本发明涉及防火材料领域，具体而言，涉及一种防火矿物质硅橡胶组合物、防火矿物质硅橡胶材料、其制备方法及包括其的电源线。
背景技术：
空调电源线表层护套采用阻燃pvc材料，里层线芯的结构为阻燃聚烯烃材料挤出包覆铜线。一方面插座起火时，持续火焰会沿着电源线一直蔓延到空调，导致空调起火；另一方面电源线短路，产生的高温会将铜线外包覆的阻燃聚烯烃材料熔化，零火线接触产生打火，也会带来严重的火灾隐患。
目前工业上及大型建筑上的电线电缆多采用防火矿物质绝缘电缆，该电缆在高温下其矿物质层会烧结成陶瓷固体，形成良好的隔热层，防止线芯之间的铜线相互接触而短路，也阻止了火焰的蔓延，但是这种防火矿物质材料硬度很大，无法做到柔性，无法在空调电源线上使用。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种防火矿物质硅橡胶组合物、防火矿物质硅橡胶材料、其制备方法及包括其的电源线，以解决现有技术中的空调电源线防火性能差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种防火矿物质硅橡胶组合物，以重量份计，组合物包括：甲基乙烯基硅橡胶50～100份；蒙脱土30～50份；季铵盐表面改性剂5～10份；低熔点玻璃粉10～20份；氢氧化铝30～50份；以及多元醇5～10份。
进一步地，上述季铵盐表面改性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、和十二烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种。
进一步地，上述多元醇选自季戊四醇、三羟甲基乙烷、一缩二乙二醇和二丙二醇中的任意一种或多种。
进一步地，以重量份计，上述组合物还包括1～2份硫化剂，优选硫化剂为过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷和2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)-3-己烷中的任意一种或多种。
进一步地，以重量份计，上述组合物还包括10～30份白炭黑和/或0～30份炭黑，优选组合物还包括10～30份白炭黑和/或10～30份炭黑。
进一步地，以重量份计，上述组合物还包括5～10份复合助剂，复合助剂包括抗氧剂和抗光老化剂，优选抗氧剂和抗光老化剂的重量比为5:1～40:1。
进一步地，上述抗氧剂为受阻胺类抗氧剂，优选为dnp，抗光老化剂为光稳定剂1084。
根据本发明的另一方面，提供了一种防火矿物质硅橡胶材料，采用防火矿物质硅橡胶组合物制备而成，该防火矿物质硅橡胶组合物为上述任一种的防火矿物质硅橡胶组合物。
根据本发明的又一方面，提供了一种防火矿物质硅橡胶材料的制备方法，该制备方法采用上述任一种的防火矿物质硅橡胶组合物为原料，且包括以下步骤：s1，利用季铵盐对蒙脱土进行改性，得到改性蒙脱土；s2，将甲基乙烯基硅橡胶、改性蒙脱土、低熔点玻璃粉、氢氧化铝和多元醇混合后进行塑炼，得到防火矿物质基础料；以及s3，将防火矿物质基础料进行造粒，得到防火矿物质硅橡胶材料。
进一步地，上述步骤s1包括：将蒙脱土与季铵盐在60～100℃的搅拌机中以150～250转/分钟的转速搅拌20～40分钟，得到改性蒙脱土。
进一步地，上述组合物还包括白炭黑、炭黑、硫化剂和复合助剂，步骤s2包括：向80～120℃的塑炼机中，依次加入甲基乙烯基硅橡胶、改性蒙脱土、低熔点玻璃粉和氢氧化铝，加料完毕后以500～1000转/分钟的转速塑炼8～15分钟，得到塑炼体；向塑炼体中依次加入多元醇、硫化剂、白炭黑、炭黑和复合助剂，加料完毕后以500～1000转/分钟的转速塑炼10～20分钟，得到防火矿物质基础料。
进一步地，上述步骤s3包括：将防火矿物质基础料置于φ75～180mm的双阶造粒机，在90～160℃下进行捏合造粒，得到防火矿物质硅橡胶材料。
根据本发明的再一方面，提供了一种电源线，包括导线、内护套和外护套，该内护套和/或外护套采用上述的防火矿物质硅橡胶材料或上述任一种制备方法得到防火矿物质硅橡胶材料制备而成。
应用本发明的技术方案，通过将甲基乙烯基硅橡胶、蒙脱土、低熔点玻璃粉和氢氧化铝进行组合，从而使得所形成的防火矿物质硅橡胶材料具有柔韧性、防火性和绝缘性，因此将其应用至电源线用作护套时，保证了电源线的柔韧性以及护套的绝缘性和防火性。其中的甲基乙烯基硅橡胶为基体材料，能够在高温下形成二氧化硅陶瓷层，隔绝热量传递，且具有一定的硬度和强度，能够保护其内部结构免受外界作用力影响。低熔点玻璃粉能够显著降低甲基乙烯基硅橡胶的成瓷温度(从700℃降低到450℃)，保证作为基体材料的甲基乙烯基硅橡胶在较低的温度下就开始形成二氧化硅陶瓷层，从而能够在更低温度下保护电源线内部导体。氢氧化铝为无卤阻燃剂，且能够使基体材料更快地离火自熄。另外，由于本申请采用了季铵盐表面改性剂对蒙脱土进行改性，能够提高蒙脱土在甲基乙烯基硅橡胶中的混合分散效果，更好地帮助所形成的陶瓷层进行粘合，进而能够形成结构稳定、力学性能分布均匀的护套，进一步提高了电源线的柔韧性和防火性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种典型实施方式提供的电源线的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、导线；20、内护套；30、外护套。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术中用于电源线的防火性能较差，为了解决该问题本申请提供了一种防火矿物质硅橡胶组合物，以重量份计，该组合物包括：甲基乙烯基硅橡胶50～100份；蒙脱土30～50份；季铵盐表面改性剂5～10份；低熔点玻璃粉10～20份；氢氧化铝30～50份；以及多元醇5～10份。
本申请通过将甲基乙烯基硅橡胶、蒙脱土、低熔点玻璃粉和氢氧化铝进行组合，从而使得所形成的防火矿物质硅橡胶材料具有柔韧性、防火性和绝缘性，因此将其应用至电源线用作护套时，保证了电源线的柔韧性以及护套的绝缘性和防火性。其中的甲基乙烯基硅橡胶为基体材料，能够在高温下形成二氧化硅陶瓷层，隔绝热量传递，且具有一定的硬度和强度，能够保护其内部结构免受外界作用力影响。低熔点玻璃粉能够显著降低甲基乙烯基硅橡胶的成瓷温度(从700℃降低到450℃)，保证作为基体材料的甲基乙烯基硅橡胶在较低的温度下就开始形成二氧化硅陶瓷层，从而能够在更低温度下保护电源线内部导体。氢氧化铝为无卤阻燃剂，且能够使基体材料更快地离火自熄。
另外，由于本申请采用了季铵盐表面改性剂对蒙脱土进行改性，能够提高蒙脱土在甲基乙烯基硅橡胶中的混合分散效果，更好地帮助所形成的陶瓷层进行粘合，进而能够形成结构稳定、力学性能分布均匀的护套，进一步提高了电源线的柔韧性和防火性能。
季铵盐表面改性剂主要基于季铵盐中的阳离子和蒙脱土中的金属阳离子发生离子交换反应，将有机基团引入蒙脱土的层间结构中，进而对蒙脱土进行插层改性。因此，能够实现上述改性效果的季铵盐均可考虑应用于本申请。在本申请一种优选的实施例中，上述季铵盐表面改性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵和十二烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种。利用上述季铵盐实现既能实现对蒙脱土的稳定改性而且又能促进在硅橡胶中的分散性。
上述多元醇主要是作为表面活化的作用，促进蒙脱土、耐火填料和阻燃剂和基体材料的相容性，因此能够起到上述作用的多元醇均可考虑作为本申请的多元醇。在本申请一种优选的实施例中，上述多元醇选自季戊四醇、三羟甲基乙烷、一缩二乙二醇和二丙二醇中的任意一种或多种，上述多元醇能够实现上述表面活化作用的基础上，更有利于操作且节约成本。
为了加快上述组合物的塑炼速度，优选以重量份计，上述组合物还包括1～2份硫化剂，优选硫化剂为过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷和2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)-3-己烷中的任意一种或多种。利用上述硫化剂促进基体材料在塑炼下的硫化交联作用，优化所形成的产物的力学性能。
在本申请另一种优选的实施例中，上述组合物还包括10～30份白炭黑和/或10～30份炭黑。炭黑和白炭黑作为材料的颜色添加剂，其中炭黑可以提供所形成的护套的颜色，使电源线满足产品的外观要求。
另外，为了延长本申请的组合物所形成的防火矿物质硅橡胶材料的使用寿命，优选以重量份计，该组合物还包括5～10份复合助剂，复合助剂包括抗氧剂和抗光老化剂，优选抗氧剂和抗光老化剂的重量比为5:1～40:1。利用上述复合助剂提高防火矿物质硅橡胶材料在高温以及光照下的耐老化性能，延缓硬化和变色的发生。
在本申请一种优选的实施例，上述抗氧剂为受阻胺类抗氧剂，优选为dnp，抗光老化剂为光稳定剂1084。上述抗氧剂和抗光老化剂的耐老化性能尤为突出。
最优选，以重量份计，防火矿物质硅胶组合物包括：80份甲基乙烯基硅橡胶、40份蒙脱土、8份季铵盐表面改性剂、15份低熔点玻璃粉、40份氢氧化铝、8份多元醇、20份气相白炭黑。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种防火矿物质硅橡胶材料，采用防火矿物质硅橡胶组合物制备而成，该防火矿物质硅橡胶组合物为上述任一种防火矿物质硅橡胶组合物。
利用本申请的防火矿物质硅橡胶组合物所形成的防火矿物质硅橡胶材料具有柔韧性、防火性和绝缘性，因此将其应用至电源线用作护套时，保证了电源线的柔韧性以及护套的绝缘性和防火性。其中的甲基乙烯基硅橡胶为基体材料，能够在高温下形成二氧化硅陶瓷层，隔绝热量传递，且具有一定的硬度和强度，能够保护其内部结构免受外界作用力影响。低熔点玻璃粉能够显著降低甲基乙烯基硅橡胶的成瓷温度(从700℃降低到450℃)，保证作为基体材料的甲基乙烯基硅橡胶在较低的温度下就开始形成二氧化硅陶瓷层，从而能够在更低温度下保护电源线内部导体。另外，由于本申请采用了季铵盐表面改性剂对蒙脱土进行改性，能够提高蒙脱土在硅橡胶中的混合分散效果，更好地帮助所形成的陶瓷层进行粘合，进而能够形成结构稳定、力学性能分布均匀的护套，进一步提高了电源线的柔韧性和防火性能。
在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种防火矿物质硅橡胶材料的制备方法，该制备方法采用上述任一种防火矿物质硅橡胶组合物为原料，且包括以下步骤：s1，利用季铵盐对蒙脱土进行改性，得到改性蒙脱土；s2，将甲基乙烯基硅橡胶、改性蒙脱土、低熔点玻璃粉、氢氧化铝和多元醇混合后进行塑炼，得到防火矿物质基础料；以及s3，将防火矿物质基础料进行造粒，得到防火矿物质硅橡胶材料。
首先利用季铵盐对蒙脱土进行改性，得到改性蒙脱土，以提高蒙脱土在甲基乙烯基硅橡胶中的混合分散效果；然后再对各原料进行塑炼和造粒，即可得到防火矿物质硅橡胶材料，制备过程简单，容易操作。而且，所得到的防火矿物质硅橡胶材料具有柔韧性、防火性和绝缘性，因此将其应用至电源线用作护套时，保证了电源线的柔韧性以及护套的绝缘性和防火性。
本申请采用季铵盐对蒙脱土进行改性的方法，可以参考现有技术，本申请为了简化操作，优选上述步骤s1包括：将蒙脱土与季铵盐在60～100℃的搅拌机中以150～250转/分钟的转速搅拌20～40分钟，得到改性蒙脱土。
在本申请另一种优选的实施例中，上述组合物还包括白炭黑、炭黑、硫化剂和复合助剂，步骤s2包括：向80～120℃的塑炼机中，依次加入甲基乙烯基硅橡胶、改性蒙脱土、低熔点玻璃粉和氢氧化铝，加料完毕后以500～1000转/分钟的转速塑炼8～15分钟，得到塑炼体；向塑炼体中依次加入多元醇、硫化剂、白炭黑、炭黑和复合助剂，加料完毕后以500～1000转/分钟的转速塑炼10～20分钟，得到防火矿物质基础料。
通过加料顺序的控制，使得改性蒙脱土、低熔点玻璃粉和氢氧化铝这些无机材料能够在塑炼机的作用下尽可能均匀地分散在硅橡胶中；然后，再进一步加入多元醇、硫化剂等物质，利用多元醇的作用进一步优化上述各无机材料的分散效果，而且利用硫化剂促进交联，避免过早的交联导致无机材料分散不均匀的问题。
上述步骤s3的造粒也可以采用现有技术中常规的造粒方式实施，优选上述步骤s3包括：将防火矿物质基础料置于φ75～180mm的双阶造粒机，在90～160℃下进行捏合造粒，得到防火矿物质硅橡胶材料。硅橡胶在上述温度下进行初步硫化，具有一定的力学性能，便于后续电源线挤出包覆铜线加工成型。
在本申请再一种典型的实施方式中，提供了一种电源线，包括导线10、内护套20和外护套30，内护套20和/或外护套30采用上述的防火矿物质硅橡胶材料或上述任一种制备方法得到防火矿物质硅橡胶材料制备而成。
利用本申请的防火矿物质硅橡胶材料所形成的内护套和外护套具有柔韧性、防火性和绝缘性，因此保证了电源线的柔韧性以及护套的绝缘性和防火性。
以下将结合实施例和对比例进一步说明本申请的有益效果。
各实施例和对比例的防火矿物质硅橡胶组合物的组成见表1中，其中甲基乙烯基硅橡胶购自江苏雅克化工公司，蒙脱土购自浙江丰虹新材料股份有限公司，低熔点玻璃粉购自佛山东谷新型材料公司。
各实施例和对比例的防火矿物质硅橡胶材料的过程方法如下：
将蒙脱土与季铵盐在a℃的搅拌机中以b转/分钟进行搅拌c分钟，得到改性蒙脱土；
在d℃的双辊塑炼机中，依次加入甲基乙烯基硅橡胶、改性蒙脱土、低熔点玻璃粉、氢氧化铝，以e转/分钟塑炼f分钟。
再加入季戊四醇、过氧化二异丙苯、气相白炭黑、复合助剂继续进行塑炼g分钟，待混炼胶片分散均匀，柔软光滑后下片，得到防火矿物质基础料。
将上述防火矿物质基础料放入φ75～180mm双阶造粒机，在h℃下进行捏合造粒，得到防火矿物质硅橡胶材料。
上述各实施例中的具体实施参数见表2。
表1
表20
利用上述各实施例和对比例制备的防火矿物质硅橡胶材料为原料，制作电源线的内护套和外护套，其中内护套的厚度为约1.5mm，电源线的直径在9.2±0.3mm之间，并对所制得的电源线进行力学、电气和耐火性能测试，测试方法见表3，测试结果见表4。
表3
表4
根据表4中，实施例1和对比例4的比较可以看出，当使用了利用十六烷基三甲基季铵盐改性的蒙脱土，填补二氧化硅陶瓷层缝隙，可以使灼烧成瓷后二氧化硅陶瓷层的致密程度增加，能够有效隔绝热量传递，同时保证二氧化硅陶瓷层能承受各种外界作用力(如水汽、撞击)的影响，即提高了其各项力学性能；且通过实施例1和对比例1至3的比较可以看出，蒙脱土改性中蒙脱土和季铵盐的比例对改性效果也具有明显的影响，进而影响所形成的保护层的柔韧性和强度，在本申请所限定的范围内使用蒙脱土和季铵盐所形成的二氧化硅保护层柔韧性和强度更高。
同时，当使用了抗氧剂和抗光老化剂后，对所形成的电源性的各项性能也有明显改善作用。
另外，根据实施例1、实施例15、实施例19至21的数据比较可以看出，本申请使用了硫化剂后，可以明显改善电源线的力学性能以及阻燃性能，而且其用量控制在1.0～2.0之间时，其改善效果更明显。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请通过将甲基乙烯基硅橡胶、蒙脱土、低熔点玻璃粉和氢氧化铝进行组合，从而使得所形成的防火矿物质硅橡胶材料具有柔韧性、防火性和绝缘性，因此将其应用至电源线用作护套时，保证了电源线的柔韧性以及护套的绝缘性和防火性。其中的甲基乙烯基硅橡胶为基体材料，能够在高温下形成二氧化硅陶瓷层，隔绝热量传递，且具有一定的硬度和强度，能够保护其内部结构免受外界作用力影响。低熔点玻璃粉能够显著降低甲基乙烯基硅橡胶的成瓷温度(从700℃降低到450℃)，保证作为基体材料的甲基乙烯基硅橡胶在较低的温度下就开始形成二氧化硅陶瓷层，从而能够在更低温度下保护电源线内部导体。氢氧化铝为无卤阻燃剂，且能够使基体材料更快地离火自熄。
另外，由于本申请采用了季铵盐表面改性剂对蒙脱土进行改性，能够提高蒙脱土在甲基乙烯基硅橡胶中的混合分散效果，更好地帮助所形成的陶瓷层进行粘合，进而能够形成结构稳定、力学性能分布均匀的护套，进一步提高了电源线的柔韧性和防火性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。