、3kg的氢氧化铝和4kg的氮化铝，其中玻璃粉的软化点范围为700℃，粒径为100μm，保持300℃继续搅拌60min，得到第一混熔液；
43.s3、将5kg的碳化硅加热至2900℃，待碳化硅完全气化之后混入4kg的臭氧，形成混合气体；
44.s4、对第一混合熔液进行500r/min的高速搅拌，搅拌的过程中将混合气体通入到第一混熔液中，混合气体的通入流量为1.8l/min，通入完毕之后，再500r/min的高速搅拌3min，得到第二混熔液；
45.s5、将第二混熔液使用过氧化二(2,4
‑
二氯苯甲酰)硫化，硫化具体为：将第一混熔液抽真空30min，真空度为
‑
0.09mpa，待第二混熔液冷却至220℃时，在开炼机上加入过氧化二(2,4
‑
二氯苯甲酰)混炼20min，硫化后冷却得到陶瓷化硅橡胶。
46.将上述实施例1
‑
实施例3制备的陶瓷化硅橡胶材料，以及目前常用的陶瓷化硅橡胶材料(对比实施例)进行抗拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、烧蚀线性收缩率、烧蚀质量损失率等性能指标的测试，并且测试它们老化24h、72h和240h后的上述指标，其中老化试验为：取陶瓷化硅橡胶材料制备的布电线护套，放入烘箱内80℃并保温24小时、72小时和240小时后进行的指标测试。
47.具体测试的结果指标如下：
[0048][0049][0050]
从上述的试验结果，我们可以看出：
[0051]
实施例1
‑
实施例3均采用本发明的方法制备的陶瓷化硅橡胶材料，其制备的布电线护套在抗拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、烧蚀线性收缩率、烧蚀质量损失率等性能指标的测试结果上均优于现有技术的对比实施例。
[0052]
并且从实施例1
‑
实施例3中制备的布电线护套进行24小时、72小时和240小时的老化试验后，它们的各项指标性能均降幅较小，而从对比实施例的试验结果可以看出，在经过老化试验后，各项性能指标下降明显。
[0053]
综上分析，可以看出，利用本发明的陶瓷化硅橡胶材料和制备方法制备得到的布电线护套具有更好的抗老化性能，能够在降低陶瓷化硅胶材料形成陶瓷体温度的同时，还能够提升陶瓷化硅胶材料的抗老化性能，使得其制备的布电线的使用寿命更长。
[0054]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。