本发明涉及一种高阻燃丁基橡胶复合带及其制备方法。
背景技术：
随着通信行业及电力传输的普及，电缆的应用范围日益广泛，而对电缆的保护也成了一个常见的技术难题。目前，通信电缆中常常会使用到铝塑复合带或铜塑复合带来包覆缆芯，以保护缆芯不受潮气侵袭，并对缆芯内的导线中传输的电信号进行屏蔽。此类复合带常常采用纵包或绕包的方式覆在缆芯上，表面还可设有防水涂层，具有强度大、收缩小等特点；但是，由于此类复合带的金属层与塑料层之间是由热贴方式连接，不仅容易分离，而且塑料层所占厚度比往往达到甚至超过了一半，使此类复合带的使用存在一定的安全隐患，特别是防火阻燃方面。
目前，电缆的防火阻燃性能大多通过氧化镁矿物绝缘或云母带缠绕实现。然而，前者价格昂贵，生产、运输、安装使用成本均较高，很难大规模普及应用，特别是在民用方面；而后者在生产过程中需要多层缠绕，由于工艺条件的限制，往往造成搭接缝处出现搭接缺陷不具备防水性能，加上火烧后云母带容易发脆、脱落，机械性能极差，很大程度上降低了耐火效果，且容易造成线路短路，从而难以保障电力、通讯在火灾的情况下的安全畅通。
技术实现要素：
本发明要解决的是现有技术中的通信电缆防火阻燃手段难以取得成本与效果间较佳平衡的问题，提供了一种机械性能与电绝缘性能优良、耐火性能好、绿色环保且成本相对较低的高阻燃丁基橡胶复合带及其制备方法。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供了一种高阻燃丁基橡胶复合带，所述高阻燃丁基橡胶复合带的原料按重量份计包括：丁基橡胶10-15份、丁苯橡胶2-5份、陶土10-15份、白炭黑1-2份、炭黑1-3份、二辛脂2-4份、磺化聚酰亚胺1-5份、改性氧化石墨烯1-3份、偶联剂1-5份以及含咪唑基二胺0.1-0.2份。
本发明中，较佳地，所述高阻燃丁基橡胶复合带的原料按重量份计包括：丁基橡胶12.5份、丁苯橡胶3.5份、陶土12.5份、白炭黑1.5份、炭黑5份、二辛脂3份、磺化聚酰亚胺3份、改性氧化石墨烯2份、偶联剂2份以及含咪唑基二胺0.15份。
本发明中，所述丁基橡胶为本领域常规使用的丁基橡胶；所述丁基橡胶的分子量较佳地为100000-1000000。
本发明中，所述丁苯橡胶为本领域常规使用的丁苯橡胶；所述丁苯橡胶的分子量较佳地为100000-1000000。
本发明中，所述陶土为本领域常规使用的天然陶土；所述陶土较佳地为粉末状，所述陶土的平均粒径较佳地为10-40μm。
本发明中，所述白炭黑为本领域常规使用的白炭黑；所述白炭黑较佳地为粉末状，所述白炭黑的平均粒径较佳地为20-50μm。
本发明中，所述炭黑为本领域常规使用的炭黑；所述炭黑较佳地为粉末状，所述炭黑的平均粒径较佳地为20-60μm。
本发明中，所述磺化聚酰亚胺为本领域常规使用的磺化聚酰亚胺，所述的磺化聚酰亚胺一般由下述方法制得：以间甲酚为溶剂，在三乙胺以及苯甲酸的存在下，1,4,5,8-萘四酸二酐(ntda)与2,2’-双(4-磺酸基苯氧基)联苯胺(2-2’-bspob)和4,4'-双(4-氨苯氧基)联苯(bapb)在180℃下共聚合成；所述磺化聚酰亚胺较佳地为粉末状，所述磺化聚酰亚胺的平均粒径较佳地为10-30μm，所述磺化聚酰亚胺可以大幅提高复合带的阻燃性能和绝缘性能。
本发明中，所述改性氧化石墨烯为本领域常规使用的改性氧化石墨烯；所述改性氧化石墨烯较佳地为聚酰亚胺改性氧化石墨烯，所述聚酰亚胺改性氧化石墨烯一般由下述方法制得：先将氧化石墨溶于有机溶剂体系(如二甲基乙酰胺等)中，超声处理使氧化石墨充分剥离得氧化石墨烯，再加入聚酰胺酸溶液，搅拌共混后得到改性材料前驱体，最后经过高温热酰亚胺化即可得到聚酰亚胺改性氧化石墨烯；所述改性氧化石墨烯既可以提高复合带的阻燃性能，又可以提高复合带的绝缘性能和强度。
本发明中，所述偶联剂为本领域常规使用的偶联剂；所述偶联剂较佳地为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝钛复合偶联剂中的一种或多种，所述偶联剂可以提高复合带的交联密度。
本发明中，所述含咪唑基二胺为本领域常规使用的含咪唑基二胺；所述含咪唑基二胺可以大幅提高复合带的抗氧化能力。
本发明还提供了一种如上所述的高阻燃丁基橡胶复合带的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将丁基橡胶、丁苯橡胶、白炭黑、炭黑、二辛脂、磺化聚酰亚胺、改性氧化石墨烯、偶联剂以及含咪唑基二胺混合均匀后进行第一次混炼，得有机混炼胶；
(2)将所述有机混炼胶和陶土混合均匀后进行第二次混炼，产物取出自然冷却，切片后薄通、压延复合，然后烘干即得高阻燃丁基橡胶复合带。
其中，所述混炼为本领域常规操作，所述混炼一般在本领域常规的混炼机中进行；
步骤(1)中，所述第一次混炼较佳地包括第一次普通混炼和第一次真空混炼，所述第一次普通混炼的温度为85-95℃，所述第一次普通混炼的时间为2-3小时；所述第一次真空混炼的温度为145-155℃，所述第一次真空混炼的时间为0.5-1小时。
步骤(2)中，所述第二次混炼较佳地包括第二次普通混炼和第二次真空混炼，所述第二次普通混炼的温度为65-75℃，所述第二次普通混炼的时间为2-3小时；所述第二次真空混炼的温度为135-145℃，所述第二次真空混炼的时间为0.5-1小时。
步骤(2)中，所述冷却为本领域常规操作，一般在室温环境下进行。
步骤(2)中，所述切片为本领域常规操作，一般通过切片机进行。
步骤(2)中，所述薄通为本领域常规操作，一般通过混炼机的辊筒进行。
步骤(2)中，所述压延复合为本领域常规操作，一般通过压延机进行。
步骤(2)中，所述烘干为本领域常规操作，一般通过烘箱进行；所述烘干的温度较佳地为115-125℃，所述烘干的时间较佳地为10-20分钟。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的高阻燃丁基橡胶复合带柔韧性与弹性良好、同时能够保持较佳的强度、机械性能、电绝缘性能和耐火性能、生产成本低、绿色环保，能够保证电缆在各种情况下的正常工作。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
本实施例中，高阻燃丁基橡胶复合带的原料按重量份计包括：丁基橡胶10份、丁苯橡胶2份、陶土10份、白炭黑1份、炭黑1份、二辛脂2份、磺化聚酰亚胺1份、聚酰亚胺改性氧化石墨烯1份、硅烷偶联剂1份、含咪唑基二胺0.2份；
其中，丁基橡胶的分子量为100000，丁苯橡胶的分子量为100000，陶土的平均粒径为10μm，白炭黑的平均粒径为20μm，炭黑的平均粒径为20μm，磺化聚酰亚胺的平均粒径为10μm。
本实施例的高阻燃丁基橡胶复合带的制备方法如下：
(1)将丁基橡胶、丁苯橡胶、白炭黑、炭黑、二辛脂、磺化聚酰亚胺、改性氧化石墨烯、偶联剂以及含咪唑基二胺等原料混合均匀后进行第一次混炼，得有机混炼胶；
(2)将所述有机混炼胶和陶土混合均匀后进行第二次混炼，产物取出自然冷却，切片后薄通、压延复合，然后烘干即得高阻燃丁基橡胶复合带。
其中，步骤(1)中，所述第一次混炼包括第一次普通混炼和第一次真空混炼，所述第一次普通混炼的温度为85℃，所述第一次普通混炼的时间为2小时；所述第一次真空混炼的温度为145℃，所述第一次真空混炼的时间为0.5小时；
步骤(2)中，所述第二次混炼包括第二次普通混炼和第二次真空混炼，所述第二次普通混炼的温度为65℃，所述第二次普通混炼的时间为2小时；所述第二次真空混炼的温度为135℃，所述第二次真空混炼的时间为0.5小时；
步骤(2)中，所述烘干的温度为115℃，所述烘干的时间为10分钟。
实施例2
本实施例中，高阻燃丁基橡胶复合带的原料按重量份计包括：丁基橡胶15份、丁苯橡胶5份、陶土15份、白炭黑2份、炭黑3份、二辛脂4份、磺化聚酰亚胺5份、聚酰亚胺改性氧化石墨烯3份、钛酸酯偶联剂5份、含咪唑基二胺0.1份；
其中，丁基橡胶的分子量为1000000，丁苯橡胶的分子量为1000000，陶土的平均粒径为40μm，白炭黑的平均粒径为50μm，炭黑的平均粒径为60μm，磺化聚酰亚胺的平均粒径为30μm。
本实施例的高阻燃丁基橡胶复合带的制备方法与实施例1相同，差异在于：
其中，步骤(1)中，所述第一次普通混炼的温度为95℃，所述第一次普通混炼的时间为3小时；所述第一次真空混炼的温度为155℃，所述第一次真空混炼的时间为1小时；
步骤(2)中，所述第二次普通混炼的温度为75℃，所述第二次普通混炼的时间为3小时；所述第二次真空混炼的温度为145℃，所述第二次真空混炼的时间为1小时；
步骤(2)中，所述烘干的温度为125℃，所述烘干的时间为20分钟。
实施例3
本实施例中，高阻燃丁基橡胶复合带的原料按重量份计包括：丁基橡胶12.5份、丁苯橡胶3.5份、陶土12.5份、白炭黑1.5份、炭黑5份、二辛脂3份、磺化聚酰亚胺3份、聚酰亚胺改性氧化石墨烯2份、铝钛复合偶联剂2份、含咪唑基二胺0.15份；
其中，丁基橡胶的分子量为600000，丁苯橡胶的分子量为550000，陶土的平均粒径为20μm，白炭黑的平均粒径为40μm，炭黑的平均粒径为40μm，磺化聚酰亚胺的平均粒径为20μm。
本实施例的高阻燃丁基橡胶复合带的制备方法与实施例1相同，差异在于：
其中，步骤(1)中，所述第一次普通混炼的温度为90℃，所述第一次普通混炼的时间为2.5小时；所述第一次真空混炼的温度为150℃，所述第一次真空混炼的时间为0.75小时；
步骤(2)中，所述第二次普通混炼的温度为70℃，所述第二次普通混炼的时间为2.5小时；所述第二次真空混炼的温度为140℃，所述第二次真空混炼的时间为0.75小时；
步骤(2)中，所述烘干的温度为120℃，所述烘干的时间为15分钟。
效果实施例1
对实施例1制备的高阻燃丁基橡胶复合带采用本领域通用测试方法进行性能检测，得到具体的检测数据为：电气强度约为27.2kv/mm，体积电阻率约为2.1×1011ω·cm3，拉伸强度约为8.2mpa，完全满足现有通信电缆的基本功能要求。
另外，对用实施例1制备的高阻燃丁基橡胶复合带绕包后的电缆按照英国标准bs6387:1994进行耐火和耐水火测试，具体地，所述绕包电缆的通电电压为450/750v；在耐火测试中，所述绕包电缆在950±40℃火焰条件下烧蚀3h仍保持线路完整且能正常通电，满足c级耐火标准，且燃烧过程中无有害气体释放；在耐水火试验中，对通电的所述绕包电缆进行650±40℃的火焰烧蚀15min后在所述绕包电缆附近外加0.25l/m2·s的喷淋水15min，即所述绕包电缆经650±40℃的火焰灼烧及喷淋水共同作用15min，仍能保持线路完整且能正常通电，通过耐水火测试。