本發(fā)明涉及阻燃材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電纜用的阻燃耐火涂層料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電纜用量的迅猛增長，電纜火災(zāi)事故的發(fā)生率也呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，城市中有超過60％的火災(zāi)是由于電器設(shè)備故障或電纜負(fù)荷過載引起電纜燃燒蔓延而造成的。因此，對電纜進(jìn)行防火阻燃處理變得尤為重要，涂刷阻燃耐火涂層料就是常用的方法之一。
電纜防火涂料本身難燃或不燃，遇火時能分解出不燃性氣體或形成防火隔熱保護(hù)層，從而阻止電纜的受熱分解和燃燒。根據(jù)受火狀態(tài)的不同，電纜防火涂料大致分為非膨脹型和膨脹型，其中后者用量少、總體經(jīng)濟(jì)性好，故更為常見。一般的膨脹型防火涂料的主要成分是高聚物基料、難燃或不燃填料及膨脹型阻燃劑等。
可膨脹石墨(EG)是一種典型的物理膨脹型阻燃劑，它在高溫條件下可迅速膨脹數(shù)百倍，膨脹后的主要成分是炭，能夠耐700℃的高溫，在火災(zāi)中能夠抵抗火焰的侵襲，進(jìn)而發(fā)揮有效的隔熱、隔氧作用。然而，單獨使用EG時，復(fù)合體系的阻燃效率不高，且形成的炭層較為疏松，因此常需利用不同種類阻燃劑之間的協(xié)同阻燃作用來大幅提高阻燃效果。有專利公開了一種含有EG和氫氧化鎂的阻燃涂料，它用片狀納米級氫氧化鎂代替普通氫氧化鎂，從而達(dá)到了降低填充量、提高阻燃效率的目的。但片狀納米氫氧化鎂的制備設(shè)備與工藝均較為復(fù)雜，制造成本相對較高，且復(fù)合材料燃燒時生成的氧化鎂等物質(zhì)會使炭層變得更為疏松。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種電纜用的阻燃耐火涂層料及其制備方法，利用EG的膨脹、阻燃性能，在其添加量較低的情況下制成了電纜用的高效阻燃耐火涂層料，該耐火涂層料具有無毒環(huán)保、成本低廉、配伍合理、耐高溫、抗腐蝕的優(yōu)點，且其遇火生成的炭層結(jié)構(gòu)致密、阻燃耐火性能優(yōu)越。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
一種電纜用的阻燃耐火涂層料，按照質(zhì)量份數(shù)計，包括100份的乳液基料，95～130份的脫水劑，35～40份的膨脹劑，30～38份的成炭劑，15～30份的可膨脹石墨，5～10份的金屬氧化物，5～10份的乙撐雙硬脂酰胺，5～10份的二氧化硅以及80～130份的去離子水。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述乳液基料為丙烯酸乳液、EVA乳液、聚醋酸乙烯乳液、丁苯乳液、丙苯乳液、醋苯乳液中的一種或多種。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述脫水劑為聚磷酸銨、磷酸氫二銨、磷酸鋅、磷酸鋁、磷酸銨鎂、硼酸鋅中的一種或多種。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述膨脹劑為三聚氰胺、雙氰胺、聚磷酸銨、硼酸胺、三聚氰胺氰尿酸鹽中的一種或多種。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述成炭劑為季戊四醇、雙季戊四醇、甘露醇、山梨醇、淀粉中的一種或多種。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述金屬氧化物為氧化鋅、氧化鎂、氧化鎳、二氧化鈦、三氧化二鋁中的一種或多種。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述二氧化硅的粒徑小于3微米。
一種電纜用的阻燃耐火涂層料的制備方法，包括以下步驟：
1)稱料：按照質(zhì)量份數(shù)計，100份的乳液基料，95～130份的脫水劑，35～40份的膨脹劑，30～38份的成炭劑，15～30份的可膨脹石墨，5～10份的金屬氧化物，5～10份的乙撐雙硬脂酰胺，5～10份的二氧化硅以及80～130份的去離子水；
2)混合：將脫水劑、膨脹劑、成炭劑、金屬氧化物、可膨脹石墨、乙撐雙硬脂酰胺、SiO2依次加入到高速攪拌機中混合均勻；再向高速攪拌機中依次加入乳液基料和去離子水，在室溫下以1000～2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌25～40分鐘，得到阻燃耐火涂層料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：
本發(fā)明利用EG(可膨脹石墨)的膨脹、阻燃性能，在其添加量較低的情況下制成了一種電纜用的高效阻燃耐火涂層料。本發(fā)明通過調(diào)整脫水劑、膨脹劑和成炭劑的比例，配制出了阻燃效率較高的膨脹型阻燃劑，能在復(fù)合材料燃燒時促進(jìn)基體樹脂脫水成炭，并生成炭質(zhì)阻燃泡沫層。將其與EG共用，可顯著改善復(fù)合材料的成炭速率和受熱膨脹倍數(shù)，從而更好地隔熱、隔氧、抑煙、防滴。本發(fā)明所引入的金屬氧化物和SiO2，能催化脫水成炭反應(yīng)的進(jìn)行，且有助于致密炭層的形成。因此，本發(fā)明所獲的涂層料具有很高的阻燃效率。燃燒性能的測試表明，本發(fā)明所獲的耐火涂層料在燃燒時間方面、放熱量方面以及釋煙量方面均優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品的性能。
進(jìn)一步的，本發(fā)明中二氧化硅的粒徑小于3微米，可使粉體材料更均勻地分散。
本發(fā)明制備時，所采用的EBS，能夠有效地改善粉末材料的分散性，避免團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生；同時還可防止結(jié)塊，并提高涂層料的耐水性和風(fēng)干后的表面光滑性。本發(fā)明所采用的去離子水，能夠降低涂料的粘度，使粉體材料更易均勻分散，利于加工制造。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明，此處所描述實例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實施例1
一種電纜用的阻燃耐火涂層，按照質(zhì)量計，包括10kg的丙烯酸乳液，11kg的聚磷酸銨，3.6kg的三聚氰胺氰尿酸鹽，3.5kg的季戊四醇，2.5kg的可膨脹石墨(EG)，0.5kg的氧化鋅，0.5kg的乙撐雙硬脂酰胺(EBS)，0.5kg的二氧化硅(SiO2)以及9.5kg的去離子水。
上述電纜的阻燃耐火涂層料的制備方法，包括以下步驟：
1)稱料：10kg的丙烯酸乳液，11kg的聚磷酸銨，3.6kg的三聚氰胺氰尿酸鹽，3.5kg的季戊四醇，2.5kg的可膨脹石墨(EG)，0.5kg的氧化鋅，0.5kg的乙撐雙硬脂酰胺(EBS)，0.5kg粒徑小于3微米的二氧化硅(SiO2)以及9.5kg的去離子水。
2)混合：將稱量好的聚磷酸銨、三聚氰胺氰尿酸鹽、季戊四醇、氧化鋅、EG、EBS、SiO2依次加入到高速攪拌機中混合均勻；再向高速攪拌機中依次加入乳液基料和去離子水，在室溫下以1500轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌35分鐘，得到阻燃耐火涂層料。
實施例2
一種電纜用的阻燃耐火涂層，按照質(zhì)量份數(shù)計，包括100份的乳液基料，95份的脫水劑，40份的膨脹劑，30份的成炭劑，15份的可膨脹石墨，6份的金屬氧化物，10份的乙撐雙硬脂酰胺，5份粒徑小于3微米的二氧化硅以及90份的去離子水。
上述電纜用的阻燃耐火涂層料的制備方法，包括以下步驟：
按上述質(zhì)量份數(shù)將脫水劑、膨脹劑、成炭劑、金屬氧化物、可膨脹石墨、乙撐雙硬脂酰胺、二氧化硅依次加入到高速攪拌機中混合均勻；再向高速攪拌機中依次加入乳液基料和去離子水，在室溫下以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌40分鐘，得到阻燃耐火涂層料。
其中，所述乳液基料為丙烯酸乳液。
所述脫水劑為聚磷酸銨。
所述膨脹劑為三聚氰胺。
所述成炭劑為多羥基化合物或含碳豐富的聚合物，具體為季戊四醇。
所述金屬氧化物為氧化鋅。
實施例3
一種電纜用的阻燃耐火涂層，按照質(zhì)量份數(shù)計，包括100份的乳液基料，130份的脫水劑，35份的膨脹劑，32份的成炭劑，20份的可膨脹石墨，7份的金屬氧化物，8份的乙撐雙硬脂酰胺，7份粒徑小于3微米的二氧化硅以及80份的去離子水。
上述電纜用的阻燃耐火涂層料的制備方法，包括以下步驟：
按上述質(zhì)量份數(shù)將脫水劑、膨脹劑、成炭劑、金屬氧化物、可膨脹石墨、乙撐雙硬脂酰胺、二氧化硅依次加入到高速攪拌機中混合均勻；再向高速攪拌機中依次加入乳液基料和去離子水，在室溫下以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌25分鐘，得到阻燃耐火涂層料。
其中，所述乳液基料為EVA乳液與聚醋酸乙烯乳液的混合物。
所述脫水劑為磷酸氫二銨、磷酸鋅與磷酸鋁的混合物。
所述膨脹劑為雙氰胺。
所述成炭劑為雙季戊四醇與甘露醇的混合物。
所述金屬氧化物為氧化鎂、氧化鎳與二氧化鈦的混合物。
實施例4
一種電纜用的阻燃耐火涂層，按照質(zhì)量份數(shù)計，包括100份的乳液基料，110份的脫水劑，38份的膨脹劑，38份的成炭劑，27份的可膨脹石墨，8份的金屬氧化物，7份的乙撐雙硬脂酰胺，9份粒徑小于3微米的二氧化硅以及110份的去離子水。
上述電纜用的阻燃耐火涂層料的制備方法，包括以下步驟：
按上述質(zhì)量份數(shù)將脫水劑、膨脹劑、成炭劑、金屬氧化物、可膨脹石墨、乙撐雙硬脂酰胺、二氧化硅依次加入到高速攪拌機中混合均勻；再向高速攪拌機中依次加入乳液基料和去離子水，在室溫下以1500轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌30分鐘，得到阻燃耐火涂層料。
其中，所述乳液基料為丁苯乳液、丙苯乳液與醋苯乳液的混合物。
所述脫水劑為磷酸鋁、磷酸銨鎂與硼酸鋅的混合物。
所述膨脹劑為三聚氰胺氰尿酸鹽。
所述成炭劑為山梨醇與淀粉的混合物。
所述金屬氧化物為二氧化鈦與三氧化二鋁的混合物。
實施例5
一種電纜用的阻燃耐火涂層，按照質(zhì)量份數(shù)計，包括100份的乳液基料，120份的脫水劑，40份的膨脹劑，37份的成炭劑，30份的可膨脹石墨，10份的金屬氧化物，6份的乙撐雙硬脂酰胺，10份粒徑小于3微米的二氧化硅以及130份的去離子水。
上述電纜用的阻燃耐火涂層料的制備方法，包括以下步驟：
按上述質(zhì)量份數(shù)將脫水劑、膨脹劑、成炭劑、金屬氧化物、可膨脹石墨、乙撐雙硬脂酰胺、二氧化硅依次加入到高速攪拌機中混合均勻；再向高速攪拌機中依次加入乳液基料和去離子水，在室溫下以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌30分鐘，得到阻燃耐火涂層料。
其中，所述乳液基料為聚醋酸乙烯乳液、丁苯乳液與丙苯乳液的混合物。
所述脫水劑為磷酸銨鎂與硼酸鋅的混合物。
所述膨脹劑為聚磷酸銨。
所述成炭劑為甘露醇、山梨醇與淀粉的混合物。
所述金屬氧化物為氧化鎂與氧化鎳的混合物。
為考察本發(fā)明所獲得的阻燃耐火涂層料的性能，用錐形量熱儀分別測試實施例1所獲涂料(記為1#)和市售某品牌耐火涂層料(記為2#)的燃燒特性。實驗時，先用刷筆將1#、2#涂料分若干道分別涂刷在兩塊100mm×100mm×1mm的鋼板上，并控制其晾干后的厚度為(3.0±0.1)mm，再用錐形量熱儀測試試樣的燃燒性能。錐形量熱儀的熱輻射強度為50kW/m2，測試結(jié)果見表1。
表1測試結(jié)果
由表1可知，在燃燒時間方面，1#涂料的TTI、t-pHRR值均明顯小于2#涂料。這表明1#涂料比2#涂料需要更多的輻射熱量才能被引燃，且1#涂料達(dá)到火焰最旺盛(熱釋放速率最大)時的耗時也長于2#涂料，故1#涂料的阻燃性能優(yōu)于2#。
在放熱量方面，1#涂料的THR、pHRR值均小于2#涂料，即無論是在總放熱量上，還是在瞬時放熱量上，1#涂料都比2#涂料更有優(yōu)勢，所以1#涂料的阻燃耐火性能更佳。
在釋煙量方面，1#涂料的生煙速率SPR比2#涂料小，因此1#涂料的性能更好。
本發(fā)明制得的阻燃耐火涂層料的使用方法為：用刷筆將涂料分若干道涂刷在電纜表面，涂膜厚度為1mm～3mm，也可根據(jù)實際防火要求確定涂膜厚度。具體操作時，先涂第1道涂層，等表面晾干后，再涂第2道。按照這種方法逐次涂刷，直到達(dá)到目標(biāo)厚度為止。