CN102942792A - 一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料及其制备方法，属于电缆屏蔽材料技术领域。包括以下按照重量份数计的原料组分：硅橡胶100份、导电炭黑15～30份、白炭黑3～8份、过氧化二异丙苯0.5～2份、羟基硅油5～15份；所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶或者甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述的导电炭黑为平均粒径小于20nm，比电阻为0.35-0.50Ω·cm。本发明选用的硅橡胶塑性高、柔软度好，做为半导电屏蔽材料的基体材料，可避免因导电炭黑结构性强而导致胶片变硬的弊端，从而使得半导电屏蔽材料具有良好的生产加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆屏蔽材料及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料及其制备方法，属于电缆屏蔽材料技术领域。
背景技术
电缆中涉及到的屏蔽，主要有导体屏蔽、绝缘屏蔽和金属屏蔽。金属屏蔽用于屏蔽电磁场，通常采用铜带屏蔽和铜丝屏蔽，前者用于固定式电缆，后者用于移动式电缆。导体屏蔽是包在导体外面的半导电材料，其作用是均化电场，防止电晕的产生。绝缘屏蔽是包在绝缘和接地芯线之外的半导电材料，当一相绝缘破损时，其主线芯经绝缘屏蔽与接地线芯相连，造成单相接地故障，使单相接地保护动作切断电源，防止了严重的相间短路故障的发生。
导体屏蔽和绝缘屏蔽主要采用半导电高分子材料，即是在高分子基体材料中加入导电填料，如乙炔炭黑、导电石墨粉、导电碳纤维等。这两种屏蔽在电力电缆中通常以EVA为基体。EVA为热塑性弹性体，其柔软程度不及橡胶，常应用于固定敷设的电缆中，而对于移动式电缆，EVA因其VA含量的限制而显得捉襟见肘。原因在于：VA含量越高，EVA弹性越好越柔软，但其价格更贵且加工性能较差。因此，移动式电缆的导体屏蔽和绝缘屏蔽通常采用橡胶做为基体。
目前，电线电缆行业常用橡胶有氯化聚乙烯橡胶（CM）和乙丙橡胶（EPDM）。将导电填料加入氯化聚乙烯橡胶制成的半导电屏蔽材料，因其硬度和门尼粘度较大而给炼胶和挤橡带来困难。其原因一方面在于导电填料的结构性强，另一方面在于氯化聚乙烯橡胶因分子链具有极性而致使自身的门尼粘度较大。为解决这个问题，通常采用的做法是将导电填料加入门尼粘度低的乙丙橡胶中，或者加入乙丙橡胶和氯化聚乙烯橡胶的混合物中。由于导电填料和乙丙橡胶的价格都比较昂贵，因此生产成本剧增。另外，由于乙丙橡胶本身的电阻率较高，为将其制成半导电材料需加入较多量的导电填料，导电填料通常为细微粉体，加工中粉体的飞扬给环境带来了污染，且威胁到了操作工人的身体健康和生命安全。
国家知识产权局于2009.5.13公开了一件申请号为200810244511.2，名称为“一种硅橡胶聚烯烃合金电缆材料的工业制备方法”的发明专利，该专利公开了一种硅橡胶聚烯烃合金电缆材料的工业制备方法，包括捏合混炼、双辊混炼以及过滤、薄通、切条和挤出，捏合混炼包括：(一)在其真空捏合机中对硅橡胶和干燥后的白炭黑进行混炼得到补强混炼胶(I)，(二)在电控温捏合机中对聚烯烃与自由基捕捉剂和补强混炼胶(I)进行混炼得到改性混炼胶(II)；双辊混炼是在双辊机中对改性混炼胶(II)、甲基乙烯基硅油和羟基硅油进行混炼，再加入交联剂继续混炼得到橡胶合金电缆材料。本材料抗拉强度大于6.0MPa、抗撕强度13.6kN/m以上，可长时期耐受100-120℃的环境温度，不仅可作为电缆绝缘材料，尤其适合作为耐高温型电缆护套材料。
对比文件的缺点如下：
1、良好的绝缘性能致使它不能用作电缆屏蔽材料；
2、需要特殊的混炼工艺制备，使其生产成本增大，材料使用受限；
3、所用原料为硅橡胶和聚烯烃，硅橡胶为橡胶，聚烯烃为塑料，这两种材料的相容性较差，因而产品容易开裂和老化。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中的屏蔽材料成本高、产品质量不稳定，容易开裂和老化的问题，提供一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料及其制备方法，该半导电屏蔽材料具有经济、清洁、性能优良的特点。
为了实现上述目的，其具体的技术方案如下：
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，其特征在于：包括以下按照重量份数计的原料组分：
硅橡胶 100份
导电炭黑 15～30份
白炭黑 3～8份
过氧化二异丙苯 0.5～2份
羟基硅油 5～15份；
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶或者甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述的导电炭黑为平均粒径小于20nm，比电阻为0.35-0.50Ω·cm。
优选的，本发明所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
上述甲基乙烯基硅橡胶的标准为分子量45～70万，乙烯基含量为0.13～0.22%。
优选的，本发明所述的导电炭黑的水分≤1.75%，灰分≤1.75%，比电阻为0.35Ω·cm，pH值为7.4。
优选的，本发明所述的白炭黑为沉淀法白炭黑，325目，二氧化硅含量≥94%，pH值5.0～8.0，吸油值2.0～3.5cm3/g，比表面积130～230m2/g。
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、称料
按照配方称取原料待用，将导电炭黑放入100-105℃的烘箱中加热2～3h；
B、混炼
依次向开炼机中加入硅橡胶、导电炭黑、白炭黑、羟基硅油、过氧化二异丙苯进行混炼，过氧化二异丙苯加入后薄通5次即可下胶出片；
C、停放和返炼
混炼后的胶片经停放，然后在室温下进行返炼，返炼采用开炼机，待胶料变软，表面光滑平整后，即可下胶出片。
D、硫化
返炼后的胶片放入平板硫化机的模具中硫化得到硫化片；
E、检测
硫化片至少放置16h后，进行相关性能检测。
优选的，在步骤B中，所述的开炼机的辊筒速比为1:1.25～1:1.4。
优选的，在步骤B中，所述的混炼的温度为40℃以下。
优选的，在步骤C中，所述的停放时间为24～48小时。
优选的，在步骤C中，在所述的下胶出片前，混炼胶在开炼机上过辊4次，每次过辊后沿混炼胶纵向对折，并让胶片总以同一方向过辊，调整辊距使压出胶片的厚度为2.0～2.5mm。
优选的，在步骤D中，所述的硫化的温度为160～165℃，硫化时间为13～15min，硫化期间保持模腔压力不小于3.5MPa。
本发明带来的有益技术效果：
1、本发明选用的硅橡胶塑性高、柔软度好，做为半导电屏蔽材料的基体材料，可避免因导电炭黑结构性强而导致胶片变硬的弊端，从而使得半导电屏蔽材料具有良好的生产加工性能，同时也增加了成品电缆的柔软度和弯曲性能，不但价格低廉，生产成本低廉，且制造出来的屏蔽材料不易老化开裂。
2、本发明选择的硅橡胶本身极为柔软，加入导电炭黑后门尼粘度的增加量不会影响到其生产加工性能；本发明作为导体屏蔽材料时，可在导体的正常工作温度下长期使用，甚至在过电压和短路情况下不至于损坏，而且本发明的屏蔽材料的制备工艺简单，投入很小，因此，本发明可作为一种性价比较高的半导电屏蔽材料而用于移动式电缆中。
3、本发明优选的导电炭黑大幅度减少了炭黑的用量，防止了炭黑用量大时导致的粉体飞扬，避免了环境污和对操作工人的身体健康的威胁。
4、本发明选用的硫化剂为过氧化二异丙苯（DCP），采用过氧化二苯甲酰（BPO）做硫化剂，硫化后硅橡胶的综合性能较差，而采用双2，5硫化剂做硫化剂，则成本较高；本发明采用DCP做硫化剂，一方面性价比高，另一方面，与同样采用DCP做硫化剂的乙丙绝缘材料有较好的生产匹配性。
5、本发明选用的结构控制剂为羟基硅油，与乙烯基硅油和环状硅氨烷等结构控制剂相比，羟基硅油既能起到软化作用，又可使硅橡胶的综合性能有所提高。
6、制备过程中采用二次加硫方法，即将胶料混炼后先停放24～48小时，然后在进行加硫工序。停放后的混炼胶的各组分能发挥良好的协同作用；该制备方法中对导电炭黑进行了烘干处理，以防止水分对胶料的影响，因此更为科学，最终产品性能更为稳定和可靠。
具体实施方式
实施例1
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，包括以下按照重量份数计的原料组分：
硅橡胶 100份
导电炭黑 15份
白炭黑 3份
过氧化二异丙苯 0.5份
羟基硅油 5份；
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶或者甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述的导电炭黑为平均粒径小于20nm，比电阻为0.35Ω·cm。
实施例2
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，包括以下按照重量份数计的原料组分：
硅橡胶 100份
导电炭黑 30份
白炭黑 8份
过氧化二异丙苯 2份
羟基硅油 15份；
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶或者甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述的导电炭黑为平均粒径小于20nm，比电阻为0.50Ω·cm。
实施例3
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，包括以下按照重量份数计的原料组分：
硅橡胶 100份
导电炭黑 22.5份
白炭黑 5.5份
过氧化二异丙苯 1.25份
羟基硅油 10份；
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶或者甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述的导电炭黑为平均粒径小于20nm，比电阻为0.425Ω·cm。
实施例4
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，包括以下按照重量份数计的原料组分：
硅橡胶 100份
导电炭黑 26份
白炭黑 7份
过氧化二异丙苯 0.95份
羟基硅油 6份；
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶或者甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述的导电炭黑为平均粒径小于20nm，比电阻为0.4Ω·cm。
实施例5
在实施例1-4的基础上，优选的：
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
所述的导电炭黑的水分≤1.75%，灰分≤1.75%，比电阻为0.35Ω·cm，pH值为7.4。
所述的白炭黑为沉淀法白炭黑，325目，二氧化硅含量≥94%，pH值5.0，吸油值2.0cm3/g，比表面积130m2/g。
实施例6
在实施例1-4的基础上，优选的：
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
所述的导电炭黑的水分≤1.75%，灰分≤1.75%，比电阻为0.35Ω·cm，pH值为7.4。
所述的白炭黑为沉淀法白炭黑，325目，二氧化硅含量≥94%，pH值8.0，吸油值3.5cm3/g，比表面积230m2/g。
实施例7
在实施例1-4的基础上，优选的：
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
所述的导电炭黑的水分≤1.75%，灰分≤1.75%，比电阻为0.35Ω·cm，pH值为7.4。
所述的白炭黑为沉淀法白炭黑，325目，二氧化硅含量≥94%，pH值6.5，吸油值2.1cm3/g，比表面积180m2/g。
实施例8
在实施例1-4的基础上，优选的：
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
所述的导电炭黑的水分≤1.75%，灰分≤1.75%，比电阻为0.35Ω·cm，pH值为7.4。
所述的白炭黑为沉淀法白炭黑，325目，二氧化硅含量≥94%，pH值7，吸油值3cm3/g，比表面积210m2/g。
实施例9
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
A、称料
按照配方称取原料待用，将导电炭黑放入100℃的烘箱中加热2h；
B、混炼
依次向开炼机中加入硅橡胶、导电炭黑、白炭黑、羟基硅油、过氧化二异丙苯进行混炼，过氧化二异丙苯加入后薄通5次即可下胶出片；
C、停放和返炼
混炼后的胶片经停放，然后在室温下进行返炼，反炼采用开炼机，待胶料变软，表面光滑平整后，即可下胶出片。
D、硫化
返炼后的胶片放入平板硫化机的模具中硫化得到硫化片；
E、检测
硫化片至少放置16h后，进行相关性能检测。
实施例10
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
A、称料
按照配方称取原料待用，将导电炭黑放入105℃的烘箱中加热3h；
B、混炼
依次向开炼机中加入硅橡胶、导电炭黑、白炭黑、羟基硅油、过氧化二异丙苯进行混炼，过氧化二异丙苯加入后薄通5次即可下胶出片；
C、停放和返炼
混炼后的胶片经停放，然后在室温下进行返炼，返炼采用开炼机，待胶料变软，表面光滑平整后，即可下胶出片。
D、硫化
返炼后的胶片放入平板硫化机的模具中硫化得到硫化片；
E、检测
硫化片至少放置16h后，进行相关性能检测。
实施例11
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
A、称料
按照配方称取原料待用，将导电炭黑放入102℃的烘箱中加热2.5h；
B、混炼
依次向开炼机中加入硅橡胶、导电炭黑、白炭黑、羟基硅油、过氧化二异丙苯进行混炼，过氧化二异丙苯加入后薄通5次即可下胶出片；
C、停放和返炼
混炼后的胶片经停放，然后在室温下进行返炼，反炼采用开炼机，待胶料变软，表面光滑平整后，即可下胶出片。
D、硫化
返炼后的胶片放入平板硫化机的模具中硫化得到硫化片；
E、检测
硫化片至少放置16h后，进行相关性能检测。
实施例12
一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
A、称料
按照配方称取原料待用，将导电炭黑放入104℃的烘箱中加热2.75h；
B、混炼
依次向开炼机中加入硅橡胶、导电炭黑、白炭黑、羟基硅油、过氧化二异丙苯进行混炼，过氧化二异丙苯加入后薄通5次即可下胶出片；
C、停放和返炼
混炼后的胶片经停放，然后在室温下进行返炼，反炼采用开炼机，待胶料变软，表面光滑平整后，即可下胶出片。
D、硫化
返炼后的胶片放入平板硫化机的模具中硫化得到硫化片；
E、检测
硫化片至少放置16h后，进行相关性能检测。
实施例13
在实施例9-12的基础上，优选的：
在步骤B中，所述的开炼机的辊筒速比为1:1.25。
在步骤B中，所述的混炼的温度为20℃。
在步骤C中，所述的停放时间为24小时。
在步骤C中，在所述的下胶出片前，混炼胶在开炼机上过辊4次，每次过辊后沿混炼胶纵向对折，并让胶片总以同一方向过辊，调整辊距使压出胶片的厚度为2.0mm。
在步骤D中，所述的硫化的温度为160℃，硫化时间为13min，硫化期间保持模腔压力为3.5MPa。
实施例14
在实施例9-12的基础上，优选的：
在步骤B中，所述的开炼机的辊筒速比为1:1.4。
在步骤B中，所述的混炼的温度为38℃。
在步骤C中，所述的停放时间为48小时。
在步骤C中，在所述的下胶出片前，混炼胶在开炼机上过辊4次，每次过辊后沿混炼胶纵向对折，并让胶片总以同一方向过辊，调整辊距使压出胶片的厚度为2.5mm。
在步骤D中，所述的硫化的温度为165℃，硫化时间为15min，硫化期间保持模腔压力为5MPa。
实施例15
在实施例9-12的基础上，优选的：
在步骤B中，所述的开炼机的辊筒速比为1:1.3。
在步骤B中，所述的混炼的温度为30℃。
在步骤C中，所述的停放时间为36小时。
在步骤C中，在所述的下胶出片前，混炼胶在开炼机上过辊4次，每次过辊后沿混炼胶纵向对折，并让胶片总以同一方向过辊，调整辊距使压出胶片的厚度为2.25mm。
在步骤D中，所述的硫化的温度为162℃，硫化时间为14min，硫化期间保持模腔压力为4MPa。
实施例16
在实施例9-12的基础上，优选的：
在步骤B中，所述的开炼机的辊筒速比为1:1.35。
在步骤B中，所述的混炼的温度为35℃。
在步骤C中，所述的停放时间为42小时。
在步骤C中，在所述的下胶出片前，混炼胶在开炼机上过辊4次，每次过辊后沿混炼胶纵向对折，并让胶片总以同一方向过辊，调整辊距使压出胶片的厚度为2.1mm。
在步骤D中，所述的硫化的温度为164℃，硫化时间为14.5min，硫化期间保持模腔压力为4.5MPa。
实施例17
本发明涉及的半导电硅橡胶屏蔽材料的制备包括以下步骤：
1、称料。称取所述硅橡胶100份，导电炭黑15～30份，白炭黑3～8份，硫化剂0.5～2份，结构控制剂5～15份待用。要求硫化剂的称量应精确至0.02g，其它各组分的称量应精确至±1%。导电炭黑在称量之前要进行调节，即将导电炭黑放入105±5℃的烘箱中加热2h。在调节过程中，导电炭黑应放置在一个开放的尺寸适宜的容器中，以使其堆积厚度不超过10mm。
2、混炼。优先选用辊筒速比1.0:1.4的开炼机，辊筒必须通有冷却水，混炼温度宜在40℃以下，以防止焦烧或硫化剂的挥发损失。加料顺利依次为生胶（包辊）、导电炭黑和白炭黑、结构控制剂、硫化剂。硫化剂加入后薄通五次即可下胶出片。由于硅橡胶比较软，薄通时不能象普通橡胶那样拉下薄片，须采用钢、尼龙或耐磨塑料刮刀刮下。
3、停放和返炼。混炼后的胶片应经过一段时间的停放（一般不少于24小时），使各种配合剂（特别是结构控制剂）能与生胶充分发生作用。经停放后，胶料变硬，塑性降低，使用前必须进行返炼。返炼采用开炼机，待胶料变软，表面光滑平整后，即可下胶出片。下胶前，混炼胶要在开炼机上过辊四次，每次过辊后沿混炼胶纵向对折，并让胶片总以同一方向过辊以获得压延效应。调整辊距使压出胶片的厚度为2.5mm，以用于制备哑铃片试样。返炼应在室温下进行，温度较高则胶料发粘容易粘辊。
4、硫化。返炼后的胶片可直接用于硫化压片，裁剪适宜大小的胶片放入平板硫化机的模具中硫化。硫化条件为160℃，15min，硫化期间保持模腔压力不小于3.5MPa。
5、检测。硫化片至少放置16h后，方可进行相关性能检测。
实施例18
检测组配方见表1所示，制备方法见上述制备步骤。
表1 检测组配方
检测组配方所得产品的性能见表2所示：
表2 检测组配方所得产品性能
Claims (10)
1.一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，其特征在于：包括以下按照重量份数计的原料组分：
硅橡胶 100份
导电炭黑 15～30份
白炭黑 3～8份
过氧化二异丙苯 0.5～2份
羟基硅油 5～15份；
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶或者甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述的导电炭黑为平均粒径小于20nm，比电阻为0.35-0.50Ω·cm。
2.根据权利要求1所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，其特征在于：所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，其特征在于：所述的导电炭黑的水分≤1.75%，灰分≤1.75%，比电阻为0.35Ω·cm，pH值为7.4。
4.根据权利要求1所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料，其特征在于：所述的白炭黑为沉淀法白炭黑，325目，二氧化硅含量≥94%，pH值5.0～8.0，吸油值2.0～3.5cm3/g，比表面积130～230m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、称料
按照配方称取原料待用，将导电炭黑放入100-105℃的烘箱中加热2～3h；
B、混炼
依次向开炼机中加入硅橡胶、导电炭黑、白炭黑、羟基硅油、过氧化二异丙苯进行混炼，过氧化二异丙苯加入后薄通5次即可下胶出片；
C、停放和返炼
混炼后的胶片经停放，然后在室温下进行返炼，返炼采用开炼机，待胶料变软，表面光滑平整后，即可下胶出片；
D、硫化
返炼后的胶片放入平板硫化机的模具中硫化得到硫化片；
E、检测
硫化片至少放置16h后，进行相关性能检测。
6.根据权利要求5所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，其特征在于：在步骤B中，所述的开炼机的辊筒速比为1:1.25～1:1.4。
7.根据权利要求5所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，其特征在于：在步骤B中，所述的混炼的温度为40℃以下。
8.根据权利要求5所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，其特征在于：在步骤C中，所述的停放时间为24～48小时。
9.根据权利要求5所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，其特征在于：在步骤C中，在所述的下胶出片前，混炼胶在开炼机上过辊4次，每次过辊后沿混炼胶纵向对折，并让胶片总以同一方向过辊，调整辊距使压出胶片的厚度为2.0～2.5mm。
10.根据权利要求5所述的一种移动式电缆用半导电硅橡胶屏蔽材料的制备方法，其特征在于：在步骤D中，所述的硫化的温度为160～165℃，硫化时间为13～15min，硫化期间保持模腔压力不小于3.5MPa。
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