CN104558867A - 一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料及其制备方法 - Google Patents

一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶48-54份，预制含氟聚合物28-34份，丁苯橡胶20-23份，硬质陶土10-12份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂3-5份，氢氧化铝5-8份，红磷母粒6-7份，三氧化二锑4-5份，硫磺0.5-0.8份，过氧化二异丙苯0.4-0.6份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.1-1.4份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.4-1.5份，防老剂H1.6-2份，防老剂DFC-341.2-1.5份。发明还提出的上述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料的制备方法。发明具有高弹性、高强度，而且阻燃、耐磨、耐臭氧侵蚀、耐候性能优异。

Description

一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及三元乙丙橡胶材料技术领域，尤其涉及一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料及其制备方法。
背景技术
随着风能发电的日渐广泛，从而带动了与风能发电相关产品的发展，由于风能发电系统常常是在恶劣环境条件下使用，如较大的温差和紫外线辐射，尤其是在高原地区，昼夜温差大，且电缆要随风机转动而扭转，如果不采用与周围环境相适应的专用电缆，普通电线电缆或传统型的风能电缆在风机内经过长期的太阳光照射、风雨和臭氧侵蚀及扭转后电缆表面就会出现龟裂现象，且在环境温差范围大情况下电缆材料会快速老化，产品的物理机械性能大大降低，所以传统电缆在使用的过程中有较多的潜在危险，使用寿命不长。而电缆的使用寿命将直接影响到整个风能发电系统的使用寿命。基于种种因素，在风能系统中使用性能好的专用风能电缆和部件是非常重要的。
目前制造的风能电缆采用三元乙丙橡胶，其具有优异的绝缘性、耐温差范围、耐氧化性能和较强的抗侵蚀能力，同时由于其属于聚烯烃家族，故具有极好的硫化特性，常被添加入大量的填料以降低成本，但往往实际使用过程中弹性、阻燃、耐磨、耐臭氧侵蚀、耐候等性能仍不够优良。
发明内容
基本背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料及其制备方法，具有高弹性、高强度，而且阻燃、耐磨、耐臭氧侵蚀、耐候性能优异。
本发明提出的一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶48-54份，预制含氟聚合物28-34份，丁苯橡胶20-23份，硬质陶土10-12份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂3-5份，氢氧化铝5-8份，红磷母粒6-7份，三氧化二锑4-5份，硫磺0.5-0.8份，过氧化二异丙苯0.4-0.6份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.1-1.4份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.4-1.5份，防老剂H 1.6-2份，防老剂DFC-341.2-1.5份；
预制含氟聚合物的制备过程中，将溶剂、乙酸乙烯酯、正丁醇、乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度和压力，保温保压，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
优选地，三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶的重量比为50-52：30-32：21-22。
优选地，丁苯橡胶中苯乙烯含量为26-30wt％。
优选地，溶剂由甲苯、丙酮按体积比1-3:2-3混合制成。
优选地，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶50-52份，预制含氟聚合物30-32份，丁苯橡胶21-22份，硬质陶土10.5-11份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂3.5-4份，氢氧化铝6-7份，红磷母粒6.2-6.7份，三氧化二锑4.2-4.5份，硫磺0.6-0.7份，过氧化二异丙苯0.45-0.5份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2-1.3份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.42-1.45份，防老剂H 1.7-1.8份，防老剂DFC-341.3-1.4份。
优选地，预制含氟聚合物的制备过程中，按重量份将45-50份溶剂、12-15份乙酸乙烯酯、14-17份正丁醇、13-16份乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入35-38份六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度至70-73℃，升高高压反应釜及其内容物的压力至500-800kPa，保温保压20-22h后，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
优选地，预制含氟聚合物的制备过程中，按重量份将46-48份溶剂、13-14份乙酸乙烯酯、15-16份正丁醇、14-15份乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入36-37份六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度至71-72℃，升高高压反应釜及其内容物的压力至600-700kPa，保温保压20.5-21h后，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
本发明还提出的上述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料的制备方法，预热密炼机到72-75℃，将三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶在密炼机中以220-250rpm的搅拌速度密炼26-30min得到橡胶主料，过程中打三角包7-10次，继续投入硬质陶土、单烷氧基型钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑，以100-110rpm的搅拌速度密炼20-25min得到混合物料A；再加入防老剂H、防老剂DFC-34，以78-82rpm的搅拌速度混炼11-14min，继续加入硫磺、过氧化二异丙苯、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以104-110rpm的搅拌速度密炼12-15min，将温度升至145-150℃再混炼15-18min后，降温出料，得到高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料。
优选地，预热密炼机到73-74℃，将三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶在密炼机中以230-240rpm的搅拌速度密炼27-28min得到橡胶主料，过程中打三角包8-9次，继续投入硬质陶土、单烷氧基型钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑，以104-108rpm的搅拌速度密炼22-23min得到混合物料A；再加入防老剂H、防老剂DFC-34，以79-80rpm的搅拌速度混炼12-13min，继续加入硫磺、过氧化二异丙苯、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以106-108rpm的搅拌速度密炼13-14min，将温度升至146-148℃再混炼16-17min后，降温出料，得到高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料。
本发明以三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶作为基料，使本发明具备优异的强度、耐磨性能和较高的阻燃性能，同时也使本发明具有良好的弹性、耐水耐油性能和耐候性；其中，预制含氟聚合物的制备过程中，以六氟丙烯为含氟单体与其他含有官能团的物料聚合形成的聚合物是由氟原子和碳原子、氧原子、氮原子构成的高分子材料，也称氟碳材料，由于含有键距短、键能极大的C-F键，同时氟原子密集地包围着C-C主键，形成一个螺旋结构，保护碳键不被冲击、破坏，故具有较低的表面自由能、优良的耐候性、耐化学腐蚀性、抗氧化及良好的机械性能，从而大大提高了本发明的耐候性、柔韧性、和耐腐蚀性；乙酸乙烯酯能够降低含氟聚合物的结晶度，使其溶解在溶剂中，促进聚合反应的发生；添加的正丁醇含有丰富的羟基，为聚合物的形成提供交联点，使本发明具备较高的交联程度，提高了预制含氟聚合物在有机溶剂中的溶解度，加快反应速度，进而大幅增强了本发明的耐腐蚀性能和柔韧性；而乙二酸的添加，可以利用其含有的羧基与含氟单体共聚，提高本发明的湿润性，进一步提高了预制含氟聚合物在有机溶剂中的溶解度，促进本发明的交联固化，大大提高了本发明的耐候性和柔韧性；偶氮二异庚腈性质稳定，安全性强，作为引发剂使用时，形成一种自由基，有效引发含氟单体与其他物料进行聚合反应，促进预制含氟聚合物有序、稳定地合成；而硫磺和过氧化二异丙苯及助交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯构成的硫化体系能够兼顾三种基料硫化活性差异，大大提高了本发明交联密度，提高了本发明的弹性、耐候性；同时，过氧化二异丙苯和N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺配合，提高本发明的耐磨性能和硬度、抗撕裂性能；硬质陶土、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑的添加，能够作为补强填充剂，与基料分子较好的相容，在硫化过程中与橡胶分子互相交联，形成一种“整体网络效应”，使本发明的耐磨性能、强度增大，同时也扩大了本发明的容积，降低了成本；而氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑构成的阻燃体系，在燃烧时熔融形成泡沫覆盖本发明以隔绝空气，并通过内部吸热反应，迅速降低燃烧温度，氢氧化铝能够在燃烧时脱水结晶吸热，大幅提高氧指数从而使本发明的阻燃效果大大增强，三氧化二锑能够被气化，稀释空气中氧气浓度，进一步提高本发明的阻燃效果，同时，红磷母粒在高温下与氧气发生剧烈反应，从而隔绝了氧气，进一步提高了本发明的阻燃效果；单烷氧基型钛酸酯偶联剂的添加能够扩大上述添加的硬质陶土、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑与橡胶分子的接触面积，提高各原料的相容性能，进一步提高本发明的耐磨性能和强度；防老剂H、防老剂DFC-34配合使用，则大大提高了本发明的防化学性能，延长本发明的使用寿命。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶54份，预制含氟聚合物28份，丁苯橡胶23份，硬质陶土10份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂5份，氢氧化铝5份，红磷母粒7份，三氧化二锑4份，硫磺0.8份，过氧化二异丙苯0.4份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.4份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.4份，防老剂H 2份，防老剂DFC-341.2份；其中，丁苯橡胶中苯乙烯含量为30wt％；溶剂由甲苯、丙酮按体积比1:3混合制成；
预制含氟聚合物的制备过程中，按重量份将45份溶剂、15份乙酸乙烯酯、14份正丁醇、16份乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入35份六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度至73℃，升高高压反应釜及其内容物的压力至500kPa，保温保压22h后，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
本发明还提出的上述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料的制备方法，预热密炼机到75℃，将三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶在密炼机中以220rpm的搅拌速度密炼30min得到橡胶主料，过程中打三角包7次，继续投入硬质陶土、单烷氧基型钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑，以110rpm的搅拌速度密炼20min得到混合物料A；再加入防老剂H、防老剂DFC-34，以82rpm的搅拌速度混炼11min，继续加入硫磺、过氧化二异丙苯、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以110rpm的搅拌速度密炼12min，将温度升至150℃再混炼15min后，降温出料，得到高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料。
实施例2
本发明提出的一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶48份，预制含氟聚合物34份，丁苯橡胶20份，硬质陶土12份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂3份，氢氧化铝8份，红磷母粒6份，三氧化二锑5份，硫磺0.5份，过氧化二异丙苯0.6份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.1份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.5份，防老剂H 1.6份，防老剂DFC-341.5份；其中，丁苯橡胶中苯乙烯含量为26wt％；溶剂由甲苯、丙酮按体积比3:2混合制成；
预制含氟聚合物的制备过程中，按重量份将50份溶剂、12份乙酸乙烯酯、17份正丁醇、13份乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入38份六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度至70℃，升高高压反应釜及其内容物的压力至800kPa，保温保压20h后，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
本发明还提出的上述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料的制备方法，预热密炼机到72℃，将三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶在密炼机中以250rpm的搅拌速度密炼26min得到橡胶主料，过程中打三角包10次，继续投入硬质陶土、单烷氧基型钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑，以100rpm的搅拌速度密炼25min得到混合物料A；再加入防老剂H、防老剂DFC-34，以78rpm的搅拌速度混炼14min，继续加入硫磺、过氧化二异丙苯、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以104rpm的搅拌速度密炼15min，将温度升至145℃再混炼18min后，降温出料，得到高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料。
实施例3
本发明提出的一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶52份，预制含氟聚合物30份，丁苯橡胶22份，硬质陶土10.5份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂4份，氢氧化铝6份，红磷母粒6.7份，三氧化二锑4.2份，硫磺0.7份，过氧化二异丙苯0.45份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.3份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.42份，防老剂H 1.8份，防老剂DFC-341.3份；其中，丁苯橡胶中苯乙烯含量为28wt％；溶剂由甲苯、丙酮按体积比1.5:2.5混合制成；
预制含氟聚合物的制备过程中，按重量份将46份溶剂、14份乙酸乙烯酯、15份正丁醇、15份乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入36份六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度至72℃，升高高压反应釜及其内容物的压力至600kPa，保温保压21h后，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
本发明还提出的上述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料的制备方法，制备过程中，预热密炼机到74℃，将三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶在密炼机中以230rpm的搅拌速度密炼28min得到橡胶主料，过程中打三角包8次，继续投入硬质陶土、单烷氧基型钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑，以108rpm的搅拌速度密炼22min得到混合物料A；再加入防老剂H、防老剂DFC-34，以80rpm的搅拌速度混炼12min，继续加入硫磺、过氧化二异丙苯、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以108rpm的搅拌速度密炼13min，将温度升至148℃再混炼16min后，降温出料，得到高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料。
实施例4
本发明提出的一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶50份，预制含氟聚合物32份，丁苯橡胶21份，硬质陶土11份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂3.5份，氢氧化铝7份，红磷母粒6.2份，三氧化二锑4.5份，硫磺0.6份，过氧化二异丙苯0.5份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.45份，防老剂H 1.7份，防老剂DFC-341.4份；其中，丁苯橡胶中苯乙烯含量为27wt％；溶剂由甲苯、丙酮按体积比2:2.2混合制成；
预制含氟聚合物的制备过程中，按重量份将48份溶剂、13份乙酸乙烯酯、16份正丁醇、14份乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入37份六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度至71℃，升高高压反应釜及其内容物的压力至700kPa，保温保压20.5h后，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
本发明还提出的上述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料的制备方法，预热密炼机到73℃，将三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶在密炼机中以240rpm的搅拌速度密炼27min得到橡胶主料，过程中打三角包9次，继续投入硬质陶土、单烷氧基型钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑，以104rpm的搅拌速度密炼23min得到混合物料A；再加入防老剂H、防老剂DFC-34，以79rpm的搅拌速度混炼13min，继续加入硫磺、过氧化二异丙苯、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以106rpm的搅拌速度密炼14min，将温度升至146℃再混炼17min后，降温出料，得到高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其特征在于，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶48-54份，预制含氟聚合物28-34份，丁苯橡胶20-23份，硬质陶土10-12份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂3-5份，氢氧化铝5-8份，红磷母粒6-7份，三氧化二锑4-5份，硫磺0.5-0.8份，过氧化二异丙苯0.4-0.6份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.1-1.4份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.4-1.5份，防老剂H 1.6-2份，防老剂DFC-34 1.2-1.5份；
预制含氟聚合物的制备过程中，将溶剂、乙酸乙烯酯、正丁醇、乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度和压力，保温保压，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
2.根据权利要求1所述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其特征在于，三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶的重量比为50-52：30-32：21-22。
3.根据权利要求1或2所述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其特征在于，丁苯橡胶中苯乙烯含量为26-30wt％。
4.根据权利要求1-3任一项所述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其特征在于，溶剂由甲苯、丙酮按体积比1-3:2-3混合制成。
5.根据权利要求1-4任一项所述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其特征在于，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶50-52份，预制含氟聚合物30-32份，丁苯橡胶21-22份，硬质陶土10.5-11份，单烷氧基型钛酸酯偶联剂3.5-4份，氢氧化铝6-7份，红磷母粒6.2-6.7份，三氧化二锑4.2-4.5份，硫磺0.6-0.7份，过氧化二异丙苯0.45-0.5份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2-1.3份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1.42-1.45份，防老剂H1.7-1.8份，防老剂DFC-34 1.3-1.4份。
6.根据权利要求1-5任一项所述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其特征在于，预制含氟聚合物的制备过程中，按重量份将45-50份溶剂、12-15份乙酸乙烯酯、14-17份正丁醇、13-16份乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入35-38份六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度至70-73℃，升高高压反应釜及其内容物的压力至500-800kPa，保温保压20-22h后，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
7.根据权利要求1-6任一项所述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料，其特征在于，预制含氟聚合物的制备过程中，按重量份将46-48份溶剂、13-14份乙酸乙烯酯、15-16份正丁醇、14-15份乙二酸和引发剂偶氮二异庚氰加入高压反应釜中，搅拌均匀后再加入36-37份六氟丙烯，升高高压反应釜及其内容物的温度至71-72℃，升高高压反应釜及其内容物的压力至600-700kPa，保温保压20.5-21h后，降压至常压，冷却后得到预制含氟聚合物。
8.一种如权利要求1-7任一项所述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料的制备方法，其特征在于，预热密炼机到72-75℃，将三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶在密炼机中以220-250rpm的搅拌速度密炼26-30min得到橡胶主料，过程中打三角包7-10次，继续投入硬质陶土、单烷氧基型钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑，以100-110rpm的搅拌速度密炼20-25min得到混合物料A；再加入防老剂H、防老剂DFC-34，以78-82rpm的搅拌速度混炼11-14min，继续加入硫磺、过氧化二异丙苯、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以104-110rpm的搅拌速度密炼12-15min，将温度升至145-150℃再混炼15-18min后，降温出料，得到高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料。
9.根据权利要求8所述高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料的制备方法，其特征在于，预热密炼机到73-74℃，将三元乙丙橡胶、预制含氟聚合物、丁苯橡胶在密炼机中以230-240rpm的搅拌速度密炼27-28min得到橡胶主料，过程中打三角包8-9次，继续投入硬质陶土、单烷氧基型钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、红磷母粒、三氧化二锑，以104-108rpm的搅拌速度密炼22-23min得到混合物料A；再加入防老剂H、防老剂DFC-34，以79-80rpm的搅拌速度混炼12-13min，继续加入硫磺、过氧化二异丙苯、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以106-108rpm的搅拌速度密炼13-14min，将温度升至146-148℃再混炼16-17min后，降温出料，得到高弹性高强度耐候阻燃三元乙丙电缆料。3 -->
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