CN104761838A - 一种氯化聚乙烯橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氯化聚乙烯橡胶及其制备方法，其用于制备电线电缆的护套层；氯化聚乙烯橡胶的原料配比按以下百分比计算：氯化聚乙烯25～45%，氯磺化聚乙烯5～15%，补强剂10～30%，增塑剂5～15%，阻燃剂5～10%，防老剂0.5～1%，纳米蒙脱土5～10%，敏化剂0.5～2%，活性剂1～5%，偶联剂0.1～0.5%。制备方法包括：1）.按配比将原料在密炼机中进行混炼；2）.得到的半成品胶料在开炼机上进行二次混炼；3）.得到的成品胶料经三辊压延机压出成胶片；4）.将胶片经挤出机包覆于电线电缆的芯体上；5）.将半成品电线电缆经电子加速器进行辐照交联处理。它具备良好阻燃和耐磨性能、同时又兼顾优异抗张强度和抗撕裂强度。

Description

一种氯化聚乙烯橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及氯化聚乙烯橡胶，具体是一种生产电线电缆用的氯化聚乙烯橡胶及其制备方法。
背景技术
矿用电缆作为煤矿环境用的特种电缆，其需要承受煤矿环境的各种恶劣工况。通常而言，矿用电缆需要具备良好的绝缘性和阻燃性，除此之外，由于煤矿环境的作业特性，需要矿用电缆的护套层具有优良的物理机械性能，尤其是抗张强度和抗撕裂强度。
然而，由于现有氯化聚乙烯橡胶的配比侧重于阻燃、耐磨等性能，往往忽略了其物理机械性能，例如中国专利文献公开的“一种阻燃耐热耐磨辐照交联氯化聚乙烯橡胶及其制备方法”(公开号：CN 102702629，公开日：2012年10月3日)等。现有的氯化聚乙烯橡胶所制成的矿用电缆的护套层存在抗张强度和抗撕裂强度低的问题，(一般的，目前通用的矿用电缆的护套层的机械性能如下：抗张强度＞11MPa、抗撕裂强度＞5N/mm)，在工况复杂的煤矿采掘环境中应用，容易发生护套层破损等危险，进而导致电缆缆芯的断裂。使用中存在较大的安全隐患，不够可靠、不耐用。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种既具备良好阻燃和耐磨性能，又能兼顾优异物理机械性能(尤其是高抗张强度和高抗撕裂强度)的氯化聚乙烯橡胶，以及该橡胶的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种氯化聚乙烯橡胶，用于制备电线电缆的护套层，所述氯化聚乙烯橡胶的原料配比按以下百分比计算：
作为优选方案，所述氯化聚乙烯在100℃条件下的门尼粘度为70～120；所述氯磺化聚乙烯在100℃条件下的门尼粘度为45～70。
作为优选方案，所述纳米蒙脱土为钙基蒙脱土、钠基蒙脱土、钠-钙基蒙脱土、镁基蒙脱土中的至少一种；所述蒙脱土的平均晶片厚度＜25nm、且所述蒙脱土中的蒙脱石含量＞95％。
进一步的，所述补强剂为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、快压出炭黑、高耐磨炉黑、半补强炭黑、通用炉黑中的至少一种。
进一步的，所述增塑剂为氯化石蜡油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯中的至少一种。
进一步的，所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、硼酸锌、硅系复合阻燃剂中的至少一种。
进一步的，所述防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉聚合物、2-巯基苯并咪唑和四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
进一步的，所述敏化剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、高分子量聚丁二烯中的至少一种。
进一步的，所述活性剂为普通氧化镁、活性氧化镁、轻质氧化镁中的至少一种。
一种上述氯化聚乙烯橡胶制备方法，包括下列顺序步骤：
1).按配比量将原料放入密炼机中进行混合密炼，得半成品胶料；
2).当密炼机中的混合密炼温度为100～110℃时，将密炼机内的半成品胶料卸至开炼机上，进行二次混炼，得成品胶料；
3).将成品胶料放入三辊压延机，通过三辊压延机压出成厚薄均匀的胶片；
4).将胶片送入电线电缆的护套层挤出机上，胶片经挤出机包覆于电线电缆的芯体上，得半成品电线电缆；
5).半成品电线电缆经电子加速器进行辐照交联处理，得成品电线电缆。
本发明的有益效果是：
本发明配方以高分子量的氯化聚乙烯为基料，辅以相互协同、配伍的辅料形成具备良好阻燃和耐磨性能、同时又兼顾优异物理机械性能(尤其是高抗张强度和高抗撕裂强度)的氯化聚乙烯橡胶。在该配方中，抗撕裂强度的提高主要以氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯和纳米蒙脱土与在高温下熔融混炼时形成插层级结合，增加分子间的结合力。抗张强度的提高主要以补强剂辅之。此外，本发明制备方法为将混炼均匀的胶片挤出包覆于电线电缆的芯体上，并经电子加速器进行辐照交联处理，从而使混合料中的橡胶分子与纳米蒙脱土形成网络交联结构，进一步有效提升了电线电缆护套层的抗张强度和抗撕裂强度，使其物理机械性能更加优异。经反复检测试验，本发明应用于电线电缆护套层时，其物理机械性能主要如下：抗张强度＞18MPa、抗撕裂强度＞10N/mm、氧指数>38、断裂伸长率＞300％。机械性能相比传统方法提升明显，能可靠地满足工况复杂的煤矿采掘环境，实用性强。
具体实施方式
本发明为氯化聚乙烯橡胶，其用于制备电线电缆的护套层。现以列表形式举出6个实施例，每个实施例中的氯化聚乙烯橡胶原料配比按百分比计算，具体如表1所示。
表1本发明实施例1至6的具体组分原料配比数据
其中，上述各实施例中的氯化聚乙烯为高分子量的氯化聚乙烯，其在100℃的温度条件下，门尼粘度为70～120。氯磺化聚乙烯为中等分子量的氯磺化聚乙烯，其在100℃的温度条件下，门尼粘度为45～70。
此外，上述各实施例中的纳米蒙脱土为钙基蒙脱土、钠基蒙脱土、钠-钙基蒙脱土、镁基蒙脱土中的至少一种，也就是说，前述各种蒙脱土可以是单一选择的，也可以是混合在一起的。但是，无论哪种选择方式，要求蒙脱土的平均晶片厚度＜25nm，且蒙脱土中的蒙脱石含量＞95％。
上述各实施例中的补强剂为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、快压出炭黑、高耐磨炉黑、半补强炭黑、通用炉黑中的至少一种。增塑剂为氯化石蜡油、邻苯甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯中的至少一种。所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、硼酸锌、硅系复合阻燃剂中的至少一种。防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉聚合物、2-巯基苯并咪唑和四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。敏化剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、高分子量聚丁二烯中的至少一种。活性剂为普通氧化镁、活性氧化镁、轻质氧化镁中的至少一种。可见，上述组分原料可以是单选其具体组分原料的一种，也可以是其具体组分原料的多种混合。
上述氯化聚乙烯橡胶的制备方法包括下列顺序步骤：
1).按配方要求在辅机中输入配方，上辅机系统自取称取原料，这些原料进入密炼机中，启动密炼机，投下的所有大料和小料在密炼机中进行混合密炼，得半成品胶料；
2).当密炼机中的混合密炼温度为100～110℃时(例如100℃、105℃或110℃)，将密炼机内的半成品胶料卸至开炼机上，进行二次混炼，取得均匀的混炼效果，得成品胶料；
3).将成品胶料放入三辊压延机，通过三辊压延机压出成厚薄均匀的胶片；
4).将胶片送入电线电缆的护套层挤出机上，胶片经挤出机包覆于电线电缆的芯体上，得半成品电线电缆；
5).半成品电线电缆经电子加速器进行辐照交联处理，得成品电线电缆。
为了进一步阐释本发明的优异性能，现以传统氯化聚乙烯橡胶配方和蒸汽硫化制备方法技术进行对比评析。
传统蒸汽硫化氯化聚乙烯橡胶的原料配比按以下百分比计算：氯化聚乙烯40％、炭黑20％、滑石粉13％、氢氧化镁10％、邻苯甲酸二辛酯7％，活性氧化镁3.5％、硬脂酸钙1％、防老剂RD0.3％、三氧化二锑2％、石蜡0.5％、助硫化剂TAIC1.5％、硫化剂DCP1.2％。
其制备方法包括下列顺序步骤：
1).将原料依次加入到密炼机中进行混炼均匀，经开炼机压片成型，得胶料；
2).将胶料切条，经挤出机挤出成型，再经蒸汽硫化管进行硫化反应。
上述传统技术制得的氯化聚乙烯橡胶与本发明实施例1制得的氯化聚乙烯橡胶进行了性能测试。具体的，测试标准为：GB/T 2951-2008，热老化条件为100℃×168h，测试结果如表2所示。
表2上述传统技术和本发明实施例1分别制得的产品性能测试结果
试验项目 单位 对比例 实施例1
原始抗张强度 N/mm2 12.8 19.3
原始断裂伸长率 ％ 543 526
抗撕裂强度 N/mm 6.3 11.6
老化后抗张强度变化率 ％ -18 -7
老化后断裂伸长率变化率 ％ -15 -9
热延伸载荷下的伸长率 ％ 7 5
热延伸冷却后的伸长率 ％ 1.7 1
浸矿物油后抗张强度最大变化率 ％ -22 -6
浸矿物油后断裂伸长率最大变化率 ％ -14 -8.5
氧指数 ％ 38 41
由表2可知：本发明制得产品的抗张强度＞18MPa、抗撕裂强度＞10N/mm、氧指数＞38，故本发明制得产品显著的具有高抗张强度和高抗撕裂强度的优异物理机械性能。

Claims (10)

1. 一种氯化聚乙烯橡胶，用于制备电线电缆的护套层，其特征在于，所述氯化聚乙烯橡胶的原料配比按以下百分比计算：
氯化聚乙烯                25～45%，
氯磺化聚乙烯              5～15%，
纳米蒙脱土                5～10%，
补强剂                    10～30%，
增塑剂                    5～15%，
阻燃剂                    5～10%，
防老剂                    0.5～1%，
敏化剂                    0.5～2%，
活性剂                    1～5%，
偶联剂                    0.1～0.5%。
2. 根据权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶，其特征在于：所述氯化聚乙烯在100℃条件下的门尼粘度为70～120；所述氯磺化聚乙烯在100℃条件下的门尼粘度为45～70。
3. 根据权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶，其特征在于：所述纳米蒙脱土为钙基蒙脱土、钠基蒙脱土、钠-钙基蒙脱土、镁基蒙脱土中的至少一种；所述蒙脱土的平均晶片厚度＜25nm、且所述蒙脱土中的蒙脱石含量＞95%。
4. 根据权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶，其特征在于：所述补强剂为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、快压出炭黑、高耐磨炉黑、半补强炭黑、通用炉黑中的至少一种。
5. 根据权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶，其特征在于：所述增塑剂为氯化石蜡油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶，其特征在于：所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、硼酸锌、硅系复合阻燃剂中的至少一种。
7. 根据权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶，其特征在于：所述防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉聚合物、2-巯基苯并咪唑和四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶，其特征在于：所述敏化剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、高分子量聚丁二烯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶，其特征在于：所述活性剂为普通氧化镁、活性氧化镁、轻质氧化镁中的至少一种。
10. 一种权利要求1所述氯化聚乙烯橡胶制备方法，包括下列顺序步骤：
1）.按配比量将原料放入密炼机中进行混合密炼，得半成品胶料；
2）.当密炼机中的混合密炼温度为100～110℃时，将密炼机内的半成品胶料卸至开炼机上，进行二次混炼，得成品胶料；
3）. 将成品胶料放入三辊压延机，通过三辊压延机压出成厚薄均匀的胶片；
4）.将胶片送入电线电缆的护套层挤出机上，胶片经挤出机包覆于电线电缆的芯体上，得半成品电线电缆；
5）.半成品电线电缆经电子加速器进行辐照交联处理，得成品电线电缆。
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