CN105218953A - 一种乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乙丙橡胶电缆用半导电绝缘屏蔽材料，其特征在于，制成有效成分所涉及的原料及重量份配比为：乙丙橡胶、50-70份，氯化聚乙烯橡胶、30-50份，电缆粉、30-50份，乙炔炭黑、40-60份，高耐磨炭黑、20-40份，氧化镁、6-12份，石蜡、2-5份，防老剂、3-8份，邻苯二甲酸二辛脂、6-15份，硬脂酸、3-6份，硫化剂、5-10份。用于制备的导体半导电屏蔽层，20℃时的体积电阻率为50-90Ω·cm，抗张强度大于8.5MPa，断裂伸长率大于310%，具有较好的耐热氧老化、耐臭氧老化、耐酸碱、耐化学药品性能、耐油性能优异，机械性能、电气性能符合国家标准要求，且成本低廉等特点。

Description

一种乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料

技术领域

本发明涉及一种电缆屏蔽材料，属于化工技术领域，具体的说是一种乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料。

背景技术

目前，在中高压矿用电缆生产过程中，由于电缆导体由多根导线绞合而成，在绞合过程中不可避免在导体表面存在尖端、凸起，且会与绝缘层之间形成气隙，形成尖端、凸起位置的电场强度非常高，高的电场强度必然会导致尖端、凸起向绝缘中注入空间电荷，在长期运行过程中容易引发尖端放电，进而在绝缘中形成电树，最终导致电缆绝缘层击穿。为了缓和电缆内部的电场集中，与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，改善导体和绝缘层接触面的电场应力分布，避免在导体与绝缘层之间发生局部放电，提高电缆的电气强度，势必在电缆导体和绝缘层之间加一层半导电屏蔽层。半导电屏蔽层在任何情况下都应具有体积电阻率低且随温度变化较小、成本低、挤出加工性能好、与绝缘层牢固粘结、相容性好、硫化速度和绝缘材料相当的电气性能、机械性能。

目前，中高压矿用电缆的绝缘层均为乙丙橡胶，由于乙丙橡胶是非极性橡胶，根据材料的相似相容原理，半导电屏蔽层应选用非极性或极性小的橡胶作为半导电屏蔽层的主体材料，而且其长期工作温度应与乙丙绝缘橡胶的长期工作温度一致。现有的半导电屏蔽层材料主要是极性的氯丁橡胶、氯化聚乙烯橡胶分别与电石墨、乙炔炭黑等制作而成，氯丁橡胶制作的半导电屏蔽层机械性能能够符合要求、耐油性能好，但耐热氧老化、耐臭氧老化性能差、电气性能差、成本高，氯化聚乙烯橡胶制作的半导电屏蔽层机械性能能够符合要求、耐油性能较好、成本较低，但耐热氧老化、耐臭氧老化性能差、耐酸碱性能差、耐化学药品性能差、电气性能差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有较好的耐热氧老化、耐臭氧老化、耐酸碱、耐化学药品性能、耐油性能优异，机械性能、电气性能符合国家标准要求，且成本低廉的乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料。

本发明的技术方案是：该乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料有效成分所涉及的原料及重量份配比为：三元乙丙橡胶、50-70份，氯化聚乙烯橡胶、30-50份，电缆粉、30-50份，乙炔炭黑、40-60份，高耐磨炭黑、20-40份，氧化镁、6-12份，石蜡、2-5份，防老剂、3-8份，邻苯二甲酸二辛脂、6-15份，硬脂酸、3-6份，硫化剂、5-10份。

将所取的三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯橡胶混合后，进入密炼机塑炼，塑炼4-5分钟，加入氧化镁、防老剂、硬脂酸、石蜡进行混合，然后加入电缆粉、乙炔炭黑、高耐磨炭黑进行混合，再加入邻苯二甲酸二辛脂（在填充剂、补强剂吃料后加入）进行混合，最后加入硫化剂混合，进入开炼机薄通下片形成乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料。

在上述乙丙橡胶电缆用半导电导体屏蔽材料配方所涉及的有效成分中：

三元乙丙橡胶乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其抗热，光，氧气，耐臭氧、耐候等耐老化性能优异，三元乙丙本质上是无极性的，对极性溶液和化学物具有抗性，吸水率低。

三元乙丙橡胶的主要聚合物链是完全饱和的，使得乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、电性能、充油性及常温流动性，与其他橡胶相比，具有低的比重，能吸收大量的填料和油，而影响特性不大，可以制作成本低廉的橡胶化合物。

氯化聚乙烯橡胶是一种饱和性橡胶，具有优异的耐热氧老化、耐臭氧老化、耐酸碱、耐化学药品性能，其耐油性能优异，与丁腈橡胶相当；其含有氯元素，具有极佳的阻燃性能，无毒，不含重金属，符合环保要求；其具有高填充性能，加工性能好。

电缆粉采用优质滑石块加工而成，能增加产品的稳定性，增加张力强度，剪切强度，绕曲强度等，具有白度高、粒度均匀分散性强等特点，做为粉剂撒在橡胶制品和电缆中，可防止粘结。

乙炔炭黑是由碳化钙法或石脑油（粗汽油）热解时副产气分解精制得到的纯度99%以上的乙炔,经连续热解后得到的炭黑，用作抗静电剂，也用作导电性填料，具有较低的电阻率，具有优良的导电性、导热性和抗静电效果。

氧化镁在该配方中作为无机促进剂作用，能改善胶料的焦烧性能，有助于混炼胶的存放，且有助于提高硫化胶的抗张强度、定伸强度和硬度。作为无机促进剂时加入少量，能明显缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量，同时还能改善橡皮的物理机械性能。作为活性剂时须与硬脂酸配合使用，因为金属氧化物在脂肪酸存在时才能使促进剂活化，才能使促进剂充分发挥促进作用，对硫化反应有很强的活化作用。其中硬脂酸作为有机促进剂在橡料中起活性剂和增塑剂作用，还能使其它粉料在橡胶中均匀分撒，当橡胶粘辊时又起到防粘作用。

防老剂的作用是防止和延缓橡皮老化，延长使用寿命。防老剂的作用机理可分为游离基抑制剂和过氧化物分解剂两类。游离基抑制剂因其分子中存在着容易脱出的活泼氢原子，当橡胶氧化时，这些氢原子抢先与橡胶分子链上的活性游离基结合，进行链终止反应从而延缓氧化过程，而脱出氢后的防老剂游离基又与另一个橡胶游离基作用生成稳定产物。

邻苯二甲酸二辛脂的作用可增加橡胶的塑性、柔韧性、断裂伸长率，改善橡胶的成型加工特性、冲击性能、低温柔曲性，可降低橡胶的表面硬度。

高耐磨炭黑由油炉法生产，粒径为26～30nm。比表面积80～110m2/g。氧含量O.5%～1.0%。氢含量O.27%～O.34%，吸碘值82g/kg，DBP吸收值102cm3/100g，是一种补强性赋予胶料较好的强能、耐磨性和弹性。

石蜡为颗粒状白色固体，化学稳定性好，含油量适中，具有良好的防潮和绝缘性能，可塑性好。

硬脂酸即十八烷酸，分子式C18H36O2，有助于防止加工过程中的"焦化"现象，用作硫化活性剂，也可用作增塑剂和软化剂。

硫化剂能使橡胶分子链起交联反应，使线形分子形成立体网状结构，可塑性降低，弹性强度增加的物质。能防止硫化返原，改善耐热性，降低生热，耐老化，提高橡胶与帘子线粘合力和硫化胶模量。

在配方中的作用：三元乙丙橡胶主要聚合物链是完全饱和的，使得乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、电性能、充油性及常温流动性，与其他橡胶相比，具有低的比重，能吸收大量的填料和油，而影响特性不大，可以制作成本低廉的橡胶化合物。氯化聚乙烯橡胶是一种饱和性橡胶，具有优异的耐热氧老化、耐臭氧老化、耐酸碱、耐化学药品性能，其耐油性能优异，与丁腈橡胶相当；其含有氯元素，具有极佳的阻燃性能，无毒，不含重金属，符合环保要求；其具有高填充性能，加工性能好。电缆粉能增加产品的稳定性，增加张力强度，剪切强度，绕曲强度等，具有白度高、粒度均匀分散性强等特点，做为粉剂撒在橡胶制品和电缆中，可防止粘结。乙炔炭黑用作抗静电剂，也用作导电性填料，具有较低的电阻率，具有优良的导电性、导热性和抗静电效果。氧化镁在该配方中作为无机促进剂作用，能改善胶料的焦烧性能，有助于混炼胶的存放，且有助于提高硫化胶的抗张强度、定伸强度和硬度。作为无机促进剂时加入少量，能明显缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量，同时还能改善橡皮的物理机械性能。作为活性剂时须与硬脂酸配合使用，因为金属氧化物在脂肪酸存在时才能使促进剂活化，才能使促进剂充分发挥促进作用，对硫化反应有很强的活化作用。其中硬脂酸作为有机促进剂在橡料中起活性剂和增塑剂作用，还能使其它粉料在橡胶中均匀分撒，当橡胶粘辊时又起到防粘作用。防老剂的作用是防止和延缓橡皮老化，延长使用寿命。防老剂的作用机理可分为游离基抑制剂和过氧化物分解剂两类。游离基抑制剂因其分子中存在着容易脱出的活泼氢原子，当橡胶氧化时，这些氢原子抢先与橡胶分子链上的活性游离基结合，进行链终止反应从而延缓氧化过程，而脱出氢后的防老剂游离基又与另一个橡胶游离基作用生成稳定产物。邻苯二甲酸二辛脂的作用可增加橡胶的塑性、柔韧性、断裂伸长率，改善橡胶的成型加工特性、冲击性能、低温柔曲性，可降低橡胶的表面硬度。高耐磨炭黑是一种补强性赋予胶料较好的强能、耐磨性和弹性。石蜡具有良好的防潮和绝缘性能，可塑性好。硬脂酸有助于防止加工过程中的"焦化"现象，用作硫化活性剂，也可用作增塑剂和软化剂。硫化剂能使橡胶分子链起交联反应，使线形分子形成立体网状结构，可塑性降低，弹性强度增加的物质。能防止硫化返原，改善耐热性，降低生热，耐老化，提高橡胶与帘子线粘合力和硫化胶模量。

本发明的有益效果在于：根据材料的相似相容原理，应选用非极性或极性小的橡胶作为导体半导电屏蔽的主体材料，三元乙丙橡胶是非极性橡胶，可作为导体半导电导体屏蔽材料的基料，且价格低廉，有利于降低成本；氯化聚乙烯橡胶是极性橡胶，具有优异的耐热氧老化、耐臭氧老化、耐酸碱、耐化学药品性能、耐油性能优异，具有极佳的阻燃性能，填充性能、加工性能好。结合三元乙丙橡胶和氯化聚乙烯橡胶两种材料性能特点，采用乙丙橡胶和氯化聚乙烯橡胶两种材料作为适用于做半导电导体屏蔽材料，可显著降低半导电导体屏蔽材料成本。经过合理调整三元乙丙橡胶和氯化聚乙烯橡胶的配比，确定适宜配比，其具有与绝缘层牢固粘结性、柔软性、屏蔽性能及很好的耐臭氧性能、较高的抗压缩永久变形性能。

按国家标准规定进行性能测试，20℃时的体积电阻率为50-90Ω·cm，抗张强度大于8.5MPa，断裂伸长率大于310%，可用于制备乙丙橡胶电缆用半导电导体屏蔽层。完全符合中高压矿用电缆的国家标准要求，即：20℃时的体积电阻率不大于100Ω·cm，拉伸强度不小于6.0MPa，断裂伸长率不小于180%。因此，该乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料具有较好的耐热氧老化、耐臭氧老化、耐酸碱、耐化学药品性能、耐油性能优异，机械性能、电气性能符合国家标准要求，且成本低廉等特点。

作为本发明的改进，所述的三元乙丙橡胶为TER4044，具有优异的耐老化性、耐腐蚀性、耐水蒸气、耐过热水、优良电性能和弹性优异的耐臭氧性能。

作为本发明的改进，所述的氯化聚乙烯橡胶为CPE4211P，具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能，具有良好的耐油性、阻燃性及着色性能。韧性良好（在-30℃仍有柔韧性），与其它高分子材料具有良好的相容性，分解温度较高。

作为本发明的改进，所述高耐磨炭黑为N330，与乙炔炭黑并用后存在一定协同效应，结构和粒径不同的炭黑在混合时会改善各自的分散性和相互接触面积，从而改善添加单一品种炭黑时的导电性，由两者填充的橡胶具有优越的导电性能、分散性好，加入适量份数时，硫化胶过渡电阻不大于1.0KΩ。

作为本发明的改进，所述的防老剂为防老剂RD，防老剂RD是2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体，对热、氧老化防护作用极佳，对有害金属有较强的抑制作用，本品分子量高，保持时间较长，适宜在高温环境；在橡胶中相容性好，不宜喷出，与其它防老剂试验对比其防老效果要好于其它类防老剂。

具体实施方式

实施例1：按该乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料配方的有效成分所涉及的原料及重量份配比，取三元乙丙橡胶、70份，氯化聚乙烯橡胶、30份，电缆粉、35份，氧化镁、7份，乙炔炭黑、40份，高耐磨炭黑、20份，石蜡、3.0份，防老剂、5份，邻苯二甲酸二辛脂、8份，硬脂酸、4份，硫化剂、6份。将所取的三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯橡胶混合后，进入密炼机塑炼，塑炼4-5分钟，加入氧化镁、防老剂、硬脂酸、石蜡进行混合，然后加入电缆粉、乙炔炭黑、高耐磨炭黑进行混合，再加入邻苯二甲酸二辛脂（在填充剂、补强剂吃料后加入）进行混合，最后加入硫化剂混合，进入开炼机薄通下片形成乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料。

实施例2：按该乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料配方的有效成分所涉及的原料及重量份配比，取三元乙丙橡胶TER4044、60份，氯化聚乙烯橡胶CPE4211P、40份，电缆粉、40份，氧化镁、8份，乙炔炭黑、45份，高耐磨炭黑、30份，石蜡、4.0份，防老剂、6份，邻苯二甲酸二辛脂、9份，硬脂酸、5份，硫化剂、7份。将所取的三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯橡胶混合后，进入密炼机塑炼，塑炼4-5分钟，加入氧化镁、防老剂、硬脂酸、石蜡进行混合，然后加入电缆粉、乙炔炭黑、高耐磨炭黑进行混合，再加入邻苯二甲酸二辛脂（在填充剂、补强剂吃料后加入）进行混合，最后加入硫化剂混合，进入开炼机薄通下片形成乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料。

实施例3：按该乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料配方的有效成分所涉及的原料及重量份配比，取三元乙丙橡胶、50份，氯化聚乙烯橡胶、50份，电缆粉、45份，氧化镁、7份，乙炔炭黑、50份，高耐磨炭黑N330、20份，石蜡、4.5份，防老剂RD、7份，邻苯二甲酸二辛脂、9份，硬脂酸、5.5份，硫化剂、8份。将所取的三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯橡胶混合后，进入密炼机塑炼，塑炼4-5分钟，加入氧化镁、防老剂、硬脂酸、石蜡进行混合，然后加入电缆粉、乙炔炭黑、高耐磨炭黑进行混合，再加入邻苯二甲酸二辛脂（在填充剂、补强剂吃料后加入）进行混合，最后加入硫化剂混合，进入开炼机薄通下片形成乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的配方变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料，其特征在于，制成有效成分所涉及的原料及重量份配比为：乙丙橡胶、50-70份，氯化聚乙烯橡胶、30-50份，电缆粉、30-50份，乙炔炭黑、40-60份，高耐磨炭黑、20-40份，氧化镁、6-12份，石蜡、2-5份，防老剂、3-8份，邻苯二甲酸二辛脂、6-15份，硬脂酸、3-6份，硫化剂、5-10份。

2.根据权利要求1所述的乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料，其特征在于：所述的三元乙丙橡胶为TER4044。

3.根据权利要求1或2所述的乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料，其特征在于：所述的氯化聚乙烯橡胶为CPE4211P。

4.根据权利要求1或2所述的乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料，其特征在于：所述的高耐磨炭黑为N330。

5.根据权利要求3所述的乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料，其特征在于：所述的高耐磨炭黑为N330。

6.根据权利要求1、2、5所述的任何一种乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料，其特征在于：所述的防老剂为防老剂RD。

7.根据权利要求3所述的乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料，其特征在于：所述的防老剂为防老剂RD。

8.根据权利要求4所述的乙丙橡胶电缆用导体半导电屏蔽材料，其特征在于：所述的防老剂为防老剂RD。