一种可低温陶瓷化的硅橡胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可低温陶瓷化的硅橡胶及其制备方法。以质量百分比计，其原料组成包括硅橡胶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％和硫化剂1～3％。制备时，在橡胶密炼机或橡胶开炼机中，将原料混合均匀，得到混炼胶，再经硫化得到陶瓷化硅橡胶硫化胶，硫化温度为150～180℃，一段硫化时间为5～15分钟，二段硫化时间为2～4h。本发明专利技术技术方法简单，制备的陶瓷化硅橡胶硫化胶的力学性能良好，硫化胶可在较低瓷化温度下转化成坚硬的陶瓷体，且陶瓷体的三点弯曲强度超过3MPa；陶瓷体的形成速率快，电线电缆的阻燃防火效果更加显著。

Low temperature vitrified silicone rubber and preparation method thereof

The invention discloses a low temperature ceramic silicon rubber and a preparation method thereof. The weight percentage of the raw materials including silicon rubber 40 ~ 80%, 10 ~ 30% of fumed silica, halloysite 15 ~ 30%, 3 ~ 8% conductive filler and flux 3 ~ 10%, 1 ~ 5% hydroxy silicone oil and curing agent 1 ~ 3%. During the preparation, in rubber mixing machine or rubber mixing machine, the raw materials are mixed evenly, and then get the mix, obtained by curing ceramic vulcanized silicone rubber, curing temperature is 150 to 180 DEG C, a curing time is 5 ~ 15 minutes, two vulcanization time was 2 ~ 4h. The technique method of the invention is simple, the mechanical properties of ceramic silicone rubber prepared good vulcanizates can be converted into hard ceramic body in low temperature porcelain, and three point bending strength of the ceramic body is more than 3MPa; the formation of ceramic body speed, wire and cable fire retardant effect is more significant.

【技术实现步骤摘要】
一种可低温陶瓷化的硅橡胶及其制备方法
本专利技术涉及硅橡胶防火阻燃
，特别是涉及一种可低温陶瓷化的硅橡胶及其制备方法。
技术介绍
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30min内不发生熔断，使电路在火灾中依然保持畅通。目前，陶瓷化硅橡胶在国内外已有较多的研究报道。如，Bieliński[BielińskiDM,AnyszkaR,M,etal.Kompozyty,2011,11(3):252-257.]等采用硅酸钙、石英、高岭土、氧化锌、云母为填料，并按一定比例配合，制备了陶瓷化硅橡胶复合材料，用作电缆护套。深圳市沃尔核材股份有限公司[一种陶瓷化防火耐火电缆.201120578412.5]专利技术了一种陶瓷化防火电缆，电缆的耐高温填充层与外护套之间设置有陶瓷化硅橡胶防火层，在燃烧时，陶瓷化硅橡胶防火层能形成一层坚硬的保护壳，能防止火焰进一步向电线电缆内部蔓延，确保电线电缆的正常使用。郭建华[GuoJianhua,ZhangYong,LiHanjian,etal.JournalofAlloys&Compounds,2016,678:499-505.]等研究发现，随着陶瓷化硅橡胶的瓷化温度从800℃升高至1100℃，陶瓷体的三点弯曲强度逐渐增大。现有文献显示，为实现陶瓷化硅橡胶的高强度瓷化，需要的瓷化温度大多超过800℃，这导致了当燃烧温度偏低(如温度为700℃)时，由陶瓷化硅橡胶转变的陶瓷体内部结构松散，瓷化强度不高，难以保护电线电缆内部的铜导线，因此，开发一种能够在低温条件下实现高强度瓷化的陶瓷化硅橡胶，是实现陶瓷化硅橡胶更广泛应用的重要研究工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中硅橡胶的瓷化温度较低时，陶瓷体结构松散、瓷化强度不高的问题，提供一种可低温陶瓷化的硅橡胶及其制备方法，其陶瓷化温度仅为700～750℃，而陶瓷体的三点弯曲强度可达3MPa以上，本专利技术在700～750℃下形成陶瓷体的瓷化强度明显高于现有技术在800℃下形成陶瓷体的瓷化强度。现有商品化的陶瓷化硅橡胶，其瓷化温度通常在800～1100℃范围内，当瓷化温度为700℃时，由于助熔剂无法充分熔融，基本无法形成陶瓷体。本专利技术使得陶瓷化硅橡胶能够在700～750℃下形成坚硬致密的陶瓷层。本专利技术在700～750℃下形成陶瓷体的瓷化强度明显高于现有技术中在800℃下形成陶瓷体的瓷化强度。为实现本专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为：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％；所述助熔剂为低软化点玻璃粉和三氧化二硼的一种或多种；所述导热填料为氮化铝和氮化硼的一种或多种；制备时，先将导热填料和助熔剂搅拌混合，然后在温度为350～650℃中烧结30～60min，冷却，研磨，制备具有导热功能的复合助熔剂；然后将硅橡胶、气相白炭黑、羟基硅油、复合助熔剂加入橡胶密炼机或开炼机中，混合均匀，之后再加入硫化剂，混炼，得到混炼胶，停放后在橡胶开炼机上返炼；再将所得混炼胶进行硫化，一段硫化温度条件为150～180℃，二段硫化温度为180℃；将陶瓷化硅橡胶硫化胶在700～750℃的马弗炉中进行瓷化1～2h，随炉冷却，制得陶瓷化硅橡胶。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶的一种或多种，数均分子量为50～80万；优选地，所述低软化点玻璃粉的软化点范围为350～650℃。优选地，所述低软化点玻璃粉的粒径为10～100μm。优选地，所述气相白炭黑的比表面积为200～400m2·g-1。优选地，所述硅油为羟基硅油的粘度为100～1000厘泊。优选地，所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(DBPMH)和过氧化二异丙苯(DCP)的一种或多种。所述的可低温陶瓷化的硅橡胶的制备方法，包括以下制备步骤：(1)先将导热填料和助熔剂搅拌混合10～30min，然后在马弗炉中设定温度为350～650℃，烧结30～60min，随炉冷却，将混合物在三辊研磨机上研磨10～20min，制备出一种具有导热功能的复合助熔剂；(2)将硅橡胶、气相白炭黑、羟基硅油、复合助熔剂加入橡胶密炼机或开炼机中，在50～80℃条件下混合，之后再加入硫化剂，混炼3～5min，得到混炼胶，停放12h以上，在橡胶开炼机上返炼3～5min；(3)将混炼胶进行硫化，一段硫化温度条件为(150～180)℃×(5～15)min，二段硫化条件为180℃×(2～4)h；(4)将陶瓷化硅橡胶硫化胶在700～750℃的马弗炉中进行瓷化1～2h，随炉冷却，制得陶瓷体。优选地，所述在50～80℃条件下混合的时间为10～30min。本专利技术的有益效果：现有的陶瓷化硅橡胶，其在烧结过程中表面逐渐形成的陶瓷层会起到隔热作用，抑制了热量从硅橡胶外部向内部扩散，导致内层的助熔剂(低软化点玻璃粉等)无法及时熔融形成液相，使得陶瓷体内部容易形成松散的结构，导致瓷化强度不高。为了提高瓷化强度，只能通过在硅橡胶中大量使用助熔剂，或者提高瓷化温度，这将导致硅橡胶的成本大幅度升高，而且大量的填料使硅橡胶的力学性能明显降低。此外，硅橡胶的瓷化温度过高，在发生小型火灾(环境温度低于800℃)时硅橡胶无法完全瓷化，导致陶瓷体强度过低，无法起到保护内部铜导线的作用。加入导热填料后，由于燃烧过程中硅橡胶中导热系数的提高，导热效果增强，当瓷化温度较低，且助熔剂用量较少时，可以获得与较高瓷化温度和较多助熔剂用量情况下相同致密结构的陶瓷体，即导热填料可以降低瓷化温度，使陶瓷化硅橡胶在较低瓷化温度下转变为致密的陶瓷体。本专利技术中，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。本专利技术在700～750℃下形成陶瓷体的瓷化强度明显高于现有技术中在800℃下形成陶瓷体的瓷化强度。具体实施方式下面将结合具体实施例，进一步说明本专利技术的特点和优势，但实施例应该理解为仅用于说明本专利技术技术方案而不构成对本专利技术保护范围的限制。本专利技术下面实施例表1和表2中陶瓷化硅橡胶的拉伸应力应变性能、撕裂强度和邵尔A硬度测试分别按照GB/T528-2009、GB/T529-2008、GB/T531.1-2008执行，体积电阻率测试按照GB/T2439-2001执行；陶瓷体的三点弯曲强度和冲击强度测试分别按照GB/T9341-2008和GB/T1843-2008执行。对比例按质量百分比计，一种可低温陶瓷化的硅橡胶各原料组分配比为：将硅橡胶、气相白炭黑、羟基硅油、云母粉、玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可低温陶瓷化的硅橡胶，其特征在于，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％；所述助熔剂为低软化点玻璃粉和三氧化二硼的一种或多种；所述导热填料为氮化铝和氮化硼的一种或多种；制备时，先将导热填料和助熔剂搅拌混合，然后在温度为350～650℃中烧结30～60min，冷却，研磨，制备具有导热功能的复合助熔剂；然后将硅橡胶、气相白炭黑、羟基硅油、复合助熔剂加入橡胶密炼机或开炼机中，混合均匀，之后再加入硫化剂，混炼，得到混炼胶，停放后在橡胶开炼机上返炼；再将所得混炼胶进行硫化，一段硫化温度条件为150～180℃，二段硫化温度为180℃；将陶瓷化硅橡胶硫化胶在700～750℃的马弗炉中进行瓷化1～2h，随炉冷却，制得陶瓷化硅橡胶。

【技术特征摘要】
2017.04.05 CN 20171021638251.一种可低温陶瓷化的硅橡胶，其特征在于，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％；所述助熔剂为低软化点玻璃粉和三氧化二硼的一种或多种；所述导热填料为氮化铝和氮化硼的一种或多种；制备时，先将导热填料和助熔剂搅拌混合，然后在温度为350～650℃中烧结30～60min，冷却，研磨，制备具有导热功能的复合助熔剂；然后将硅橡胶、气相白炭黑、羟基硅油、复合助熔剂加入橡胶密炼机或开炼机中，混合均匀，之后再加入硫化剂，混炼，得到混炼胶，停放后在橡胶开炼机上返炼；再将所得混炼胶进行硫化，一段硫化温度条件为150～180℃，二段硫化温度为180℃；将陶瓷化硅橡胶硫化胶在700～750℃的马弗炉中进行瓷化1～2h，随炉冷却，制得陶瓷化硅橡胶。2.如权利要求1所述的可低温陶瓷化的硅橡胶，其特征在于：所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶的一种或多种，数均分子量为50～80万。3.如权利要求1所述的可低温陶瓷化的硅橡胶，其特征在于：所述低软化点玻璃粉的软化点范围为350～650℃。4.如权利要求1所述的可低温陶瓷化的硅橡胶，其特征在于：所述低软化点玻璃粉的粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建华，陈旭明，蒋兴华，曾幸荣，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44