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一种防火硅胶布及其制备方法及用途

2021-04-08 00:17:55

一种防火硅胶布及其制备方法及用途

  技术领域

  本发明涉及防火硅胶的技术领域,尤其是涉及一种防火硅胶布及其制备方法及用途。

  背景技术

  在日常生活以及工业生产中,电子电器的使用非常常见,电子元器件越来越趋近于密集化和小型化,从而对电子器件的稳定性提出了更高的要求。电子器件在使用过程中自身会产生热量,可能会存在意外发生火灾事故的问题,由于电子电器之间都是通过线缆相互连接的,在火灾发生时火焰会沿着线缆快速蔓延,如果没有快速灭火,会在短时间内就形成较大的火势,产生较大的损失甚至是安全事故。

  为了提高电子电器使用的安全性,一般会在线缆的外侧包裹一层阻燃布或者阻燃涂层。硅橡胶作为一种特种合成橡胶,是以硅氧键为主链,而一般的橡胶是以C-C键为主链的结构,由于其结构的特殊性决定了它具有耐高低温、耐高电压、耐臭氧老化、耐辐射性、高透气性以及对润滑油等介质表现出优异的化学惰性。此外,硅橡胶的使用温度范围(-40℃~200℃)宽广,弹性好、耐漏电起痕以及电蚀损性能好,因此,目前多采用硅橡胶作为线缆表面的阻燃层。

  在申请公布号为CN101886339A的中国发明专利公开了一种玻璃纤维阻燃硅胶布及其制造方法,其包括玻璃纤维布和结合于玻璃纤维布的至少一侧表面的防腐耐蚀阻燃层,所述的防腐耐蚀阻燃层是由下列重量份数的原料构成:混炼硅橡胶60-70份、阻燃剂25-30份、色料2-5份和硫化剂0.1-0.5份。本技术方案由于将玻璃纤维布作为基材,并且在玻璃纵向纤维布的一侧或两侧结合由混炼硅橡胶、阻燃剂、色料和硫化剂构成的防腐耐蚀阻燃层,因而能够体现理想的耐高温、防腐蚀和阻燃效果。

  但是上述中的现有技术方案存在以下缺陷:玻璃纤维阻燃硅胶布在达到燃点并燃烧后会变成油状而滴落,无法在火势中持续对线缆进行保护,当玻璃纤维阻燃硅胶布燃烧掉以后,线缆还是会被烧着,进而导致火势快速蔓延。

  发明内容

  针对现有技术存在的不足,本发明的第一个目的在于提供一种防火硅胶布,其优势在于:阻燃效果好,在燃烧后会固化变硬,形成一层保护层包覆在线缆外侧,防止线缆被烧着。

  本发明的第二个目的在于提供一种防火硅胶布的制备方法,其优势在于:加工过程中各组分混合均匀,成型后防火硅胶布性能较好,且能够防止甲基乙烯基硅橡胶在常温下自硫而形成死胶。

  本发明的第三个目的在于提供一种线缆,其优势在于:具有良好的阻燃性能,在遇到火灾时表层会形成防火层,避免着火。

  为实现上述第一个目的,本发明提供了如下技术方案:

  一种防火硅胶布,该防火硅胶布包含以下重量份的原料组分:甲基乙烯基硅橡胶80-120份、阻燃剂35-65份、偶联剂0.6-1份、交联剂1.3-1.7份、抑制剂0.1-0.3份、催化剂1.8-2.2份。

  通过采用上述技术方案,偶联剂主要起调和作用,增加了各组分间的相溶性,使各组分能够相互混合均匀,该防火硅胶布在加工过程中交联剂与甲基乙烯基硅橡胶于高温下发生硫化反应,使甲基乙烯基硅橡胶内部线型的分子之间产生化学键,使线型分子相互连在一起,提高了甲基乙烯基硅橡胶的强度和弹性,催化剂对硫化反应起到催化作用,抑制剂能够使甲基乙烯基硅橡胶与交联剂混合后在常温下(20℃)长时间不交联或延迟交联,并且在温度达到硫化温度时能够快速交联,防止甲基乙烯基硅橡胶常温下与交联剂自行发生硫化反应,避免甲基乙烯基硅橡胶自然固化而变成死胶;阻燃剂能够提高甲基乙烯基硅橡胶的阻燃能力,当火灾发生时,阻燃剂与甲基乙烯基硅橡胶在高温下燃烧后会固化变硬,形成一层致密的保护层并保持包覆在线缆的外侧,进而对线缆进行保护,防止线缆被烧着而导致火势快速蔓延。

  本发明进一步设置为:所述交联剂为含氢硅油。

  通过采用上述技术方案,含氢硅油使甲基乙烯基硅橡胶内部分子间形成结构稳定的三维网状结构,使硫化后的甲基乙烯基硅橡胶具有良好的强度和弹性。

  本发明进一步设置为:所述催化剂为铂金催化剂。

  通过采用上述技术方案,铂金催化剂能够加快甲基乙烯基硅橡胶硫化反应的反应速率,并使硫化后的甲基乙烯基硅橡胶具有更稳定的性能,进而有效地对线缆进行保护,并且能够使硫化后的甲基乙烯基硅橡胶表面更光滑,具有良好的耐磨性,使用寿命长,同时铂金催化剂不含卤素,不同于过氧化物催化剂催化时会分解产生刺激性气味,铂金催化剂在催化过程中不会产生气味,有利于环保。

  本发明进一步设置为:所述阻燃剂为陶瓷化阻燃剂、聚磷酸铵阻燃剂、无卤阻燃剂中的任意一种或者其组合。

  通过采用上述技术方案,陶瓷化阻燃剂具有良好的阻燃自熄性能,抑烟和抑制余烬燃烧的效果好,燃烧后会形成陶瓷化层,隔绝氧气,进而达到阻燃效果;聚磷酸铵阻燃剂具有良好的低毒、低烟、高效阻燃的性能,在燃烧后会形成一层均匀的炭质泡沫层,进而起到隔氧阻燃的效果;无卤阻燃剂在燃烧后可以形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层,具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用,从而达到阻燃目的,同时无卤阻燃剂燃烧时发烟量小,不产生有毒、腐蚀性气体,安全系数高。

  本发明进一步设置为:所述阻燃剂为所述陶瓷化阻燃剂和所述聚磷酸铵阻燃剂和所述无卤阻燃剂的组合,其中所述陶瓷化阻燃剂的重量份组分为20-30份,所述聚磷酸铵阻燃剂的重量份组分为10-20份,所述无卤阻燃剂的重量份组分为5-15份。

  通过采用上述技术方案,将陶瓷化阻燃剂和聚磷酸铵阻燃剂和无卤阻燃剂混合使用能够提高甲基乙烯基硅橡胶的阻燃性能,同时减少了阻燃剂的用量,节省成本,有利于提高甲基乙烯基硅橡胶的强度和性能,另外也能够大幅度减少甲基乙烯基硅橡胶在燃烧时产生的烟量,并使甲基乙烯基硅橡胶燃烧后固化为具有良好密封性的硬质外壳,进而对线缆进行保护。

  本发明进一步设置为:所述偶联剂为γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。

  通过采用上述技术方案,上述偶联剂均能够很好地改善各组分的界面性能,进而增强了各组分之间的粘合强度,提高了甲基乙烯基硅橡胶的性能,同时也能够改善甲基乙烯基硅橡胶的界面状态,提高甲基乙烯基硅橡胶的耐老化、耐应力以及电绝缘性能。

  本发明进一步设置为:所述偶联剂与原料总质量比为1:(185-197)。

  通过采用上述技术方案,经过试验,当偶联剂与原料总质量比大于1:185时,原料在加工为防火硅胶布的过程中比较粘稠,会粘在生产设备上,难以清理,损耗较大,当偶联剂与原料总质量比小于1:197时,加工成型后的防火硅胶布弹性较差,性能较低,阻燃效果较差。

  为实现上述第二个目的,本发明提供了如下技术方案:

  一种防火硅胶布的制备方法,该方法包括下列步骤:

  S1:塑炼:将甲基乙烯基硅橡胶于常温条件下进行塑炼,搅拌8-15分钟;

  S2:混炼:将阻燃剂和偶联剂加入密炼后的甲基乙烯基硅橡胶进行混合,并于115-125℃下混炼0.8-1.2个小时;

  S3:冷却:将混炼后的甲基乙烯基硅橡胶自然冷却至常温;

  S4:开炼:向混炼后的甲基乙烯基硅橡胶中加入硫化剂和铂金催化剂,于15-20℃下开炼10-20分钟;

  S5:压碾:将开炼后的甲基乙烯基硅橡胶压碾成片状;

  S6:硫化:对压碾后的甲基乙烯基硅橡胶进行加热,于140-160℃下烘烤5-10分钟;

  S7:冷却:将硫化后的甲基乙烯基硅橡胶自然冷却至常温。

  为实现上述第三个目的,本发明提供了如下技术方案:

  一种线缆,该线缆外侧包覆有上述制备方法制得的防火硅胶布。

  综上所述,本发明的有益技术效果为:

  通过向甲基乙烯基硅橡胶中加入阻燃剂以提高甲基乙烯基硅橡胶的阻燃能力,当火灾发生时,阻燃剂与甲基乙烯基硅橡胶在高温下燃烧后会固化变硬,形成一层致密的保护层并保持包覆在线缆的外侧,进而对线缆进行保护,防止线缆被烧着而导致火势快速蔓延,硫化剂用于对甲基乙烯基硅橡胶进行硫化,提高甲基乙烯基硅橡胶的强度和性能;

  通过将陶瓷化阻燃剂和聚磷酸铵阻燃剂和无卤阻燃剂混合使用能够提高甲基乙烯基硅橡胶的阻燃性能,同时减少了阻燃剂的用量,节省成本,有利于提高甲基乙烯基硅橡胶的强度和性能,另外也能够大幅度减少甲基乙烯基硅橡胶在燃烧时产生的烟量,并使甲基乙烯基硅橡胶燃烧后固化为具有良好密封性的硬质保护层,进而对线缆进行保护;

  通过先对甲基乙烯基硅橡胶进行塑炼,使甲基乙烯基硅橡胶软化,以便于与阻燃剂以及偶联剂进行混合,开炼时将温度控制在15-20℃之间,以避免开炼过程中甲基乙烯基硅橡胶温度升高而与交联剂发生硫化反应。

  上述线缆在遇到火灾时,其表层的防火硅胶布会迅速固化变硬并形成一层致密的保护层将线缆包覆在内,进而对线缆进行保护,避免线缆着火。

  附图说明

  图1是试验组P中重量份原料组分的防火硅胶布未燃烧时的示意图。

  图2是试验组P中重量份原料组分的防火硅胶布燃烧过程中的示意图。

  图3是试验组P中重量份原料组分的防火硅胶布燃烧后的示意图。

  具体实施方式

  下面将结合本发明实施例中的表格,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理解本发明的发明构思前提下所获得的其他实施例,都属于本发明保护的范围内。

  本发明公开了一种防火硅胶布,包含甲基乙烯基硅橡胶80-120份、陶瓷化阻燃剂20-30份、聚磷酸铵阻燃剂10-20份、无卤阻燃剂5-15份、偶联剂0.6-1份、交联剂1.3-1.7份、抑制剂0.1-0.3份、铂金催化剂1.8-2.2份,其中偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,交联剂为含氢硅油,抑制剂为聚醚改性二甲基硅氧烷,各原料的型号与生产厂家如表1,其制备方法如下:

  S1:塑炼:将甲基乙烯基硅橡胶于常温条件下进行塑炼,搅拌10分钟;

  S2:混炼:将阻燃剂和偶联剂加入密炼后的甲基乙烯基硅橡胶进行混合,并于120℃下混炼1个小时;

  S3:冷却:将混炼后的甲基乙烯基硅橡胶自然冷却至常温;

  S4:开炼:向混炼后的甲基乙烯基硅橡胶中加入硫化剂和铂金催化剂,于18℃下开炼15分钟;

  S5:压碾:将开炼后的甲基乙烯基硅橡胶压碾成片状;

  S6:硫化:对压碾后的甲基乙烯基硅橡胶进行加热,于150℃下烘烤8分钟;

  S7:冷却:将硫化后的甲基乙烯基硅橡胶自然冷却至常温。

  表1:本具体实施方式中原料的型号与生产厂家

  

  具体实施例:

  测试方法:采用不同重量份原料组分的防火硅胶布进行燃烧性试验(垂直燃烧),共设计3组对照组和9组试验组,分别为对照组A~对照组C以及试验组D~试验组L,对照组A中的防火硅胶布只添加陶瓷化阻燃剂,对照组B中的防火硅胶布只添加聚磷酸铵阻燃剂,对照组C中的防火硅胶布只添加无卤阻燃剂,试验组D~试验组L中的防火硅胶布均添加3种阻燃剂,每组均包括5块防火硅胶布且组内防火硅胶布为从相同重量份原料组分的不同样品上裁剪下来的防火硅胶布,每块防火硅胶布的尺寸均为:125mm×13.0mm×1.2mm。

  测试标准:UL 94-2017。

  测试设备:水平垂直燃烧试验仪(型号:RH-6033B)。

  测试处理:将待测样品在23±2℃,50±10%RH环境条件下放置48h,本试验中各组样品均未进行70℃老化168h处理以及常温干燥4h处理。

  测试步骤:火焰高度20±1mm,将本生灯置于待测样品下方正中心位置,本生灯管口距样品底端10±1mm,点火时间为10±0.5s,点火10±0.5s后以300mm/sec的速度移开本生灯至少150mm,同时开始记录余焰时间t1,余焰停止时应立即点燃10±0.5s,点火10±0.5s后以300mm/sec的速度移开本生灯至少150mm,同时记录余焰时间t2和余燃时间t3。

  分别以下列6种重量份组分的防火硅胶布进行垂直燃烧试验:

  表2:防火硅胶布的原料组分

  

  表3:评判标准

  

  注:t1、t2为余焰时间,t3为余燃时间

  表4:对照组A测试结果

  

  表5:对照组B测试结果

  

  表6:对照组C测试结果

  

  表7:试验组D测试结果

  

  

  表8:试验组E测试结果

  

  表9:试验组F测试结果

  

  表10:试验组G测试结果

  

  

  表11:试验组H测试结果

  

  表12:试验组I测试结果

  

  表13:试验组J测试结果

  

  表14:试验组K测试结果

  

  

  表15:试验组L测试结果

  

  测试结论:对比表4至表15中的数据可知,添加单一种类阻燃剂的样品常温测试结果均符合UL 94-2017 V-2的要求,添加三种阻燃剂的样品常温测试结果均符合UL 94-2017V-0和UL 94-2017 V-1的要求,由此可知添加三种阻燃剂时防火硅胶布的阻燃效果优于添加单一品种阻燃剂防火硅胶布的阻燃效果。由表9至表13可知,随着阻燃剂总量的增加,防火硅胶布的阻燃效果逐渐提高,当阻燃剂的量达到一定的量时,防火硅胶布的阻燃效果不再有明显提高,而且试验组E、试验组I、试验组J以及试验组L中的防火硅胶布在生产过程中物料比较粘稠,生产时会粘在滚筒上,尤其是试验组E和试验组J,生产时难以成型,物料浪费严重,成本较高。

  对试验组H~试验组J中三种不同重量份组分阻燃剂的硅胶布进行物性检测:

  表16:试验组H~试验组J防火硅胶布的产品规格参数

  

  

  表17:试验组H~试验组J防火硅胶布的物性表

  

  测试结论:根据表17中的数据可知,试验组H~试验组J中防火硅胶布的物性都能够达到正常标准,但是随着阻燃剂总重量组分的增加,防火硅胶布的拉伸强度和撕裂性能会降低,其中试验组H中防火硅胶布的物性更好,然后对试验组H中防火硅胶布的比重、硬度以及导热系数进行测试,结果均符合正常标准。

  以试验组H中总重量组分阻燃剂配比的防火硅胶布为较优实施例设计对比试验,验证相同总重量份组分的阻燃剂中三种阻燃剂的量对防火硅胶布阻燃效果的影响,共设计3组试验组,分别为试验组P至试验组R,每组均包括5块防火硅胶布且组内防火硅胶布为从相同重量份原料组分的不同样品上裁剪下来的防火硅胶布,每块防火硅胶布的尺寸均为:125mm×13.0mm×1.2mm,以上述测试方法进行燃烧性试验(垂直燃烧)。

  表18:试验组P~试验组R中硅胶布的组分表

  

  

  表19:试验组P测试结果

  

  表20:试验组Q测试结果

  

  表21:试验组R测试结果

  

  测试结论:对比表19至表21中的数据可知,在阻燃剂总占比不变的情况下,三种阻燃剂相互间的比例对防火硅胶布的阻燃效果影响不大,三种配比的阻燃剂的样品常温测试结果均符合UL 94-2017 V-0的要求,但是试验组Q中防火硅胶布燃烧测试时产生的烟气较多,试验组P和试验组R中防火硅胶布燃烧测试时产生的烟气产生量很少,另外,试验组P中防火硅胶布固化变硬后形成的保护层较为致密,成瓷化更明显,对线缆的保护性较好,因此以陶瓷化阻燃剂为主,聚磷酸铵阻燃剂和无卤阻燃剂为辅时防火硅胶布的性能更优。

  为了更直观地展示防火硅胶布的燃烧状态,本申请人以试验组P中重量份原料组分的防火硅胶布进行了燃烧测试,燃烧试验中火焰的温度为1000℃,具体燃烧情况见图1、图2以及图3,由图中可看出,燃烧过程中防火硅胶布未产生明显的烟气和火焰,防火硅胶布未出现明显的收缩,防火硅胶布在高温下硬化后形成的保护层为连续致密状态,且不会由燃烧中心点向边缘处进行明显的扩散。

  以试验组P中总重量份原料组分阻燃剂的防火硅胶布进行线缆保护性试验,共设计三组试验,分别为试验组S~试验组U,其中试验组S中偶联剂采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,试验组T中偶联剂采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(生产厂商:杭州杰西卡化工有限公司,型号:KH-560)、试验组U中偶联剂采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(生产厂商:杭州杰西卡化工有限公司,型号:KH-550)。

  每组均包括3块防火硅胶布且组内防火硅胶布为从相同重量份原料组分的不同样品上裁剪下来的防火硅胶布,将各组的3块防火硅胶布分别包覆在同一种型号的线缆(厂家:成天泰电线电缆,型号:BVV25)的外表面,通过喷火枪向包覆有防火硅胶布的线缆进行燃烧测试。

  表22:线缆保护性试验数据

  

  试验结论:包覆有试验组P中重量份原料组分防火硅胶布的线缆具有优异的阻燃性能,线缆表层的防火硅胶布能够在1100℃以下保持为固化的保护层对线缆进行保护,能够有效地防止线缆着火,当温度超过1100℃时,防火硅胶布形成的固化保护层开始逐渐有油状物滴落。但是,试验组S中的防火硅胶布在高温下形成的保护层最为致密,表面最为完整,无明显的凹坑或者裂纹,对线缆的保护效果最好,因此可推断出,以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂与三种阻燃剂之间的协同作用更好,防火硅胶布具有更好的阻燃效果。

  本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

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