中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料及其制造工艺

摘要

本发明公开了一种中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料及其制造工艺，其特征是按质量份的原料组成为：甲基乙烯基有机硅生胶35～45份、白炭黑15～25份、纳米蒙脱土1.5～3份、氢氧化铝10～25份、氢氧化镁10～18份、交联剂0.4～0.8份、结构控制剂2～5.8份、氧化铁红2～4份、偶联剂0.80～1.5份。本发明的绝缘材料，不但能满足作为中压级电缆绝缘材料、电缆附件等对耐热性、较高电气绝缘性能的要求，还具有较高的机械强度，开辟了硅橡胶材料的应用新领域。

权利要求

1.一种中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的制造工艺，其特征是按以下步骤进行，步骤中各原料的取用量均按质量份计：步骤1：取氢氧化铝10～25份和氢氧化镁10～18份共同置于混合机中搅拌混合；利用自磨擦预热至95～150℃时；将0.80～1.5份偶联剂与相同质量份的无水乙醇稀释剂混合，并分成2-4次洒入或呈雾状喷入混合机中，继续搅拌10-15分钟，制成经表面处理的氢氧化铝和氢氧化镁粉体；

步骤2：将步骤1制得的氢氧化铝和氢氧化镁粉体分成2-3次加入到密炼机中，在温度为

110-140℃、转速为25-35rpm，压力不大于-0.09MPa的条件下与17.5～22.5份甲基乙烯基有机硅生胶共同混合，制得混合料A；

步骤3：将白炭黑15～25份、纳米蒙脱土1.5～3份、结构控制剂2～5.8份、氧化铁红2～4份共同加入到密炼机中，在温度为110-140℃，转速为25-35rpm，压力不大于-0.09MPa的条件下与17.5～22.5份甲基乙烯基有机硅生胶共同混合，制得混合料B；

步骤4：将所述混合料A和混合料B共同置于密炼机中，在温度为140-160℃，转速为25-

35rpm的条件下充分混合，制得混合料C；

步骤5：把混合料C在常温下放置不小于24小时，再在常温下经薄通返炼并过滤掉粒径大于250μm的杂质制得的混合胶料D；

步骤6：将混合胶料D与0.4～0.8份交联剂经炼胶机在30-70℃的温度下均匀混合即得中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料。

2.根据权利要求1所述的中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的制造工艺，其特征在于：所述步骤5中薄通返炼是采用双辊机，所述双辊机的薄通辊距为0.5-5mm，薄通次数3-5次。

3.根据权利要求1所述的中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的制造工艺，其特征在于：所述步骤6中的炼胶机为开放式炼胶机，设置所述开放式炼胶机中双辊辊距为1-12mm。

说明书

中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料及其制造工艺

技术领域

[0001] 本发明属于硅橡胶绝缘材料技术领域，具体涉及一种在高电压、高低温、阻燃、环保、柔软等电线电缆中应用的硅橡胶绝缘材料及其制造工艺。

背景技术

[0002] 硅橡胶具有优异的电气绝缘性能和良好的物理机械性能，耐大气老化、耐臭养老化、耐光老化、阻燃、耐辐射、耐油，是使用温度最高的弹性体材料之一，作为绝缘材料，可广泛用于船用电缆、航空导线、电机引接现、加热电缆等多种电缆的绝缘和护套。

[0003] 由于硅橡胶材料具有的优异特性，硅橡胶绝缘电线电缆的需求量越来越大，但当前主要应用于低压电线电缆领域。随着各类机械装备的发展和市场要求的提高，需要耐更高电压等级的硅橡胶绝缘材料，来提高电能输送能力。如轨道机车车辆牵引软电缆。绝缘材料耐电压等级的提高，需要材料不得有引起局部放电的因素存在，材料材质均匀，无颗粒杂质、气泡、游离子等。而且电缆的运行环境还需要材料具有耐高/低温、较高的机械性能、阻燃和环保等苛刻要求。但是普通类硅橡胶的机械性能相对其它橡胶材质而言，比较差，不符合特殊条件下的要求，提高硅橡胶材料在6-35kV等级下运行电气性能和机械性能，成为众多硅橡胶材料应用的焦点之一。

[0004] 上述的性能指标的要求，在材料的配方设计中存在矛盾，成为该类材料的研发的难点所在。

发明内容

[0005] 本发明克服现有技术中的不足，提供一种具有耐高电压、耐高/低温、阻燃、环保、柔软和制造工艺简单等特点的中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料及其制造工艺。

[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下；

[0007] 本发明中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的特点是按质量份的原料组成为：

[0008] 甲基乙烯基有机硅生胶35～45份、白炭黑15～25份、纳米蒙脱土1.5～3份、氢氧化铝10～25份、氢氧化镁10～18份、交联剂0.4～0.8份、结构控制剂2～5.8份、氧化铁红2～4份、偶联剂0.80～1.5份。

[0009] 本发明中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的特点也在于：

[0010] 所述甲基乙烯基有机硅生胶中的乙烯基含量占甲基乙烯基单体的摩尔份数为0.10～0.15％，单体分子重均相对分子量为46～60万。

[0011] 所述白炭黑为气相法工艺制造所得。

[0012] 所述交联剂为2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化已烷DBPMH；或为2，4-二氯过氧化苯甲酰DCBP；或为过氧化二异丙苯DCP。

[0013] 所述结构控制剂为二苯基硅二醇和羟基硅油中的任意一种，或为两者的任意比例的组合物。

[0014] 所述偶联剂为硅烷偶联剂、烷氧基钛酸酯偶联剂、焦磷酸型钛酯酸偶联剂，或为铝酸酯偶联剂。

[0015] 本发明中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的制造工艺的特点是按以下步骤进行，步骤中各原料的取用量均按质量份计：

[0016] 步骤1：取氢氧化铝10～25份和氢氧化镁10～18份共同置于混合机中搅拌混合；利用自磨擦预热至95～150℃时；将0.80～1.5份偶联剂与相同质量份的无水乙醇稀释剂混合，并分成2-4次洒入或呈雾状喷入混合机中，继续搅拌10-15分钟，制成经表面处理的氢氧化铝和氢氧化镁粉体；

[0017] 步骤2：将步骤1制得的氢氧化铝和氢氧化镁粉体分成2-3次加入到密炼机中，在温度为110-140℃、转速为25-35rpm，压力不大于-0.09MPa的条件下与17.5～22.5份甲基乙烯基有机硅生胶共同混合，制得混合料A；

[0018] 步骤3：将白炭黑15～25份、纳米蒙脱土1.5～3份、结构控制剂2～5.8份、氧化铁红2～4份共同加入到密炼机中，在温度为110-140℃，转速为25-35rpm，压力不大于-0.09MPa的条件下与17.5～22.5份甲基乙烯基有机硅生胶共同混合，制得混合料B；

[0019] 步骤4：将所述混合料A和混合料B共同置于密炼机中，在温度为140-160℃，转速为25-35rpm的条件下充分混合，制得混合料C；

[0020] 步骤5：把混合料C在常温下放置不小于24小时，再在常温下经薄通返炼并过滤掉粒径大于250μm的杂质制得的混合胶料D；

[0021] 步骤6：将混合胶料D与0.4～0.8份交联剂经炼胶机在30-70℃的温度下均匀混合即得中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料。

[0022] 本发明中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的制造工艺的特点也在于：

[0023] 所述步骤5中薄通返炼是采用双辊机，所述双辊机的薄通辊距为0.5-5mm，薄通次数3-5次。

[0024] 所述步骤6中的炼胶机为开放式炼胶机，设置所述开放式炼胶机中双辊辊距为1-12mm。

[0025] 本发明中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的应用是：将所述中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料通过挤橡机挤出成型，所述挤橡机自进料口至机头均匀分段为一区、二区和三区，线速度为15-35m/min，制得电缆绝缘层。

[0026] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

[0027] 1、本发明中的基材选用了甲基乙烯基有机硅生胶，其具有良好的弹性、耐老化性能，有优异的电气绝缘性能，在组份中增加了氧化铁红，提高了有机材料的耐热性能；110-2型牌号，乙烯基含量较高，易交联；材料热老化和永久变形性能也有明显改进，工艺性能好，有利下片、挤出。

[0028] 2、本发明材料中采用气相法白炭黑，相对于沉淀法白炭黑，绝缘材料的机械性能大幅提高，大大提高了材料的抗张强度和抗撕强度，介电性能也良好，耐水性优越。

[0029] 3、本发明中交联剂采用过氧化物交联剂，适合过饱和蒸汽交联反应，交联速度快，不易起泡等优点。

[0030] 4、本发明添加的结构控制剂，与硅橡胶、白炭黑、氢氧化铝等有机、无机物亲合力强，能大大降低了材料的“结构化”效应，提高了材料的机械性能和加工性能。

[0031] 5、本发明采用偶联剂对无机阻燃剂等粉体材料进行表面处理，提高了粉体材料、无机材料之间的“结合力”，不但能提高材料的力学性能，而且还大大提降了材料混合制造的加工难度。在加工过程中，采用了与乙醇稀释剂混合，提高了粉体材料表面处理的均匀性和效果，也提高混合加工生产效率。

[0032] 6、本发明配方组份中添加纳米蒙脱土，降低了阻燃剂氢氧化铝、氢氧化镁粉体材料的用量，提高了其阻燃效果，从而在提高材料的阻燃效果的同时，提高材料的机械性能和电气性能水平，是本发明重要的创新点。

[0033] 7、本发明制造工艺中采用分步混合加工，提高有机、无机材料之间的混合均匀性，防止或降低无机粉体材料的“集聚”现象的发生，提高材料的混合的均匀性。

[0034] 8、本发明的材料加工采用过饱和蒸汽硫化，一是生产效率比二段硫化要快3-5倍，二是由于有0.3-0.9MPa的压力，相对常压下的二段硫化，减少绝缘层气泡的产生，大大提高了绝缘层的电气性能，也提高了材料的机械性能。

具体实施方式

[0035] 具体实施中，本发明所述的中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料，按质量份原料构成如表1列：

[0036] 表1中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料组份配比

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[0038]

[0039] 具体实施中，甲基乙烯基有机硅生胶为110-2型，乙烯基摩尔份数为0.10～0.15％，重均相对分子量46～60万；白炭黑为气相法工艺制造；交联剂为2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化已烷DBPMH或2，4-二氯过氧化苯甲酰DCBP或过氧化二异丙苯DCP；结构控制剂为二苯基硅二醇、羟基硅油或其组合物；偶联剂为硅烷偶联剂、烷氧基钛酸酯偶联剂、焦磷酸型钛酯酸偶联剂或铝酸酯偶联剂。

[0040] 中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料的制造工艺，其特征是按以下步骤进行：

[0041] 步骤1：按比例，将氢氧化铝、氢氧化镁粉体倒入SHR型高速混合机高速搅拌，利用其自磨擦预热至95～150℃温度后，分2-4次缓洒入或雾状喷入偶联剂，继续高速混合搅拌10-15min，在较高温度内完成氢氧化铝、氢氧化镁与偶联剂反应过程；

[0042] 具体实施中，偶联剂要与无水乙醇稀释剂按1：1混合溶剂。

[0043] 步骤2：由步骤1所制得的表面处理后的氢氧化铝、氢氧化镁粉体，分2-3批加入到高速密炼机里，在温度110-140℃，快浆转速25-35Rpm，真空度压力小于-0.09Mpa下与配比中的一半甲基乙烯基有机硅生胶的量混合，制得混合料A。

[0044] 步骤3：把白炭黑、纳米蒙脱土、结构控制剂、氧化铁红按质量比例加入到高速密炼机里，在温度110-140℃，快浆转速25-35Rpm，真空度压力小于-0.09Mpa下与配比剩余量甲基乙烯基有机硅生胶混合，制得混合料B。

[0045] 步骤4：把第2步制得的混合料A和第3步制得混合料B一起倒入高速密炼机里，在温度140-160℃，快浆转速25-35Rpm下经充分混合，混合材料C。

[0046] 步骤5：把混合材料C常温下放置至少24小时后返炼、过滤，得到绝缘胶D；返炼时使用的薄通辊距为0.5-5mm，薄通次数3-5次出片；过滤是通过过滤机完成，过滤机的滤网为三层，目数分别为60、80、120。

[0047] 步骤6：混合胶料D与交联剂经开炼机混合均匀，制得本发明绝缘材料；开炼机为开放式炼胶机，双辊混炼的温度30～70℃，辊距为4-12mm。

[0048] 具体实施中，绝缘料挤出时挤橡机的机身温度1区为50±5℃，2区为60±5℃，3区为65±5℃，机头温度为70±5℃，挤橡机螺杆采用水冷却，挤出后采用过饱和蒸汽压力为0.3-0.9MPa的压力在线进行硫化，出线速度为20-35m/min。

[0049] 表1中，实施例1由于无机填充较多，材料成本价格较低，材料阻燃效果也最好；实施例4无机材料含量最低，材料的电气性能最好，机械指标也较高，但阻然效果差。

[0050] 本发明所述的中压级低烟无卤阻燃硅橡胶绝缘材料，可以达到表2所示技术指标：

[0051]