CN103468000A - 舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶及其制造方法，原料为110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2~0.4份；气相法白炭黑：5~9份；钛白粉：1~3份；二苯基硅二醇：0.4~1份；羟基硅油：2~5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4~8份；三氧化二铁：0.5~1.5份。该方法制造而成的绝缘橡胶，本发明的绝缘橡胶机械性能优越，绝缘电阻高，热阻系数可达6.6K·m/W以上，热阻系数高，绝热性能好，在导体截面积相同的情况下，可以提高载流量。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆绝缘橡胶，特别涉及一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶。本发明还涉及一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法。
背景技术
随着国家加大对海洋能源开发利用的重视，大批新的船舰被建造，由于船舶航行多为远洋海域，出海时间久，为此需要减轻舰船的自身重量，增加舰船的有效负载。电缆作为舰船电能传输设备，其重量对船舶的负载有着很大的影响。而电缆的重量与导体截面积有关，导体截面积则主要是由载流量决定，而影响载流量的因素除了导体材料和截面积外，还有所用绝缘、护套材料和电缆结构等。由于船用电缆导体均为绞合铜导体，故船用电缆载流量主要是由绝缘、护套材料和电缆结构决定。
现有技术主要是通过提高绝缘和护套材料的额定工作温度从而提高电缆的载流量，但由于现有材料的热阻系数较小使得电缆的表面温度很高，可达110℃，而电缆在狭小的船舶空间内散热不畅，造成环境温度升高，又会更加降低电缆的载流量，并且影响周围其他设施的安全，造成恶性循环。现有橡胶绝缘材料的热阻系数为6.0 K·m/W，低烟无卤护套材料的热阻系数为3.5 K·m/W，不足以降低电缆表面温升。
发明内容
本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶，热阻系数高，绝热性能好，在导体截面积相同的情况下，可以提高载流量。
为解决以上技术问题，本发明提供一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2~0.4份；气相法白炭黑： 5~9份；钛白粉：1~3份；二苯基硅二醇：0.4~1份；羟基硅油：2~5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4~8份；三氧化二铁：0.5~1.5份。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：本发明采用110-2-B甲基乙烯基硅橡胶作为基体橡胶，其分子量高，易硫化、永久变形小、耐热老化和工艺性能好、成本低；分子链中具有的乙烯基硫化活性高，适于过氧化物硫化；采用二叔丁基过氧化物作为硫化剂，其不与空气反应，硫化速度快、硫化活性高，成本低；由于110-2-B甲基乙烯基硅橡胶在高温下使用时耐酸碱性差，以及采用过氧化物硫化并加入有耐火剂可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉，虽增强了耐火性能，但降低了物理机械性能和工艺性能，故需加入补强填充剂气相法白炭黑和钛白粉以提高硫化胶的性能，延长成品电缆的使用寿命；采用气相法白炭黑经八甲基环四硅氧烷进行表面处理，常态下为白色无定形絮状半透明固体胶状纳米粒子，由硅的卤化物在氢氧火焰中高温水解生成的纳米级白色粉末，粒径小，比表面积大，作为补强剂可以使得胶料具有较高的机械强度和良好的耐水和电绝缘性能，工艺性能好，拉伸强度高；采用钛白粉与气相法白炭黑并用可改进胶料的工艺性能，调节硫化胶的物理性能、增强抗撕裂强度和降低成本；由于硅橡胶的结构化效应，在存放过程中，气相法白炭黑表面的游离羟基与硅橡胶的羟基发生反应，致使胶料可塑度降低，返炼和加工性能下降。为防止减弱结构化倾向，故加入二苯基硅二醇和羟基硅油作为结构控制剂，二苯基硅二醇可以改善胶料的热老化性能，提高硫化胶的工作温度，增大电缆的载流量，成本低，羟基硅油憎水防潮性好，可以简化胶料的加工工艺，提高加工工艺性能，不需要热处理，利于改善工作条件，增强胶料的亮洁度。耐热助剂三氧化二铁可以改进硫化胶的耐热老化性能，提高硫化胶的工作温度，增大电缆的载流量。可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉作为耐火剂，其软化点低、线膨胀系数小，粒径小，常态下成粉末状态，其可使硫化胶具有优异的耐高温、电绝缘等性能,具有良好的瓷化性能,瓷化物具有良好的抗热冲击性,致密性,表面光洁性,并具有一定的强度，使硫化胶燃烧后生成不燃的灰烬而自熄，具有不熔的特性，其灰烬物仍为骨格结构的绝缘体，持久包覆在导线上，具有良好的绝缘性。由于在绝缘物不含有炭黑等导电性物质，燃烧后的生成物不会由于炭化焦烧形成导电性漏电而引致线路电击穿等现象。燃烧后形成的壳层具有较大的机械强度，能承受一定机械冲击力，在高温或受潮情况下仍具有优异的电气绝缘性能，能够确保电缆在火焰附加机械敲击和淋水条件下电路通畅、电能传输安全。本发明的绝缘橡胶老化前的抗张强度可达6.5 N/mm2以上，断裂伸长率可达260%以上；空气烘箱老化后的抗张强度保留率可达88%以上，断裂伸长率保留率可达89%以上；交联度试验载荷下伸长率可达27%以下；20℃下绝缘电阻可达4500MΩ·km以上；热阻系数可达6.6K·m/W以上；酸气含量、卤素含量、毒性指数、烟指数等均优于标准要求。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2份；气相法白炭黑： 5份；钛白粉：1份；二苯基硅二醇：0.4份；羟基硅油：2份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4份；三氧化二铁：0.5份。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.3份；气相法白炭黑：7份；钛白粉：2份；二苯基硅二醇：0.7份；羟基硅油：3.5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：6份；三氧化二铁：1.0份。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.4份；气相法白炭黑：9份；钛白粉：3份；二苯基硅二醇：1份；羟基硅油：5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：8份；三氧化二铁：1.5份。
本发明的另一个目的在于，提供一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，该方法制造而成的绝缘橡胶，热阻系数高，绝热性能好，在导体截面积相同的情况下，可以提高载流量。
为解决以上技术问题，本发明提供的一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2~0.4份；气相法白炭黑： 5~9份；钛白粉：1~3份；二苯基硅二醇：0.4~1份；羟基硅油：2~5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4~8份；三氧化二铁：0.5~1.5份；（2）先将110-2-B甲基乙烯基硅橡胶、气相法白炭黑、钛白粉、三氧化二铁在开放式炼胶机上进行低温混炼直至均匀，混炼时先包前辊，紧接着在10~15秒内包后辊，前后辊速比为（1.1~1.2）:1，其中前辊温度为30～40℃，后辊温度为20～30℃，前后辊距为5~6mm；接着向开放式炼胶机中通冷却水保持辊温为43～53℃，依次加入二苯基硅二醇、羟基硅油和可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉，继续混炼10~15min，最后往胶料内逐次添加二叔丁基过氧化物，继续混炼3~4分钟，再打5~8个三角包或打卷、薄通下片，将混炼完毕下片的胶料在室温下停放72~96小时，挤橡前在开放式炼胶机上进行返炼，初始辊距为3~5mm，接着在2~3分钟内逐渐缩小到0.3~0.7mm，待胶料表面光滑平整后卸料出片备用。
相对于现有技术，本发明制造而成的电缆绝缘橡胶取得的有益效果如上所述。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2份；气相法白炭黑： 5份；钛白粉：1份；二苯基硅二醇：0.4份；羟基硅油：2份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4份；三氧化二铁：0.5份。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.3份；气相法白炭黑：7份；钛白粉：2份；二苯基硅二醇：0.7份；羟基硅油：3.5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：6份；三氧化二铁：1.0份。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.4份；气相法白炭黑：9份；钛白粉：3份；二苯基硅二醇：1份；羟基硅油：5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：8份；三氧化二铁：1.5份。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶采用挤橡机挤出，挤橡机采用冷喂料方式，挤出时的机身温度为35℃～45℃，机头温度32℃～42℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：（1～1.25），模套定型段的长度为2～3mm，挤橡机的机头安装有80~120目滤网；挤出后进入连续硫化管道进行化学交联，硫化压力为0.1MPa。模芯承线长度比较长使得绝缘挤包的表面光滑，挤出截面紧密，并与导体良好贴合；机头安装滤网可以改善挤橡质量；挤出后进入连续硫化管道立即进行化学交联，可以提高绝缘橡胶的耐热等级。
作为本发明的优选方案，所述绝缘橡胶挤出时的线速度对于截面积为16mm2及以下的导体为7~8m/min，对于截面积为25 mm2~50 mm2的导体为4~5m/min，对于截面积为70 mm2及以上的导体为2~3m/min。
具体实施方式
实施例一
本发明的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2份；气相法白炭黑：5份；钛白粉：1份；二苯基硅二醇：0.4份；羟基硅油：2份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4份；三氧化二铁：0.5份。
（2）先将110-2-B甲基乙烯基硅橡胶、气相法白炭黑、钛白粉、三氧化二铁在开放式炼胶机上进行低温混炼直至均匀，混炼时先包前辊，紧接着在10秒内包后辊，前后辊速比为1.1:1，其中前辊温度为30℃，后辊温度为20℃，前后辊距为5mm；接着向开放式炼胶机中通冷却水保持辊温为43℃，依次加入二苯基硅二醇、羟基硅油和可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉，继续混炼10min，最后往胶料内逐次添加二叔丁基过氧化物，继续混炼3分钟，再打5个三角包或打卷、薄通下片，将混炼完毕下片的胶料在室温下停放72小时，挤橡前在开放式炼胶机上进行返炼，初始辊距为3mm，接着在2分钟内逐渐缩小到0.3mm，待胶料表面光滑平整后卸料出片备用。
所述绝缘橡胶采用挤橡机挤出，挤橡机采用冷喂料方式，挤出时的机身温度为35℃，机头温度32℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：1，模套定型段的长度为2mm，挤橡机的机头安装有80目滤网；挤出后进入连续硫化管道进行化学交联，硫化压力为0.1MPa。所述绝缘橡胶挤出时的线速度对于截面积为16mm2及以下的导体为7~8m/min。
实施例二
本发明的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.3份；气相法白炭黑：7份；钛白粉：2份；二苯基硅二醇：0.7份；羟基硅油：3.5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：6份；三氧化二铁：1.0份。
（2）先将110-2-B甲基乙烯基硅橡胶、气相法白炭黑、钛白粉、三氧化二铁在开放式炼胶机上进行低温混炼直至均匀，混炼时先包前辊，紧接着在12秒内包后辊，前后辊速比为1.15:1，其中前辊温度为35℃，后辊温度为25℃，前后辊距为5.5mm；接着向开放式炼胶机中通冷却水保持辊温为48℃，依次加入二苯基硅二醇、羟基硅油和可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉，继续混炼13min，最后往胶料内逐次添加二叔丁基过氧化物，继续混炼3.5分钟，再打7个三角包或打卷、薄通下片，将混炼完毕下片的胶料在室温下停放85小时，挤橡前在开放式炼胶机上进行返炼，初始辊距为4mm，接着在2.5分钟内逐渐缩小到0.5mm，待胶料表面光滑平整后卸料出片备用。
所述绝缘橡胶采用挤橡机挤出，挤橡机采用冷喂料方式，挤出时的机身温度为40℃，机头温度38℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：1.1，模套定型段的长度为2.5mm，挤橡机的机头安装有100目滤网；挤出后进入连续硫化管道进行化学交联，硫化压力为0.1MPa。所述绝缘橡胶挤出时的线速度对于截面积为25 mm2~50 mm2的导体为4~5m/min。
实施例三
本发明的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.4份；气相法白炭黑：9份；钛白粉：3份；二苯基硅二醇：1份；羟基硅油：5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：8份；三氧化二铁：1.5份。
（2）先将110-2-B甲基乙烯基硅橡胶、气相法白炭黑、钛白粉、三氧化二铁在开放式炼胶机上进行低温混炼直至均匀，混炼时先包前辊，紧接着在15秒内包后辊，前后辊速比为1.2:1，其中前辊温度为40℃，后辊温度为30℃，前后辊距为6mm；接着向开放式炼胶机中通冷却水保持辊温为53℃，依次加入二苯基硅二醇、羟基硅油和可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉，继续混炼15min，最后往胶料内逐次添加二叔丁基过氧化物，继续混炼4分钟，再打8个三角包或打卷、薄通下片，将混炼完毕下片的胶料在室温下停放96小时，挤橡前在开放式炼胶机上进行返炼，初始辊距为5mm，接着在3分钟内逐渐缩小到0.7mm，待胶料表面光滑平整后卸料出片备用。
所述绝缘橡胶采用挤橡机挤出，挤橡机采用冷喂料方式，挤出时的机身温度为45℃，机头温度42℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：1.25，模套定型段的长度为3mm，挤橡机的机头安装有120目滤网；挤出后进入连续硫化管道进行化学交联，硫化压力为0.1MPa。所述绝缘橡胶挤出时的线速度对于截面积为70 mm2及以上的导体为2~3m/min。
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶老化前机械性能测试结果如表1：
表 1
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶烘箱老化后的机械性能测试结果如表2，老化条件：温度200±3℃，时间：168h。
表 2
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶交联度试验：温度250±3℃，载荷时间15min，机械应力20 N/cm2。
表 3
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶的绝缘电阻测试结果如表4所示。
表 4
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶的热阻系数测试结果如表5所示。
表 5
对实施例一至实施例三中绝缘橡胶的酸气含量、卤素含量、毒性指数、烟指数的测试结果如表6所示。
表 6
实施例一至实施例三中，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶为化工行业标准HG/T3312-2000中的110-2甲基乙烯基硅橡胶中的B牌号。
二叔丁基过氧化物可选用泰州市远大化工原料有限公司的产品；二苯基硅二醇可以选用苏州三源化工有限公司的产品；羟基硅油可以选用济南国邦化工有限公司产品；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉可选用佛山市南海区东谷新型材料有限公司的产品。本发明所用原料，除以上厂家外，均可以选用市场上其它符合要求的同类产品。
以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶，其特征是，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2~0.4份；气相法白炭黑： 5~9份；钛白粉：1~3份；二苯基硅二醇：0.4~1份；羟基硅油：2~5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4~8份；三氧化二铁：0.5~1.5份。
2.根据权利要求1所述的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶，其特征是，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2份；气相法白炭黑： 5份；钛白粉：1份；二苯基硅二醇：0.4份；羟基硅油：2份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4份；三氧化二铁：0.5份。
3.根据权利要求1所述的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶，其特征是，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.3份；气相法白炭黑：7份；钛白粉：2份；二苯基硅二醇：0.7份；羟基硅油：3.5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：6份；三氧化二铁：1.0份。
4.根据权利要求1所述的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶，其特征是，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.4份；气相法白炭黑：9份；钛白粉：3份；二苯基硅二醇：1份；羟基硅油：5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：8份；三氧化二铁：1.5份。
5.一种舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，其特征是，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2~0.4份；气相法白炭黑： 5~9份；钛白粉：1~3份；二苯基硅二醇：0.4~1份；羟基硅油：2~5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4~8份；三氧化二铁：0.5~1.5份；（2）先将110-2-B甲基乙烯基硅橡胶、气相法白炭黑、钛白粉、三氧化二铁在开放式炼胶机上进行低温混炼直至均匀，混炼时先包前辊，紧接着在10~15秒内包后辊，前后辊速比为（1.1~1.2）:1，其中前辊温度为30～40℃，后辊温度为20～30℃，前后辊距为5~6mm；接着向开放式炼胶机中通冷却水保持辊温为43～53℃，依次加入二苯基硅二醇、羟基硅油和可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉，继续混炼10~15min，最后往胶料内逐次添加二叔丁基过氧化物，继续混炼3~4分钟，再打5~8个三角包或打卷、薄通下片，将混炼完毕下片的胶料在室温下停放72~96小时，挤橡前在开放式炼胶机上进行返炼，初始辊距为3~5mm，接着在2~3分钟内逐渐缩小到0.3~0.7mm，待胶料表面光滑平整后卸料出片备用。
6.根据权利要求5所述的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，其特征是，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.2份；气相法白炭黑： 5份；钛白粉：1份；二苯基硅二醇：0.4份；羟基硅油：2份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：4份；三氧化二铁：0.5份。
7.根据权利要求5所述的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，其特征是，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.3份；气相法白炭黑：7份；钛白粉：2份；二苯基硅二醇：0.7份；羟基硅油：3.5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：6份；三氧化二铁：1.0份。
8.根据权利要求5所述的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，其特征是，所述绝缘橡胶的原料组分及重量含量如下，110-2-B甲基乙烯基硅橡胶：20份；二叔丁基过氧化物：0.4份；气相法白炭黑：9份；钛白粉：3份；二苯基硅二醇：1份；羟基硅油：5份；可瓷化硅橡胶专用低温玻璃粉：8份；三氧化二铁：1.5份。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，其特征是，所述绝缘橡胶采用挤橡机挤出，挤橡机采用冷喂料方式，挤出时的机身温度为35℃～45℃，机头温度32℃～42℃，挤橡机螺杆冷却方式为水冷却，挤出模具的模芯承线长度与挤出外径之比为1：（1～1.25），模套定型段的长度为2～3mm，挤橡机的机头安装有80~120目滤网；挤出后进入连续硫化管道进行化学交联，硫化压力为0.1MPa。
10.根据权利要求9所述的舰船高载流量低表面温升电缆绝缘橡胶的制造方法，其特征是，所述绝缘橡胶挤出时的线速度对于截面积为16mm2及以下的导体为7~8m/min，对于截面积为25 mm2~50 mm2的导体为4~5m/min，对于截面积为70 mm2及以上的导体为2~3m/min。
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