CN105315562A - 一种煤矿电缆用复合绝缘材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿电缆用复合绝缘材料，其特征在于，制成有效成分所涉及的原料及重量份配比为：三元乙丙橡胶40-60份，聚烯烃弹性体60-40份，煅烧高岭土60-90份，氧化锌5-10份，偶联剂A-172？1-3份，石蜡2-4份，防老剂3-10份，石蜡油6-12份，聚乙烯蜡0.5-1份，硬脂酸0.5-1份，硫化剂2-10份。该煤矿电缆用复合绝缘材料具有较好的耐臭氧老化、耐热氧老化等性能，且弹性好、永久变形减小、拉伸强度高、压延加工性能好、成本低等特点。

Description

一种煤矿电缆用复合绝缘材料

技术领域

本发明涉及一种电缆绝缘材料，属于化工技术领域，具体的说是一种煤矿电缆用复合绝缘材料。

背景技术

目前，国内煤矿电缆用绝缘材料均为由三元乙丙橡胶或聚烯烃弹性体(POE)作为单一主体材料制作而成。三元乙丙橡胶作为煤矿电缆绝缘的主体材料，其性能特点：(1)性价比高，生胶密度只有0.86～0.90kg/m³，是生胶密度最轻的常用橡胶；且可大量填充以降低胶料成本。(2)优异的耐老化特性，耐天候、耐臭氧、耐日光、耐热氧、耐水、耐水蒸气、耐紫外线、耐辐射等老化性能。(3)优异的耐化学药品特性，耐酸、碱、洗涤剂、动植物油、醇、酮等；杰出的耐水、耐过热水、耐水蒸气性能；耐极性油性能。(4)优良的绝缘性能，体积电阻率10¹⁶Ω·cm、击穿电压30～40MV/m、介电常数(1kHz，20℃)2.27。(5)适用温度范围广，最低使用温度-40～-60℃，可长期在-60℃～135℃条件下使用。虽然三元乙丙橡胶作为绝缘材料性能优异，但由于三元乙丙橡胶价格高，单独以其作为电缆绝缘的主体材料，产品成本比较高，且机械性能较差，拉伸强度低，永久变形较大，挤出工艺性能差。聚烯烃弹性体(POE)是以茂金属为催化剂的具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布的热塑性弹性体。POE分子结构与三元乙丙橡胶(EPDM)相似，因此POE也具有耐热氧老化、耐臭氧老化、耐化学介质等优异性能。通过对POE进行交联，材料的耐热温度被提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。聚合物的微观结构决定其宏观性能，一方面它有很窄的相对分子质量分布和短支链，因而具有优异的物理机械性能（高弹性、高强度、高伸长率）和良好的低温性能；又由于其分子链是饱和的，所含叔碳原子相对较少，因而具有优异的耐热老化和抗紫外线性能；窄的相对分子质量分布使材料在注射和挤出过程中不易产生挠曲。另一方面，可以控制在聚合物线型短支链支化结构中引入长支链，从而改善聚合物的加工流变性能，还可以提高材料的透明度。因此，也可以作为绝缘材料的主体材料，单独使用聚烯烃弹性体(POE)作为绝缘材料的主体材料，其产品电气性能较差，体积电阻率低，耐压性能差，弹性差，耐热氧老化、耐臭氧老化性能与三元乙丙橡胶相比有一定差距。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，研究开发一种具有较好的耐臭氧老化、耐热氧老化等性能，且弹性好、永久变形减小、拉伸强度高、压延加工性能好、成本低的煤矿电缆用复合绝缘材料。

本发明的技术方案是：该煤矿电缆用复合绝缘材料，其特征在于，制成有效成分所涉及的原料及重量份配比为：三元乙丙橡胶、40-60份，聚烯烃弹性体、60-40份，煅烧高岭土、60-90份，氧化锌、5-10份，偶联剂A-172、、1-3份，石蜡、2-4份，防老剂、3-10份，石蜡油、6-12份，聚乙烯蜡、0.5-1份，硬脂酸、0.5-1份，硫化剂、2-10份。

将所取的三元乙丙橡胶、聚烯烃弹性体混合后，进入密炼机塑炼，塑炼2-3分钟，加入氧化锌、防老剂、偶联剂、石蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡进行混合，然后加入煅烧高岭土进行混合，再加入石蜡油（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煤矿电缆用复合绝缘材料。

在上述煤矿电缆用复合绝缘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，具有良好的绝缘特性。

聚烯烃弹性体分子结构与三元乙丙橡胶(EPDM)相似，具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，通过对聚烯烃弹性进行交联，材料的耐热温度被提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。

煅烧高岭土是一种无机非金属的混合物，是将高岭土在煅烧炉中烧结到一定的温度和时间，使其的物理化学性能产生一定的变化，其结合水含量减少，二氧化硅和三氧化铝含量均增大，活性点增加，结构发生变化，粒径较小且均匀，填充胶料的拉伸强度提高。

氧化锌为白色粉末或六角晶系结晶体，无嗅无味，无砂性，受热变为黄色，用作橡胶或电缆的补强剂，以使橡胶具有良好的耐腐蚀性，抗撕裂性和弹性。也用作橡胶的硫化活化剂，白色橡胶的着色剂和填料。

防老剂俗称2，2，4-三甲基-1，外观为琥珀色至棕色片状，以苯胺和丙酮为原料，甲苯为脱水剂，盐酸为催化剂，于温度130-140℃下缩聚，经中和水洗、常压蒸馏、减压蒸馏、切片、即得成品。具有防止或抑制诸如氧、热、光、臭氧、机械应力、重金属离子等因素破坏制品性能、延长制品储存和使用寿命的配合剂。

硅烷偶联剂A-172是乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，具有双功能分子，即可和无机填料反应，也可和有机高分子反应，可提高其机械性能，与无机填料结合，使填料表面疏水化，可提高填料和聚合物的相容性，从而使分散性更好，熔融粘度降低，填充橡胶的加工更容易。

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。

聚乙烯蜡分子量为1500-25000的低分子量聚乙烯或部分氧化的低分子量聚乙烯，其呈颗粒状、白色粉末、块状以及乳白色蜡状。具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性，增加产品的光泽和加工性能。

石蜡油是一种矿物油，是从原油分馏中所得到的无色无味的混合物。石蜡油的特性芳烃含量低，可减少硫化剂的消耗，从而降低成本。石蜡油的低芳香烃含量和低挥发性相配合在三元乙丙橡胶中提高了橡胶的抗氧化降解性能、低挥发性有助于防止老化收缩，并且有利于改善制品的不良外观（如粗糙、有气泡），这两种特性有利于延长橡胶制品的使用寿命。

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：由于煤矿电缆用绝缘材料要求其在任何情况下都具有绝缘性能好、强度高、弹性好等特点，再获得其作为绝缘材料优异性能情况下，为降低材料成本，结合三元乙丙橡胶和聚烯烃弹性体两种材料性能特点，本发明采用三元乙丙橡胶和聚烯烃弹性体为主体材料的复合材料作为煤矿电缆用绝缘材料，具有较好的耐臭氧老化、耐热氧老化等性能，且弹性好、永久变形减小、拉伸强度高、压延加工性能好、成本低等特点。其中：三元乙丙本质上是无极性的，作为绝缘橡胶的主体材料在配方中具有其抗热，光，氧气，耐臭氧、耐候等，对极性溶液和化学物具有抗性，吸水率低，具有良好的绝缘特性。通过对聚烯烃弹性进行交联，材料的耐热温度被提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等，同时具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能性能都有很大程度的提高。煅烧高岭土提高填充胶料的拉伸强度。氧化锌用作橡胶的补强剂，以使橡胶具有良好的耐腐蚀性，抗撕裂性和弹性，也用作橡胶的硫化活化剂。防老剂具有防止或抑制诸如氧、热、光、臭氧、机械应力、重金属离子等因素破坏制品性能、延长制品储存和使用寿命。硅烷偶联剂A-172可提高胶料机械性能，与无机填料结合，使填料表面疏水化，可提高填料和聚合物的相容性，从而使分散性更好，熔融粘度降低，填充橡胶的加工更容易。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。聚乙烯蜡具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性，增加产品的光泽和加工性能。石蜡油可减少硫化剂的消耗，从而降低成本，配合在三元乙丙橡胶中提高了橡胶的抗氧化降解性能、低挥发性有助于防止老化收缩，并且有利于改善制品的不良外观（如粗糙、有气泡），这两种特性有利于延长橡胶制品的使用寿命。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。煅烧高岭土可提高胶料的电绝缘性和介电强度，可改善橡胶的工艺性即表面光滑、形状稳定、收缩均匀；具有补强作用，且随着其用量的增大，硫化胶绍尔硬度、定伸应力、断裂伸长率和拉断永久变形增大，拉伸强度和撕裂强度先增大后减小。氧化锌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拉伸强度、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。偶联剂的作用是提高交联、对填料改性其补强作用，减少橡胶和防老剂用量，提高耐磨强度、抗张强度、撕裂强度和伸长率，改善胶料的抗老化性能。石蜡油的作用是提高橡胶抗老化性和增加柔韧性，可减少硫化剂的消耗，降低成本；提高橡胶的抗氧化降解性能、低挥发性有助于防止老化收缩，并且有利于改善制品的不良外观（如粗糙、有气泡），有利于延长橡胶的使用寿命。聚乙烯蜡的作用是对胶料起内增塑的作用，使橡胶分子链更容易滑移，提高胶料的流动性，促进填料快速和均匀地在橡胶中混合分散，改善胶料的加工性能，还能降低混炼功耗。

本发明的有益效果在于：（1）耐热性好，在空气中的使用温度可达100～135℃；（2）耐洗涤剂、动植物油、醇、酮等均具有高度的稳定性，优于三元乙丙橡胶；（3）耐水、耐过热水、耐水蒸气性能较好，并随含胶量的提高，其性能也愈佳；（4）耐酸碱腐蚀性好，碱溶液或稀酸等对三元乙丙橡胶和聚烯烃弹性体混合胶料橡胶基本上不起作用；（5）耐寒性较好，最低使用温度-40～-60℃，解决了电缆在低温下不能使用的问题。（6）耐热氧老化性能优，通过在配方中添加氧化锌、偶联剂及硫化剂等，提高了耐热氧老化性，优于原三元乙丙橡胶配方；（7）绝缘性能优，原有三元乙丙橡胶配方体积电阻率为4.0×10¹⁵Ω·cm，本方优点是具有良好的电绝缘性，介电强度高，体积电阻率为2.0×10¹⁶Ω·cm；（8）加工性能优，原有三元乙丙橡胶配方缺点是抗张强度、抗撕裂性能等差，本方优点是具有耐寒、耐油、耐老化、耐臭氧、抗张强度高等特点；（9）成本低，相同含胶量的情况下，可大幅度降低生产成本；（10）机械性能优，经过合理调整三元乙丙橡胶和聚烯烃弹性体的配比，确定适宜配比，机械性能优于三元乙丙橡胶，抗张强度13.5N/mm²，而三元乙丙橡胶为8.5N/mm²，从而提高了其抗拉、抗弯曲性等。

作为本发明的改进，所述的石蜡油为石蜡油500。

作为本发明的改进，所述的聚乙烯蜡为410P。

具体实施方式

实施例1：按该煤矿电缆用复合绝缘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，聚烯烃弹性体、50份，煅烧高岭土、60份，氧化锌、6份，偶联剂A-172、1.5份，石蜡、2.5份，防老剂、4份，石蜡油、7份，聚乙烯蜡、0.8份，硬脂酸、0.6份，硫化剂、4份。将所取的三元乙丙橡胶、聚烯烃弹性体混合后，进入密炼机塑炼，塑炼2-3分钟，加入氧化锌、防老剂、偶联剂、石蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡进行混合，然后加入煅烧高岭土进行混合，再加入石蜡油（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煤矿电缆用复合绝缘材料。

实施例2：按该煤矿电缆用复合绝缘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、55份，聚烯烃弹性体、45份，煅烧高岭土、70份，氧化锌、7份，偶联剂A-172、2.2份，石蜡、3.0份，防老剂、6份，石蜡油、8份，聚乙烯蜡、0.6份，硬脂酸、0.8份，硫化剂、5.5份。将所取的三元乙丙橡胶、聚烯烃弹性体混合后，进入密炼机塑炼，塑炼2-3分钟，加入氧化锌、防老剂、偶联剂、石蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡进行混合，然后加入煅烧高岭土进行混合，再加入石蜡油（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煤矿电缆用复合绝缘材料。

实施例3：按该煤矿电缆用复合绝缘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、45份，聚烯烃弹性体、55份，煅烧高岭土、65份，氧化锌、8.5份，偶联剂A-172、2.5份，石蜡、3.8份，防老剂、8份，石蜡油、10份，聚乙烯蜡、0.8份，硬脂酸、1份，硫化剂、7.5份。将所取的三元乙丙橡胶、聚烯烃弹性体混合后，进入密炼机塑炼，塑炼2-3分钟，加入氧化锌、防老剂、偶联剂、石蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡进行混合，然后加入煅烧高岭土进行混合，再加入石蜡油（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煤矿电缆用复合绝缘材料。

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。

Claims (3)

1.一种煤矿电缆用复合绝缘材料，其特征在于制成有效成分所涉及的原料及重量份配比为：三元乙丙橡胶、40-60份，聚烯烃弹性体、60-40份，煅烧高岭土、60-90份，氧化锌、5-10份，偶联剂A-172、、1-3份，石蜡、2-4份，防老剂、3-10份，石蜡油、6-12份，聚乙烯蜡、0.5-1份，硬脂酸、0.5-1份，硫化剂、2-10份。

2.根据权利要求1所述的煤矿电缆用复合绝缘材料，其特征在于：所述的石蜡油为石蜡油500。

3.根据权利要求1或2所述的煤矿电缆用复合绝缘材料，其特征在于：所述的聚乙烯蜡为410P。