一种低温耐冲击的阻燃硅芯管及其制备方法与流程

本技术涉及阻燃管材的，尤其是涉及一种低温耐冲击的阻燃硅芯管及其制备方法。

背景技术：

1、硅芯管是一种内壁带有硅胶质固体润滑剂的新型复合管道，密闭性能好，耐化学腐蚀，工程造价低，广泛运用于高速公路、铁路等的光电缆通信网络系统。硅芯管需要具备阻燃性能，以保护内部线缆。而随着气候变化与行业发展，电子设备需要适应更多复杂的环境，特别是提升阻燃硅芯管在极寒低温下的抗冲击性能，才能够适应极寒地区的线路铺展。

2、其中，高密度聚乙烯（hdpe）具有质量轻、低毒性、电绝缘性能高、耐化学性能好和易于加工等优点，被广泛用于制作硅芯管的外层。但高密度聚乙烯易燃烧，燃烧时释放有害气体。在hdpe中添加阻燃剂，可以有效提高管材的阻燃性能。但传统的卤代阻燃剂虽然具有良好的阻燃效果，但在使用中汇释放大量有害气体和腐蚀性烟雾，污染环境。添加氢氧化镁、氢氧化铝等无机阻燃剂，具有成本低和无毒的优点，但阻燃剂的添加量较大时，容易造成管材的力学性能下降，尤其是在极寒地区，其力学性能下降更明显，不利于实际应用。

技术实现思路

1、为了提高管材在阻燃性能良好的同时，提高其力学性能，本技术提供一种低温耐冲击的阻燃硅芯管及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种低温耐冲击的阻燃硅芯管，采用如下技术方案：

3、一种低温耐冲击的阻燃硅芯管，包括内层和外层，所述外层包括如下重量份的原料：高密度聚乙烯树脂70-90份、星型sbs15-25份、马来酸酐接枝高密度聚乙烯3-5份、无机阻燃剂6-10份、弹性阻燃微球10-15份、抗氧剂0.1-0.5份、抗菌剂0.4-0.8份、碳纤维2-4份、分散剂1-3份和硅烷偶联剂1-3份；

4、所述弹性阻燃微球的制备方法如下：

5、s1、将2-3重量份的氧化镍粉和3-6重量份的含双键的硅烷偶联剂加入乙醇水溶液中处理得改性氧化镍；氮气氛围下，在90-110重量份的dmf中加入改性氧化镍、18-22重量份的乙烯基三异丙氧基硅烷、3-6重量份的苯乙烯和0.6-0.9重量份的双端乙烯基聚二甲基硅氧烷，搅拌至溶解完全，然后加入0.008重量份的引发剂，升温至65-75℃，搅拌反应3.5-5h，然后加入1.5-2.5重量份的小分子交联剂和0.004重量份的引发剂，搅拌反应8-15h后，得混合液；

6、s2、将s1得到的混合液进行固液分离，洗涤，干燥，得弹性阻燃微球。

7、通过采用上述技术方案，通过添加无机阻燃剂氢氧化铝，氢氧化铝可以在高温下分解产生水蒸气、氧气和氧化铝等物质，其中，氧化铝可以在材料表面形成一层难溶的氧化物层，从而形成一道保护层，起到隔热、隔氧、吸热等作用，能够有效减缓燃烧速度；并且这一层氧化物还能够放置火源向内传播，提高阻燃效果。这里添加了氧化镍，氧化镍可以在起到一定的阻燃效果的同时，发明人通过实验发现，氧化镍的加入，可以使氧化铝氧化物层的延展性更强，使得氧化镍和氧化铝在高温的作用下，形成流动性的薄膜层，可以增大阻燃面，从而使得阻燃效果更佳，两者也因此具有协同增效作用。

8、通过在氧化镍粒子表面包裹有机硅弹性体，氧化镍粒子表面的有机硅在制备时，通过在聚合反应过程不同阶段加入不同的交联剂使其内部的交联度较低，外部交联度较高，从而可以形成弹性更高的弹性阻燃微球。其应用到阻燃硅芯管后，在外力作用下，能够进行较大幅度的缓冲。并且，一方面，可以提高氧化镍和体系之间的相容性，有机硅弹性体的熔点较高，其在阻燃硅芯管制作过程中，并不会熔融，仍然能够保持其弹性，此特点可以使阻燃硅芯管在受到外力时有一定的缓冲，从而提高硅芯管的耐冲击强度；另一方面，有机硅弹性体作为有机硅树脂，其高温下形成惰性气体或阻隔层，阻止氧气向燃烧表面扩散，有机硅弹性体基于内外交联程度不同能够形成不同致密度的炭层提高阻燃，同时和氢氧化铝共同存在形成连续的阻燃点位，使阻燃硅芯管阻燃性能更强。

9、因此，通过原料的选择和比例的添加，可以在兼顾阻燃性能的同时，提高硅芯管的力学性能，并且在-50℃时，硅芯管的拉伸性能降低了5-9%，耐冲击强度降低了4-7%，其耐低温性能也表现优异，大大提高了阻燃硅芯管的应用潜力。

10、作为优选：所述氧化镍粉的粒径为≤100nm。

11、通过采用上述技术方案，随着氧化镍粒径的逐渐增大，其拉伸强度和抗冲击性能逐渐降低，因此，其粒径不宜过大。

12、作为优选：所述含双键的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷、7-辛烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷和乙烯基三丁酮肟硅烷中的一种或几种。

13、优选地，含双键的硅烷偶联剂为丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷。

14、通过采用上述技术方案，含双键的硅烷偶联剂在此范围内选择均可得到本技术的技术效果，发明人通过实验发现，含双键的硅烷偶联剂选择丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷能够实现更优的低温抗冲击效果，这可能是由于氧化镍基于含双键的硅烷偶联剂的改性参与原位聚合包裹，当硅烷偶联剂的分子链长过长容易导致包裹效果差，而分子链长过短内部的交联度提高影响了内部交联度较低外部交联度较高的弹性结构；因此，合适的含双键硅烷偶联剂的选择兼顾了包裹效果和弹性，从而获得更优的抗冲击效果。

15、作为优选：所述小分子交联剂为二乙烯基苯、三乙烯基苯或三乙烯基硅烷。

16、通过采用上述技术方案，小分子交联剂在此范围内选择均可，实施例中并且一一列举。

17、作为优选：所述无机阻燃剂的粒径为800-3000目。

18、通过采用上述技术方案，基于分散效果和生产成本考虑，其粒径范围为800-3000目为较优选择。

19、作为优选：所述弹性阻燃微球的添加量为15重量份，所述无机阻燃剂的添加量为8重量份。

20、通过采用上述技术方案，通过进一步优化弹性阻燃微球和无机阻燃剂的添加量，阻燃微球和无机阻燃剂在体系中形成更合理的连续阻燃点位同时阻燃硅芯管的力学性能达到最佳。

21、作为优选：所述无机阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。

22、通过采用上述技术方案，氢氧化铝和氢氧化镁均能够在高温下产生金属氧化物阻隔层，均能够与氧化镍、有机硅弹性体之间实现协同增效的作用，实施例中并未对氢氧化镁进行实验，但是理论上是可以实现的。

23、第二方面，本技术提供一种低温耐冲击的阻燃硅芯管的制备方法，采用如下技术方案：

24、一种低温耐冲击的阻燃硅芯管的制备方法，其包括如下步骤：

25、s1、将内层的各原料加热至115-125℃，搅拌混合，得内层原料；

26、s2、将外层的各原料加热至125-135℃，搅拌混合，得外层原料；

27、s4、将外层原料和内层原料分别加热熔融，在165-180℃同步挤压复合得到硅芯管毛坯；

28、s5、将硅芯管毛坯经过真空定形、冷却、牵引、卷取的工序，得到阻燃硅芯管。

29、通过采用上述技术方案，本技术的制备方法比较常规，无需特殊工艺或对设备进行改性，制得的产品合格率均在98%及以上，适合大规模生产。

30、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

31、1、通过添加无机阻燃剂氢氧化铝，氢氧化铝可以在高温下分解产生的氧化铝可以在材料表面形成一层难溶的氧化物层，从而形成一道保护层，起到隔热、隔氧、吸热等作用，能够有效减缓燃烧速度；氧化镍可以在起到一定的阻燃效果的同时，可以使氧化铝氧化物层的延展性更强，使得氧化镍和氧化铝在高温的作用下，形成流动性的薄膜层，可以增大阻燃面，从而使得阻燃效果更佳，两者也因此具有协同增效作用。氧化镍粒子表面的有机硅在制备时，其内部的交联度较低，外部交联度较高，从而可以形成弹性更高的弹性阻燃微球。其应用到阻燃硅芯管后，在外力作用下，能够进行较大幅度的缓冲。并且，一方面，可以提高氧化镍和体系之间的相容性，有机硅弹性体的熔点较高，其在阻燃硅芯管体系内仍然能够保持其弹性，可以使阻燃硅芯管在受到外力时有一定的缓冲，从而提高硅芯管的耐冲击强度；另一方面，有机硅弹性体作为有机硅树脂，其高温下形成惰性气体或阻隔层，阻止氧气向燃烧表面扩散，从而可以加强氧化镍、氢氧化铝之间的协同作用，使其阻燃性能更强。

32、2、本技术制备的阻燃硅芯管的极限氧指数均在30.1%及以上，最大可达到34.7%；拉伸强度均在31.2mpa及以上，最大可达到42.4mpa；同时，其抗冲击强度均在48.1-59.1kj/m2之间；可见本技术制备的阻燃硅芯管具有较强的阻燃性能， 同时其力学性能表现优异，并且在低温下，其降低幅度较小，能够满足极寒地区的需要。