一种耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶及其制备方法，原料包括低碳氢含量甲基硅胶100份、表面改性碳化钛粉300～700份、表面改性纳米二维碳化钛粉0～200份、固化剂1～5份、玻璃纤维粉2～20份，形成的复合硅胶中碳氢成分的重量百分比在10％以内。本发明专利技术采用碳化钛和其二维碳化钛粉为导电添加剂及低碳氢含量有机硅胶为陶瓷化粘合剂制备热稳定和高强的导电胶，导电胶在陶瓷化后依然维持高致密度、高强度和高导电性。本发明专利技术采取低甲基含量的有机硅胶和高温稳定的无机导电填料为解决方案，提升导电填料体积比的方案为采用多峰粒径分布的碳化钛粉末和部分采用二维碳化钛增加强度和电导率，从而能防止导体的凸起在高电压下的放电击穿绝缘层。压下的放电击穿绝缘层。

【技术实现步骤摘要】
一种耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导电材料
，具体涉及一种耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，随着高层建筑的增加和消防法规的完善，火灾时保持电气设备的运转对于逃生和救援将会越来越重要，特别是大型高层建筑，用电量大，入户电压也随之增加，从常规的中压6.6kV入户成为10kV以上的入户已成为普遍要求。而耐火电缆作为连接所有电气设备的主干基础设施，其耐火性能对于高层建筑的耐火性能具有重要的作用，提高耐火电缆的耐热温度、耐火时间和在不同燃烧及灭火状况下电缆的正常工作范围是今后防火建筑重要方向。耐火电缆的主要工作场景为室温，大部分情况下在其线缆的生命周期中不会经历火灾而发挥陶瓷性能，所以线缆必须满足常规使用，同时需要兼备在火灾场景下的耐受能力。作为中压以上的电缆在其导电和屏蔽包覆层的表面包覆一层半导体防击穿层，这个保护层也同时需要满足耐火需求。
[0003]常见的耐火电缆分为：氧化镁矿物绝缘耐火电缆、云母带耐火电缆和陶瓷化耐火电缆。氧化镁矿物绝缘耐火电缆由于其运输和使用等诸多不便不是未来的主流；云母带耐火电缆以低压应用为主，在火灾时伴随灭火时的喷淋和振动可能造成云母层的破坏和绝缘失效，使其作为耐火线缆存在巨大的隐患；陶瓷化耐火电缆是指采用可陶瓷化的有机陶瓷前驱体作为粘合剂，例如有机硅橡胶，在火灾发生之前为有机绝缘材料，高绝缘性、柔韧性好、力学强度优良和耐高低温，高温陶瓷化后形成具有一定强度的陶瓷，高致密度的陶瓷绝缘材料也可以承受10kV以上的中压。中高压线缆在导体的表面和铜包覆屏蔽层的内表面都有一层半导电防放电击穿保护层，防止导体表面的突起放电击穿绝缘层，作为中压线缆的重要组成部分，需要与耐火绝缘层兼容的半导电层，同时必须耐火以及可陶瓷化。低温半导电线缆用的导电添加剂为导电炭黑、石墨粉、碳纳米管和石墨烯等碳系导电粉体，这些导电材料在高于500℃的空气中会氧化失去导电性，大部分金属粉体导电添加剂在高温下的稳定性也不佳，包括耐氧化性低，完全失去强度等等。空气中稳定的陶瓷导电添加剂凸显其优势，二维的碳氮化钛(MXene)化合物具有高导热导电，硬度和强度高，在高温空气中也稳定等优势，在很宽的温度范围内电阻率低于1mΩ
·
cm，特别是二维碳化钛(Ti3C2T，Ti2CT，T为OH等活性官能团)经过10年的研发开始慢慢进入应用场景。有机硅胶作为耐火电缆的粘合剂具有一定的成本优势，在高温下可以快速转化为陶瓷绝缘材料，具备低毒或无毒烟性，形成的陶瓷氧化硅的热导率低，阻燃隔热，融点超过1300℃以上，在转化为陶瓷后具有一定的力学强度，在高温下保证线缆通电正常。一般有机硅胶的化学结构为
‑
SiO(CH3)2‑
，高温时失去(CH3)2留下SiO，在密闭环境下失去约40％的重量，形成的SiO密度为2.13g/cm3，如果轻质的碳氢化合物离散，体积收缩70％；在空气中转化为SiO2，体积收缩减少，约64％。从有机硅胶的化学结构得知体积收缩的根本原因为结构中低密度的碳氢化合物挥发分比例太高，约占总重量的40％，这些挥发分引起绝缘层和半导电屏蔽层的膨胀，甚至造成线缆的外层保
护隔热材料的破损，降低碳氢成分的比例是提高线缆性能的重要方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种采取低甲基含量的有机硅胶和高温稳定的无机导电填料为解决方案，提升导电填料体积比的方案为采用多峰粒径分布的碳化钛粉末和部分采用二维碳化钛增加强度和电导率，防止导体的凸起在高电压下的放电击穿绝缘层的耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶及其制备方法。需要说明的是，本专利技术的技术方案方案为本申请人的另案专利技术专利“一种中压耐火电缆用陶瓷化有机硅胶材料及其制备方法”的延申，以解决耐火电缆的半导电包覆层的制备原料。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶，其特征在于：包括以下原料：低碳氢含量甲基硅胶100份、表面改性碳化钛粉300～700份、表面改性纳米二维碳化钛粉0～200份、固化剂1～5份、玻璃纤维粉2～20份，形成的复合硅胶中碳氢成分的重量百分比在10％以内。
[0006]该有机硅胶具有如下特性：硬度邵氏不大于85，拉伸强度优于5MPa，断裂伸长率大于70％，体积电阻率不大于100Ω
·
cm；空气中950℃烧结90分钟后的失重不超过10％，气孔为闭孔介孔，体积电阻率不大于1000Ω
·
cm。满足企业标准“JB/T 10738
‑
2007额定电压35kV及以下挤包绝缘电缆用半导电屏蔽料”的要求。
[0007]有机硅胶(有机硅树脂)的化学结构为：((CH3)3SiO
1/2
)
a
(CH3SiO
3/2
)
b
((CH3)2SiO)
c
((CH3)C2H2SiO)
d
H
e
，其中a、b、c、d、e为整数，0.2≤b/c≤10、5≤b/a≤200、5≤b/d≤200、5≤b/e≤200，且30≤a+b+c+d+e≤1000，碳氢的重量百分比少于36％，优选少于33％，该树脂的软化点为45～80℃，其溶于有机溶剂，如氯仿、甲基异丁基酮、乙醇、正丁醇、二甲苯等有机溶剂。
[0008]所述表面改性碳化钛粉为乙烯基硅烷改性，粒径分布为多峰分布，最大粒径小于50微米，D50为5～20微米；
[0009]所述表面改性纳米二维碳化钛粉为乙烯基硅烷改性，最大粒径小于50微米，比表面积不小于5m2/g；
[0010]所述玻璃纤维粉的直径为6～20微米，长度0.5～2mm，其表面经过乙烯基硅烷偶联剂改性。
[0011]还可添加交联剂和催化剂，以提高反应过程的效率，交联剂为低聚合度的线型或环状甲基氢硅氧烷，所述交联剂为(CH3)3SiO(CH3HSiO)3Si(CH3)3、(CH3)3SiO(CH3HSiO)5Si(C2H5)3、(CH3HSiO)4中的任一种；催化剂为铂氯酸类。
[0012]低碳氢含量甲基硅胶合成原料为低碳氢含量有机硅树脂、二甲基二甲氧基硅烷和乙烯基甲基二甲氧基硅烷缩合而成，低碳氢含量有机硅树脂的碳氢含量的重量百分比低于27％，有机硅树脂与二甲基二甲氧基硅烷和乙烯基甲基二甲氧基硅烷的重量比为100:50～300:1～10，优选的重量比为100:70～150:2～5。
[0013]表面改性碳化钛粉通过硝酸表面氧化后，再用乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂改性而得；
[0014]插层剥离后的表面改性纳米二维碳化钛粉用乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂改性而得。
[0015]一种基于前述耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行，
[0016]步骤1：用可控温真空反应釜，在反应釜中将低碳氢含量甲基硅胶溶于有机溶剂，加入硅烷原料，低碳氢含量甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶，其特征在于：包括以下原料：低碳氢含量甲基硅胶100份、表面改性碳化钛粉300～700份、表面改性纳米二维碳化钛粉0～200份、固化剂1～5份、玻璃纤维粉2～20份，形成的复合硅胶中碳氢成分的重量百分比在10％以内。2.根据权利要求1所述的耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶，其特征在于：该有机硅胶具有如下特性：硬度邵氏不大于85，拉伸强度优于5MPa，断裂伸长率大于70％，体积电阻率不大于100Ω
·
cm；空气中950℃烧结90分钟后的失重不超过10％，气孔为闭孔介孔，体积电阻率不大于1000Ω
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cm。3.根据权利要求1所述的耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶，其特征在于：该有机硅胶的化学结构为：((CH3)3SiO
1/2
)
a
(CH3SiO
3/2
)
b
((CH3)2SiO)
c
((CH3)C2H2SiO)
d
H
e
，其中a、b、c、d、e为整数，0.2≤b/c≤10、5≤b/a≤200、5≤b/d≤200、5≤b/e≤200，且30≤a+b+c+d+e≤1000，碳氢的重量百分比少于36％，软化点为45～80℃，其溶于有机溶剂。4.根据权利要求1所述的耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶，其特征在于：所述表面改性碳化钛粉为乙烯基硅烷改性，粒径分布为多峰分布，最大粒径小于50微米，D50为5～20微米；所述表面改性纳米二维碳化钛粉为乙烯基硅烷改性，最大粒径小于50微米，比表面积不小于5m2/g；所述玻璃纤维粉的直径为6～20微米，长度0.5～2mm，其表面经过乙烯基硅烷偶联剂改性。5.根据权利要求1所述的耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶，其特征在于：低碳氢含量甲基硅胶的合成原料为低碳氢含量有机硅树脂、二甲基二甲氧基硅烷和乙烯基甲基二甲氧基硅烷缩合而成，低碳氢含量有机硅树脂的碳氢含量的重量百分比低于27％，有机硅树脂与二甲基二甲氧基硅烷和乙烯基甲基二甲氧基硅烷的重量比为100:50～300:1～10，优选的重量比为100:70～150:2～5。6.根据权利要求1所述的耐火电缆用陶瓷化导电有机硅胶，其特征在于：表面改性碳化钛粉通过硝酸表面氧化后，再用乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂改性而得；插层剥离后的表面改性纳米二维碳化钛粉用乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂改...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓超然，武仪伟，张维维，张建兵，吴胜雄，
申请(专利权)人：东莞市三航军民融合创新研究院，
类型：发明
国别省市：