CN107599516A - 一种夹芯有机硅组合物及其成型方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种夹芯有机硅组合物及其成型方法和用途，属于硅橡胶材料领域。夹芯有机硅组合物的成型方法在于，以107硅胶作为基础树脂，正硅酸酯为交联剂，有机钛酸酯为催化剂，同时搭配补强填料、耐热填料、附着力促进剂、阻燃剂、水汽清除剂等组分，经真空混炼后与增强网布共挤出而成。该组合物为单组分薄片状层间复合材料，增强网布处于有机硅组合物基体层的中间，其外观形态稳定，结构新型，具备良好的柔韧性和初始粘结力，固化产物耐磨性、耐候性及耐温、耐酸碱、阻燃性能俱佳。该夹芯组合物从形性、可塑性、补强性良好，能够牢固粘合于各种复杂形状和弯曲表面，在光缆/电缆以及数据通讯线路的外皮破损修复、柔性电气连接端的耐磨防护与绝缘补强等领域有着较广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种夹芯有机硅组合物及其成型方法和用途，属于硅橡胶材料领域。
技术背景
通讯线路、柔性光缆/电缆在施工铺设以及长期使用过程中，防护外皮等部位容易因拖曳、摩擦、腐蚀、老化等各种原因导致损伤或破坏，从而影响密封、绝缘性能；此外，柔性电气连接端、高功率输电线等设施设备通常需要具备较高的耐温、抗撕裂和防火绝缘性能。当前传统的数据线路、柔性光缆/电缆产品外皮多为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、尼龙、乙丙橡胶、丁腈橡胶等材质，此类材料耐候、耐磨、耐热性偏低，拉伸强度有限，对极端环境适应性差，尤其在沙地、瓦砾、碎石等不平滑表面拖曳和使用时很容易造成外皮破裂，常规解决手段普遍采用设置护套层、耐火层、屏蔽层等多重形式加以保护，如专利CN104751943、CN105118558、CN104700944、CN103730197、CN101425346、CN202839121、CN104599760、CN104599754、CN105575516、CN102751021等公布的技术方案，由于各层不同材料间相容性较差、功能单一，使得电缆结构复杂，缆线既粗大又沉重，不利于轻便作业。
专利CN102618037提供了一款自生成纳米颗粒的电力电缆修复液，利用适配器和空压机将修复液加压注入到缆芯的缺陷部位，其操作过程复杂，耗时长，需要借助外部设备，不适合快速抢修。专利CN102097762公开的一种接地电缆带电修复装置，仅用于临时接地，难以满足长效性要求。专利CN102354589则公布了一款热缩电线、电缆破损快速修补片，由绝缘外层和热熔胶内层组成，其工作寿命长，适合于带电作业，但需切割和加热定型，高架线路施工时颇为不便。专利CN105262013揭示的一种高压电缆“主绝缘修复”工艺，制作工序相对复杂，技术难度偏高。另外，专利CN1147877提供了一种双组分室温硫化型高压电器外用有机硅绝缘材料，使用时需要配胶，且固化物硬度偏低，耐磨性较差。专利CN101649158、CN103666251均公布了一种有机硅绝缘用浸渍漆，同样由A、B组分构成，固化时需高温加热，且漆膜厚度偏低，附着力不足，耐磨、耐温等防护程度有限。
发明内容
本发明主要针对当前城市通讯线路、柔性光缆/电缆等设备设施在施工铺设及使用过程中防护皮层理化及力学属性偏低，容易因磨损、老化导致破坏，难以适应复杂应用环境等不足，目的之一在于提供一种耐候、耐磨、耐热、阻燃等综合性能优良、形态稳定、常温固化型有机硅组合物基体。
本发明第二个目的在于提供一种所述有机硅组合物基体的原材料搭配。
本发明第三个目的在于提供一种结构设计新型，含有增强网布夹芯层的有机硅组合物。
本发明第四个目的在于提供一种绿色环保、加工简便的所述夹芯有机硅组合物的成型方法。
本发明第五个目的在于提供一种所述夹芯有机硅组合物在光缆/电缆以及数据通讯线路外皮破损修复、柔性电气连接端的耐磨防护与绝缘补强等领域的应用。
本发明提供的一种夹芯有机硅组合物为单组分、湿气固化型薄片状层间复合材料，上下表面由离型纸覆盖，总厚度为1.5～2mm，其中增强网布处于有机硅组合物基体的中间，呈夹芯结构；25℃下保质期不低于200d，阻燃等级达FV0级，邵氏硬度40～55D，对紫铜粘接强度1～2Mpa，拉伸强度4～6Mpa，断裂伸长率120～170％，电击穿强度19～23kV/mm，耐温200℃/24h综合性能无明显变化。
所述夹芯组合物其特征在于，有机硅组合物基体各组分按重量计，107硅胶70～100份、MQ树脂20～50份、正硅酸酯2～8份、有机钛酸酯0.5～3份、补强填料20～70份、阻燃剂15～70份、水汽清除剂1～5份、超耐磨碳黑0.3～3份、附着力促进剂3～10份、耐热填料10～20份；
所述107硅胶数均分子量在60000～150000之间，25℃下运动粘度在20000～100000cst之间；
所述MQ树脂数均分子量在180000～300000之间，25℃下运动粘度在400000～1000000cst之间；
所述补强填料为疏水性气相白炭黑、超细硅微粉、超细氧化铝粉中的一种或多种按任意质量比组成的混合物；
所述附着力促进剂为氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷或其衍生物中的一种或多种按任意质量比组成的混合物；
所述耐热填料为氧化铈、三氧化二铁、二氧化钛或其衍生物中的一种或多种按任意质量比组成的混合物；
所述夹芯增强网布为玻璃纤维网布、聚酯纤维网布、尼龙网布、碳纤维网布中的一种或多种的复合。
所述夹芯有机硅组合物，其成型步骤及工艺在于：
(1)提前将补强填料、耐热填料、阻燃剂、超耐磨碳黑等粉末原料以及107硅胶、MQ树脂分别在90～110℃下烘烤6～8h预先干燥处理；
(2)将步骤(1)预干燥后的物料分少量多次投入到真空捏合机料仓内，调节捏合机浆叶转速，开启真空泵，并启动加热设备，确保物料温度维持在100～140℃之间，连续捏炼1～2h，使各物料完全混合均匀并脱除残余水分；
(3)将步骤(2)混炼好的胶料冷却至70℃以下，加入正硅酸酯、有机钛酸酯、水汽清除剂及附着力促进剂等，真空状态下继续捏合1.5～3h，使液体组分均匀分散于高粘度胶料体系中；
(4)将步骤(3)制得的物料转移至螺杆挤出机中，经类似一字形口模与增强网布共挤出成薄片后，在传送带设备上使有机硅夹芯组合物上、下表面覆盖离型纸，并经压辊压实，而后按照实际需要长度裁断真空包装即得。
本发明还提供了一种所述夹芯有机硅组合物的实际用途，包括但不仅限于在光缆/电缆以及数据通讯线路外皮破损修复、柔性电气连接端的耐磨防护与绝缘补强等领域。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
1.获得了一种结构设计新型、施工便利、保质期长、综合性能突出的常温固化夹芯有机硅组合物，其具备良好的柔韧性和初始粘结力，固化产物耐磨性、耐候性及耐温、耐酸碱、阻燃性能俱佳。该组合物从形性、可塑性良好，能够牢固粘合于各种复杂形状和弯曲表面。
2.本发明提供的有机硅组合物基体原料常见易得，各组分配伍性好，适合于工业化生产。
3.本发明提供的夹芯有机硅组合物中增强网布处于有机硅组合物基体的中间夹芯位置，二者经过共挤出工艺制得，增强网布与基体兼容程度高，补强效果明显。
4.本发明公开的夹芯有机硅组合物制备及成型工艺简单，绿色环保，无工业“三废”污染，设备通用性高。
基于以上特性，此类材料在光缆/电缆以及数据通讯线路外皮破损修复、柔性电气连接端的耐磨防护与绝缘补强等诸多领域有着较广阔的应用前景。
附图说明
【图1】为本发明中提供的一种夹芯有机硅组合物层间复合结构示意图，其中①为离型纸，②为有机硅组合物基体，③为夹芯增强网布。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述说明，但本发明的保护范围不局限于下述实施例。
实施例一：
(1)原材料预处理
将75份107硅胶(运动粘度η＝80000cst)、25份MQ树脂(运动粘度η＝650000cst)、40份疏水性气相白炭黑TS-610、35份超细硅微粉、33份十溴二苯乙烷、11份三氧化二锑、12份气相二氧化钛、3份纳米三氧化二铁、2.5份高超耐磨碳黑分别放置于115℃烘箱中干燥7h，备用。
(2)胶料基体捏炼
将步骤(1)预处理后的107硅胶及MQ树脂一次性投入到真空捏合机料仓内，调节捏合机浆叶转速，并加热至120℃，待107硅胶及MQ树脂充分混匀后，气相白炭黑、超细硅微粉、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、气相二氧化钛、纳米三氧化二铁与高超耐磨碳黑粉末原料分6次加入，确保每次加入粉料前料仓内物料均已捏合成膏状。待粉料添加完毕后启动真空泵，真空度维持在-0.095Mpa，连续捏合混炼2h。然后使胶料冷却至60℃，利用真空负压缓慢吸入5份正硅酸四乙酯、1.5份钛酸叔丁酯、2.5份六甲基二硅氮烷、8份异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷的混合液，继续真空捏合2h。
(3)夹芯组合物成型
将步骤(2)制得的胶料基体转移至螺杆挤出机中，经类似一字形口模与增强网布共挤出成薄片后，在传送带设备上使有机硅夹芯组合物上、下表面覆盖离型纸，并经压辊压实，而后按照实际需要长度裁断真空包装，备用。经检测，该夹芯组合物阻燃等级为FV0级，邵氏硬度52D，对紫铜粘结强度1.8Mpa，拉伸强度5.1Mpa，断裂伸长率145％，电击穿强度21.8kV/mm，体积电阻率2.6×1015Ω.cm，200℃下烘烤24h综合性能无明显变化。
实施例二：
(1)原材料预处理
将90份107硅胶(运动粘度η＝90000cst)、10份MQ树脂(运动粘度η＝500000cst)、33份疏水性气相白炭黑Ultrabond、30份超细氧化铝、45份三聚氰胺多聚磷酸酯、15份气相二氧化钛、1.4份中超耐磨碳黑分别放置于105℃烘箱中干燥8h，备用。
(2)胶料基体捏炼
将步骤(1)预处理后的107硅胶及MQ树脂一次性投入到真空捏合机料仓内，调节捏合机浆叶转速，并加热至115℃，待107硅胶及MQ树脂充分混匀后，气相白炭黑、超细氧化铝、三聚氰胺多聚磷酸酯、气相二氧化钛与中超耐磨碳黑粉末原料分5次加入，确保每次加入粉料前料仓内物料均已捏合成膏状。待粉料添加完毕后启动真空泵，真空度维持在-0.1Mpa，连续捏合混炼2h。然后使胶料冷却至55℃，利用真空负压缓慢吸入6份正硅酸四丁酯、2份钛酸四丁酯、4份八甲基环四硅氧烷、6份甲基丙烯酰氧基三乙氧基硅烷的混合液，继续真空捏合2.5h。
(3)夹芯组合物成型
将步骤(2)制得的胶料基体转移至螺杆挤出机中，经类似一字形口模与增强网布共挤出成薄片后，在传送带设备上使有机硅夹芯组合物上、下表面覆盖离型纸，并经压辊压实，而后按照实际需要长度裁断真空包装，备用。经检测，该夹芯组合物阻燃等级为FV0级，邵氏硬度44D，拉伸强度4.6Mpa，断裂伸长率168％，电击穿强度19.8kV/mm，200℃下烘烤24h综合性能无明显变化。
实施例三：
(1)原材料预处理
将80份107硅胶(运动粘度η＝100000cst)、20份MQ树脂(运动粘度η＝550000cst)、36份疏水性气相白炭黑R106、28份超细氧化铝、36份十溴二苯***、9份三氧化二锑、14份纳米氧化铈，2.7份中超耐磨碳黑分别放置于110℃烘箱中干燥6h，备用。
(2)胶料基体捏炼
将步骤(1)预处理后的107硅胶及MQ树脂一次性投入到真空捏合机料仓内，调节捏合机浆叶转速，并加热至130℃，待107硅胶及MQ树脂充分混匀后，气相白炭黑、超细氧化铝、十溴二苯***、三氧化二锑、纳米氧化铈与中超耐磨碳黑粉末原料分5次加入，确保每次加入粉料前料仓内物料均已捏合成膏状。待粉料添加完毕后启动真空泵，真空度维持在-0.09Mpa，连续捏合混炼1.5h。然后使胶料冷却至60℃，利用真空负压缓慢吸入5.5份四(甲基乙基)硅酸酯、3份钛酸二乙酯、2份四甲基二乙烯基硅氮烷、10份氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷的混合液，继续真空捏合2h。
(3)夹芯组合物成型
将步骤(2)制得的胶料基体转移至螺杆挤出机中，经类似一字形口模与增强网布共挤出成薄片后，在传送带设备上使有机硅夹芯组合物上、下表面覆盖离型纸，并经压辊压实，而后按照实际需要长度裁断真空包装，备用。经检测，该夹芯组合物阻燃等级为FV0级，邵氏硬度40D，对紫铜粘结强度1.2Mpa，拉伸强度4.1Mpa，断裂伸长率170％，电击穿强度21kV/mm，-40～+85℃下历经200次循环综合性能无明显变化。
对比例一：
(1)原材料预处理
将100份107硅胶(运动粘度η＝600000cst)、30份疏水性气相白炭黑TS-720、38份超细活性轻质碳酸钙、40份三氧化二锑、3份着色碳黑分别放置于110℃烘箱中干燥7h，备用。
(2)胶料捏炼
将步骤(1)预处理后的107硅胶一次性投入到真空捏合机料仓内，调节捏合机浆叶转速，并加热至120℃，气相白炭黑、活性轻质碳酸钙、三氧化二锑、着色碳黑粉末原料分4次加入，确保每次加入粉料前料仓内物料均已捏合成膏状。待粉料添加完毕后启动真空泵，真空度维持在-0.095Mpa，连续捏合混炼2h。然后使胶料冷却至55℃，利用真空负压缓慢吸入6份正硅酸四乙酯、2份钛酸叔丁酯、2.5份六甲基二硅氮烷、8份氨丙基三乙氧基硅烷的混合液，继续真空捏合1.5h。
(3)胶片成型
将步骤(2)制备的物料转移至螺杆挤出机中，经类似一字形口模挤出成薄片后，在传送带设备上使其上、下表面覆盖离型纸，并经压辊压实，而后按照实际需要长度裁断真空包装，备用。经检测，该组合物阻燃等级为FV2级，邵氏硬度50A，对紫铜粘结强度0.6Mpa，拉伸强度2.1Mpa，断裂伸长率380％，电击穿强度18.4kV/mm，200℃下烘烤12h后硬化。
Claims (5)
1.一种夹芯有机硅组合物，其特征在于：所述组合物为单组分、湿气固化型薄片状层间复合材料，上下表面由离型纸①覆盖，总厚度为1.5～2mm，其中增强网布③处于有机硅组合物基体②的中间，呈夹芯结构。
2.根据权利要求1所述的一种夹芯有机硅组合物，其特征在于：所述组合物25℃下保质期不低于200d，阻燃等级达FV0级，邵氏硬度40～55D，对紫铜粘接强度1～2Mpa，拉伸强度4～6Mpa，断裂伸长率120～170％，电击穿强度19～23kV/mm，耐温200℃/24h综合性能无明显变化。
3.根据权利要求1～2所述的一种夹芯有机硅组合物，其特征在于：有机硅组合物基体各组分按重量计，107硅胶70～100份、MQ树脂20～50份、正硅酸酯2～8份、有机钛酸酯0.5～3份、补强填料20～70份、阻燃剂15～70份、水分清除剂1～5份、超耐磨碳黑0.3～3份、附着力促进剂3～10份、耐热填料10～20份；
所述107硅胶数均分子量在60000～150000之间，25℃下运动粘度在20000～100000cst之间；
所述MQ树脂数均分子量在180000～300000之间，25℃下运动粘度在400000～1000000cst之间；
所述补强填料为疏水性气相白炭黑、超细硅微粉、超细氧化铝中的一种或多种按任意质量比组成的混合物；
所述附着力促进剂为氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷或其衍生物中的一种或多种按任意质量比组成的混合物；
所述耐热填料为氧化铈、三氧化二铁、二氧化钛或其衍生物中的一种或多种按任意质量比组成的混合物；
所述夹芯增强网布为玻璃纤维网布、聚酯纤维网布、尼龙网布、碳纤维网布中的一种或多种的复合。
4.根据权利要求3所述的一种夹芯有机硅组合物，其成型步骤及工艺在于：
(1)提前将补强填料、耐热填料、阻燃剂、超耐磨碳黑等粉末原料以及107硅胶、MQ树脂分别在90～110℃下烘烤6～8h预先干燥处理；
(2)将步骤(1)预干燥后的物料分少量多次投入到真空捏合机料仓内，调节捏合机浆叶转速，开启真空泵，并启动加热设备，确保物料温度维持在100～140℃之间，连续捏炼1～2h，使各物料完全混合均匀并脱除残余水分；
(3)将步骤(2)混炼好的胶料冷却至70℃以下，加入正硅酸酯、有机钛酸酯、水汽清除剂及附着力促进剂等，真空状态下继续捏合1.5～3h，使液体组分均匀分散于高粘度胶料体系中；
(4)将步骤(3)制得的物料转移至螺杆挤出机中，经类似一字形口模与增强网布共挤出成薄片后，在传送带设备上使有机硅夹芯组合物上、下表面覆盖离型纸，并经压辊压实，而后按照实际需要长度裁断真空包装即得。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的夹芯有机硅组合物，其特征在于：包括但不仅限于在光缆/电缆以及数据通讯线路外皮破损修复、柔性电气连接端的耐磨防护与绝缘补强等领域的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lin Yijun Inventor after: Liu Bo Inventor before: Lin Yijun Inventor before: Liu Bo Inventor before: Sun Hualei Inventor before: Yuan Huanhuan Inventor before: Fan Jinze Inventor before: Yang Yicong |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200402 Address after: 410205 No.223, tongzipo West Road, Lugu Industrial Park, Changsha high tech Development Zone, Hunan Province Applicant after: CHANGLAN CABLE ACCESSORIES Co.,Ltd. Address before: Yuelu District City, Hunan province 410006 Changsha Wenxuan road Lugu Enterprise Square Lugu Yuan Yu B8 Building 2 floor Applicant before: HUNAN AEROSPACE SANFENG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180119 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |