CN103571073B - 一种高抗撕的电缆护套料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高抗撕的电缆护套料。其特征在于：按重量计，材料的组成包括：氯化聚乙烯100份，硫化剂2~5份，硫化促进剂1.5~3.5份，活性剂4~10份，软化剂20~30份，加工助剂2~8份，稳定剂4~12份，抗氧化剂2.5~5份，阻燃剂6~12份，白炭黑15~30份，强威粉20~35份，碳酸钙10~25份，颜料0.5~0.8份。本发明选用强威粉作补强剂，再配以调整硫化剂与硫化促进剂的比例，并且使用聚酯类软化剂，材料的抗撕性能得到极大地提升，最高可达9.6N/mm，特别适用于矿用电缆。
Description
技术领域
本发明属于电缆料技术领域，具体涉及一种高抗撕的电缆护套料。
背景技术
矿用电缆由于其特殊的使用环境，经常会受到煤层和岩石的砸、碰、压，使电缆受损，护套破裂。如果护套抗撕性能不好，则破口容易延伸，使得电缆绝缘外露，影响电缆的使用寿命。在MT818.1-2009中，明确规定了电缆护套材料的抗撕裂强度不得低于5.0N/mm，满足此性能指标方可确保矿用电缆的正常使用。
因为氯化聚乙烯（英文简写CPE）的独特优势，实际生产常用来作为电缆护套材料的树脂基料，生产黑色护套时，炭黑可同时作颜料和补强剂，炭黑的特殊结构性使得炭黑的补强效果极佳，黑色护套材料的抗撕性能通常都能到达MT818.1-2009的要求。但是，浅色护套不能选用炭黑作补强剂，而是使用白炭黑（主要成分Si2O）作补强剂，白炭黑的补强效果不如炭黑，尤其抗撕裂性能常不能满足MT818.1-2009的要求。
如201010201609.7，名称为“一种高阻燃高抗撕矿用电缆护套橡皮配方”的发明专利。公开了一种高阻燃高抗撕矿用电缆护套橡皮配方，其材料组分如下：氯丁橡胶CR322220份，氯丁橡胶S-40V80份，气相法白炭黑15份，陶土27份，石蜡3份，氯化石蜡5份，阻燃剂HZR-250份，0级三氧化二锑3份，低分子量聚乙烯3份，氧化镁4份，DM1份，TMTD1份，硬脂酸1份，HS-9112份，氧化锌5份，Na-220.5份，中铬黄或BBM2.5份，含胶量45%。
该专利仍存在以下不足：①选用氯丁橡胶CR3222作橡胶基料，目前，该氯丁橡胶的价格约为CPE135B价格的225%，造成制备成本昂贵；②氯丁橡胶在混炼时在开炼机上极其容易粘辊，给橡胶的混炼带来很大的困难；③该发明氯丁橡胶使用氧化锌作硫化剂，氧化锌作氯丁橡胶的硫化容易产生焦烧，易造成损失。
201110232438.9，名称为“煤矿电缆用低成本高抗撕阻燃耐热彩色CPE护套橡皮”的发明专利申请，公开了一种煤矿电缆用低成本高抗撕阻燃耐热CPE彩色护套橡皮，护套橡皮的组成及配比为：氯化聚乙烯100份；活性剂10~15份；抗氧剂2~3份；稳定剂4~6份；阻燃剂25~35份；增塑剂10~25份；补强剂30-60份；润滑助剂0.5~1.5份；离模剂0.5~1.5份；炭黑分散剂0.5~1.5份；硅烷偶联剂1~2份；复合硫化剂7~10份；颜料0.5~0.7份；所述护套橡皮的含胶量为40~48%；所述含胶量为氯化聚乙烯的重量/总重量×100%。该专利利用沉淀白炭黑和2500目滑石粉作橡胶补强剂来提高橡胶材料的抗撕性能。2500目的滑石粉的粒径约为5.5μm，补强剂材料粒径越大，其补强效果越差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高抗撕的电缆护套料。本发明选用强威粉作补强剂，再配以调整硫化剂与硫化促进剂的比例，并且使用聚酯类软化剂，通过这些综合手段，材料的抗撕性能得到极大地提升，最高可达9.6N/mm，特别适用于矿用电缆。
为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种高抗撕的电缆护套料，其特征在于：按重量计，材料的组成包括：
氯化聚乙烯100份
硫化剂2~5份
硫化促进剂1.5~3.5份
活性剂4~10份
软化剂20~30份
加工助剂2~8份
稳定剂4~12份
抗氧化剂2.5~5份
阻燃剂6~12份
白炭黑15~30份
强威粉20~35份
碳酸钙10~25份
颜料0.5~0.8份
本发明选择二维纳米片状硅酸盐强威粉作为补强剂是经过综合考虑选择的结果，由于强威粉的特殊结构，在胶料中分散均匀后，片层结构层层叠加，在各个方向上都能起到极好的补强效果，所制备橡胶料的抗撕裂性能大大提升。
本发明所述强威粉的片层平均直径为200~500nm，片层平均厚度为30~50nm，比表面积为30~40m2/g，其10%水溶液的PH值为9.0~11.0，聚集体粒度分布（二次结构，≤1μm）≥60%，325目筛余物≤0.01。
10%的水溶液指的是，把强威粉溶解于水，其质量分数为10%的水溶液，PH值可影响材料最终的酸碱度。
以上参数决定了强威粉的粒径大小，片层结构，从而决定强威粉的补强效果。上述参数大小的强威粉均匀混合分布在氯化聚乙烯材料中，穿插到橡胶大分子链之间，可有效提高材料的抗撕裂强度。
本发明所述的硫化剂为过氧化二异丙苯（DCP），硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯（TAIC）。
三烯丙基氰脲酸酯与过氧化二异丙苯的交联较为匹配，当DCP发挥交联作用时，TAIC能够起到促进作用，提高交联速度和交联程度。之所以会有这样的优点，是因为TAIC具有三个分子链端双键，而这三个双键通过碳碳单键都接在同一个分子环上，形成三个遥爪状结构。
优选地，所述的二氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2，该比例下所得样品的抗撕裂性能最好，该比例条件下的材料硫化后所得样品的交联程度正好在宏观上显示出具有最好的抗撕裂性能。
本发明所述的软化剂为聚酯类软化剂，聚酯类软化剂的抗撕性能为最佳。聚酯类软化剂的耐久性和耐热性较好，用护套中，可有效增加材料的户外使用时间，因聚酯类软化剂和氯化聚乙烯的相互作用，可有效提高材料的抗撕强度。
本发明所述的氯化聚乙烯要求氯含量为35~47%，作为橡胶护套，具有相当好的柔软性。
优选地，所述的氯化聚乙烯为潍坊亚星生产的CPE135B，氯化聚乙烯橡胶的柔软性最好。
本发明所述颜料按实际生产要求选择，如永固黄、耐晒红等。
本发明的有益效果在于：
1、本发明首次将强威粉用于氯化聚乙烯橡胶以提高撕裂强度，由于强威粉特殊的片层结构，在胶料中分散均匀后，穿插到橡胶大分子链之间，片层结构层层叠加，在各个方向上都能起到极好的补强效果，所制备橡胶料的抗撕裂性能大大提升。
2、采用三烯丙基氰脲酸酯与过氧化二异丙苯的交联相匹配，当DCP发挥交联作用时，TAIC能够起到促进作用，提高交联速度和交联程度；同时，控制质量比例为3：2，该比例下所得样品的抗撕裂性能最好，该比例条件下的材料硫化后所得样品的交联程度正好在宏观上显示出具有最好的抗撕裂性能，是护套料高抗撕性能的又一保障。
3、本发明选用聚酯类软化剂作材料增塑剂，聚酯类软化剂的耐久性和耐热性较好，用于护套中，可有效增加材料的户外使用时间，因聚酯类软化剂和氯化聚乙烯的相互作用，可有效提高材料的抗撕强度。
4、本发明选用价格低廉，性能优异的氯化聚乙烯作矿用电缆护套料的基础树脂，主选具有二维片状结构的强威粉作补强剂，强威粉的结构性补强可极大地提高胶料的抗撕裂性能，通过调整硫化剂DCP与硫化促进剂TAIC的比例调节胶料的交联度，使用聚酯类软化剂作软化体系，综合这些所有的手段对橡胶的抗撕性能进行改善提升，胶料抗撕裂强度最高为9.6N/mm。再者，强威粉的价格比白炭黑的价格略高，用量也只有20~35份，不会影响整个配方体系的价格。本发明的所涉及护套材料配方抗撕性能优异，且不存在价格劣势，在矿用电缆行业具有较好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的实质性内容作进一步详细的描述。
实施例1
一种高抗撕的电缆护套料，按重量计，材料的组成包括：
氯化聚乙烯100份
硫化剂2份
硫化促进剂2份
活性剂4份
软化剂22份
加工助剂2份
稳定剂6份
抗氧化剂2.5份
阻燃剂8份
白炭黑15份
强威粉25份
碳酸钙10份
颜料0.6份。
实施例2
一种高抗撕的电缆护套料，按重量计，材料的组成包括：
氯化聚乙烯100份
硫化剂2.5份
硫化促进剂1.5份
活性剂5份
软化剂20份
加工助剂聚乙烯蜡3份
稳定剂4份
抗氧化剂3份
阻燃剂6份
白炭黑18份
强威粉20份
碳酸钙12份
颜料0.5份。
实施例3
一种高抗撕的电缆护套料，按重量计，材料的组成包括：
氯化聚乙烯100份
硫化剂5份
硫化促进剂3份
活性剂10份
软化剂25份
加工助剂聚乙烯蜡8份
稳定剂10份
抗氧化剂5份
阻燃剂10份
白炭黑30份
强威粉30份
碳酸钙25份
颜料0.8份。
实施例4
一种高抗撕的电缆护套料，按重量计，材料的组成包括：
氯化聚乙烯100份
硫化剂4份
硫化促进剂3.5份
活性剂8份
软化剂30份
加工助剂7份
稳定剂12份
抗氧化剂4份
阻燃剂12份
白炭黑28份
强威粉35份
碳酸钙20份
颜料0.7份。
本发明所述加工助剂为石蜡或聚乙烯蜡。
本发明所述的活性剂为氧化镁和硬脂酸。氧化镁和硬脂酸搭配，不会对氯化聚乙烯产生影响。这样才能很好的起到活化作用。
本发明所述的稳定剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌和硬脂酸钙的组合。
本发明所述的抗氧化剂双酚A或者防老剂RD（2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体）。
本发明所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝其中一种与三氧化二锑的组合。
本发明所述的白炭黑为沉淀白炭黑。
本发明所述的碳酸钙为轻质碳酸钙或者活性碳酸钙。
实施例5
一种高抗撕的电缆护套料，按重量计，材料的组成包括：
氯化聚乙烯100份
硫化剂2.8份
硫化促进剂2.2份
活性剂6份
软化剂25份
加工助剂5份
稳定剂8份
抗氧化剂3份
阻燃剂9份
白炭黑23份
强威粉25份
碳酸钙18份
颜料0.6份。
本发明所述加工助剂为石蜡或聚乙烯蜡。
本发明所述的活性剂为氧化镁和硬脂酸。氧化镁和硬脂酸搭配，不会对氯化聚乙烯产生影响。这样才能很好的起到活化作用。
本发明所述的稳定剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌和硬脂酸钙的组合。
本发明所述的抗氧化剂双酚A或者防老剂RD（2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体）。
本发明所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝其中一种与三氧化二锑的组合。
本发明所述的白炭黑为沉淀白炭黑。
本发明所述的碳酸钙为轻质碳酸钙或者活性碳酸钙。
实施例6
氯化聚乙烯100份
硫化剂DCP3份
液体TAIC2份
氧化镁6份
硬脂酸1.5份
聚酯类软化剂22份
加工助剂石蜡5份
稳定剂硬脂酸锌2份
稳定剂硬脂酸钙3份
稳定剂硬脂酸钡4份
双酚A0.5份
RD4份
三氧化二锑6份
氢氧化镁6份
白炭黑30份
强威粉20份
碳酸钙20份
颜料0.5份。
实施例7
氯化聚乙烯100份
硫化剂DCP3份
液体TAIC2份
氧化镁6份
硬脂酸1.5份
聚酯类软化剂22份
加工助剂石蜡5份
硬脂酸锌2份
硬脂酸钙3份
硬脂酸钡4份
双酚A0.5份
RD4份
三氧化二锑6份
氢氧化镁6份
白炭黑25份
强威粉25份
碳酸钙20份
颜料0.5份。
实施例8
氯化聚乙烯100份
硫化剂DCP3份
液体TAIC2份
氧化镁6份
硬脂酸1.5份
聚酯类软化剂22份
加工助剂石蜡5份
硬脂酸锌2份
硬脂酸钙3份
硬脂酸钡4份
双酚A0.5份
RD4份
三氧化二锑6份
氢氧化镁6份
白炭黑20份
强威粉30份
碳酸钙20份
颜料0.5份。
实施例9
氯化聚乙烯100份
硫化剂DCP3份
液体TAIC2份
氧化镁6份
硬脂酸1.5份
聚酯类软化剂22份
加工助剂石蜡5份
硬脂酸锌2份
硬脂酸钙3份
硬脂酸钡4份
双酚A0.5份
RD4份
三氧化二锑6份
氢氧化镁6份
白炭黑15份
强威粉35份
碳酸钙20份
颜料0.5份。
实施例10
本发明实施例6—9的电缆护套料抗撕裂强度按MT818.1-2009附录A的试验方法进行，其他试验项目按相关国家标准参照执行，测试结果数据如下表：
实施例11
本实施例与实施例5基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为200nm，片层平均厚度为30nm，比表面积为30m2/g，10%的水溶液其PH值为9.0，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
实施例12
本实施例与实施例5基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为500nm，片层平均厚度为50nm，比表面积为40m2/g，10%的水溶液其PH值为11.0，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
实施例13
本实施例与实施例5基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为300nm，片层平均厚度为35nm，比表面积为33m2/g，10%的水溶液其PH值为10.0，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
所述的二氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2。
实施例14
本实施例与实施例5基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为400nm，片层平均厚度为40nm，比表面积为36m2/g，10%的水溶液其PH值为10.5，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
所述的二氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2。
所述的软化剂为聚酯类软化剂。
实施例15
本实施例与实施例5基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为350nm，片层平均厚度为40nm，比表面积为34m2/g，10%的水溶液其PH值为9.5，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
所述的二氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2。
所述的软化剂为聚酯类软化剂。
所述的氯化聚乙烯要求氯含量为35%。
实施例16
本实施例与实施例5基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为250nm，片层平均厚度为45nm，比表面积为38m2/g，10%的水溶液其PH值为9.2，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
所述的二氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2。
所述的软化剂为聚酯类软化剂。
所述的氯化聚乙烯要求氯含量为47%。
实施例17
本实施例与实施例5基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为450nm，片层平均厚度为42nm，比表面积为32m2/g，10%的水溶液其PH值为10.6，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
所述的二氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2。
所述的软化剂为聚酯类软化剂。
所述的氯化聚乙烯要求氯含量为40%。
所述的活性剂为氧化镁和硬脂酸。
实施例18
本实施例与实施例4基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为450nm，片层平均厚度为46nm，比表面积为37m2/g，10%的水溶液其PH值为10.2，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
所述的二氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2。
所述的软化剂为聚酯类软化剂。
所述的氯化聚乙烯为潍坊亚星生产的CPE135B。
所述的活性剂为氧化镁和硬脂酸。
本发明所述的加工助剂为聚乙烯蜡。
本发明所述的抗氧化剂为双酚A。
本发明所述的阻燃剂为三氧化二锑与氢氧化铝。
本发明所述的碳酸钙为活性碳酸钙。
实施例19
本实施例与实施例4基本相同，在此基础上：
所述强威粉的片层平均直径为360nm，片层平均厚度为38nm，比表面积为33m2/g，10%的水溶液其PH值为9.2，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
所述的二氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2。
所述的软化剂为聚酯类软化剂。
所述的氯化聚乙烯为潍坊亚星生产的CPE135B。
所述的活性剂为氧化镁和硬脂酸。
本发明所述的活性剂为氧化镁和硬脂酸。氧化镁和硬脂酸搭配，不会对氯化聚乙烯产生影响。这样才能很好的起到活化作用。
本发明所述的稳定剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌和硬脂酸钙的组合。
本发明所述的抗氧化剂为防老剂RD（2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体）。
本发明所述的阻燃剂为三氧化二锑与氢氧化镁。
本发明所述的白炭黑为沉淀白炭黑。
本发明所述的碳酸钙为轻质碳酸钙。
实施例20
本发明所涉及的电缆护套料的制备方法包括以下步骤：
1、称料。称取原材料，生胶、白炭黑、强威粉和碳酸钙的称量应精确到1g，软化剂应精确到1g或±1%（已精度高的为准），硫化剂和硫化促进剂应精确至0.02g，硬脂酸应精确至0.1g，其他所有配合剂应精确至±1%。
2、混练胶。可使用开放式炼胶机或者密炼机进行胶料的混炼，本发明的所有试验胶料混炼均是采用的是XK-160型的开放式炼胶机。先将氯化聚乙烯在开炼机上进行塑炼，待氯化聚乙烯炼至半透明状态（已塑化好），调整辊距，依次加入除硫化剂与硫化促进剂以外的小料、大料和软化剂，待辊筒上无游离粉料时，加入硫化剂和硫化促进剂，待所有材料被胶料完全吸收后，取下胶片，调整辊距，将胶料薄通，并打4~5次三角包，然后把胶料出成2~3cm后的薄皮按，待后续试验使用。
3、胶片调节。按步骤2得到的胶片应放置在洁净、平整、干燥的金属表面上，在室温23±1℃，相对湿度为50±10%的环境条件下停放2~24h。
4、胶片硫化。将调解好的胶片裁成大小适宜的胶坯，标注压延方向（橡胶存在压延效应，即在硫化胶片在压延方向和其它方向上测得的性能有显著的差异），放入硫化模具，在160±2℃，压力≥3.54MPa下硫化15min。
5、硫化胶片调节。硫化后的胶片置放在洁净、平整、干燥的金属表面上，调节至少16h，但不大于4周时间。可进行下一步各项性能的测试。
Claims (7)
1.一种高抗撕的电缆护套料，其特征在于：按重量计，材料的组成包括：
氯化聚乙烯100份
硫化剂2~5份
硫化促进剂1.5~3.5份
活性剂4~10份
软化剂20~30份
加工助剂2~8份
稳定剂4~12份
抗氧化剂2.5~5份
阻燃剂6~12份
白炭黑15~30份
强威粉20~35份
碳酸钙10~25份
颜料0.5~0.8份；
所述强威粉的片层平均直径为200~500nm，片层平均厚度为30~50nm，比表面积为30~40m2/g，其10%水溶液的PH值为9.0~11.0，聚集体粒度分布≥60%，325目筛余物≤0.01。
2.根据权利要求1所述的一种高抗撕的电缆护套料，其特征在于：所述的硫化剂为过氧化二异丙苯，硫化促进剂为三烯丙基异氰尿酸酯。
3.根据权利要求2所述的一种高抗撕的电缆护套料，其特征在于：所述的过氧化二异丙苯与三烯丙基异氰尿酸酯的质量比例为3:2。
4.根据权利要求1所述的一种高抗撕的电缆护套料，其特征在于：所述的软化剂为聚酯类软化剂。
5.根据权利要求1所述的一种高抗撕的电缆护套料，其特征在于：所述的氯化聚乙烯要求氯含量为35~47%。
6.根据权利要求5所述的一种高抗撕的电缆护套料，其特征在于：所述的氯化聚乙烯为潍坊亚星生产的CPE135B。
7.根据权利要求1所述的一种高抗撕的电缆护套料，其特征在于：所述的活性剂为氧化镁和硬脂酸。
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Denomination of invention: Cable sheath material with high tear resistance Effective date of registration: 20211018 Granted publication date: 20160406 Pledgee: Leshan City Commercial Bank Limited by Share Ltd. Sales Department Pledgor: SUNWAY Co.,Ltd. Registration number: Y2021510000246 |
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Date of cancellation: 20231106 Granted publication date: 20160406 Pledgee: Leshan City Commercial Bank Limited by Share Ltd. Sales Department Pledgor: SUNWAY Co.,Ltd. Registration number: Y2021510000246 |
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Denomination of invention: A high tear resistant cable sheath material Effective date of registration: 20231201 Granted publication date: 20160406 Pledgee: Leshan City Commercial Bank Limited by Share Ltd. Sales Department Pledgor: SUNWAY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980068812 |