CN105733036A - 一种高强耐老化矿用电缆 - Google Patents

一种高强耐老化矿用电缆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强耐老化矿用电缆，包括导体，在导体外包覆有绝缘层，在绝缘层外包覆有屏蔽层，在屏蔽层外包覆有护套层，护套层采用改性天然橡胶材料制成；改性天然橡胶材料的原料包括：天然橡胶、丁苯橡胶、硬脂酸、氧化锌、硫磺、炭黑、凹凸棒土、改性纳米二氧化钛、纳米氧化铈、硼酸镁、防老剂4020、防老剂RD、防老剂NBC、防老剂DTPD、促进剂NOBS、硅烷偶联剂、季铵盐。本发明提出的高强耐老化矿用电缆，其强度高，耐热性和耐老化性好，能满足矿用电缆的使用要求，且综合性能好，使用寿命长。

Description

一种高强耐老化矿用电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种高强耐老化矿用电缆。
背景技术
近几年，随着中国经济的高速发展，能源供应紧张的矛盾越来越突出。煤炭一直是全世界重要的能源，我国70％的电力资源也来自于燃煤，为了保证原煤能够源源不断的供应，各大煤矿采用大功率的采煤设备提高产能，而在采煤过程中的采掘系统、输送系统、通风系统、排水系统的正常运转，矿用电缆的好坏就显得十分重要。因矿用电缆敷设的环境恶劣，地质结构复杂，在使用的过程中存在力学性能不是很理想，耐老化性欠佳的缺陷，无法满足矿井正常的供电需要。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强耐老化矿用电缆，其强度高，耐热性和耐老化性好，能满足矿用电缆的使用要求，且综合性能好，使用寿命长。
本发明提出的一种高强耐老化矿用电缆，包括导体，在所述导体外包覆有绝缘层，在所述绝缘层外包覆有屏蔽层，在所述屏蔽层外包覆有护套层，其中，所述护套层采用改性天然橡胶材料制成；所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶20-35份、硬脂酸2.5-4份、氧化锌2-5份、硫磺1-2份、炭黑4-10份、凹凸棒土5-15份、改性纳米二氧化钛10-30份、纳米氧化铈3-10份、硼酸镁1-10份、防老剂40200.5-1.2份、防老剂RD0.3-1.2份、防老剂NBC0.2-1份、防老剂DTPD0.5-2份、促进剂NOBS0.5-1.5份、硅烷偶联剂2-3.5份、季铵盐1-5份；
其中，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将50-100份纳米二氧化钛、10-25份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在60-85℃下超声20-35min，然后加入10-30份1,3,5-三氯均三嗪，在50-65℃下超声10-30min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
优选地，所述改性天然橡胶材料的原料中，天然橡胶、丁苯橡胶的重量比为100：24-33。
优选地，所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶26-30份、硬脂酸3.2-3.6份、氧化锌3-3.8份、硫磺1.3-1.6份、炭黑6-7份、凹凸棒土8-11份、改性纳米二氧化钛19-24份、纳米氧化铈5.8-7份、硼酸镁5-6.5份、防老剂40200.7-1.1份、防老剂RD0.6-1份、防老剂NBC0.4-0.8份、防老剂DTPD1-1.6份、促进剂NOBS0.7-1.3份、硅烷偶联剂2.6-3.2份、季铵盐3.2-4份。
优选地，所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶28份、硬脂酸3.4份、氧化锌3.3份、硫磺1.4份、炭黑6.5份、凹凸棒土10份、改性纳米二氧化钛20份、纳米氧化铈6份、硼酸镁5.8份、防老剂40201份、防老剂RD0.85份、防老剂NBC0.65份、防老剂DTPD1.2份、促进剂NOBS1.1份、硅烷偶联剂3份、季铵盐3.7份。
优选地，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将70-85份纳米二氧化钛、17-21份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在78-83℃下超声28-32min，然后加入19-25份1,3,5-三氯均三嗪，在55-62℃下超声20-26min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
优选地，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将80份纳米二氧化钛、20份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在80℃下超声30min，然后加入20份1,3,5-三氯均三嗪，在60℃下超声24min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂A-171中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述季铵盐为十二烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或者多种的混合物。
本发明所述改性天然橡胶材料可以按照常规的橡胶复合材料制备工艺，将各原料混合均匀后经混炼、硫化得到。
本发明改性天然橡胶材料中，选择了天然橡胶以及耐龟裂性和耐天候老化性能好的丁苯橡胶为主料，并按上述比例配合后在体系中共混性好，赋予橡胶材料优异的机械性能、弹性和耐老化性；改性纳米二氧化钛的制备过程中，首先选择了纳米二氧化钛和2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑为原料进行超声反应，从而使纳米二氧化钛表面的羟基与2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑中的羟基发生了脱水反应，生成了醚键，从而将2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑接枝到了纳米二氧化钛的表面，加入1,3,5-三氯均三嗪后，1,3,5-三氯均三嗪中的氯与2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑中的氨基发生了反应，从而将纳米二氧化钛、2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑和1,3,5-三氯均三嗪结合为一体得到了改性纳米二氧化钛，加入体系中后，使纳米二氧化钛的聚集体尺寸达到了纳米水平，比表面积增大，对紫外线的吸收与散射面积也增大，更容易对紫外线进行散射与吸收，在纳米二氧化钛对紫外线散射增大的同时，1,3,5-三氯均三嗪和2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑则能够吸收更多的散射紫外线，另外，在紫外线发生散射之后，它在聚合物中通过的距离增大，更容易接触到纳米二氧化钛、1,3,5-三氯均三嗪和2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑，提高了其对紫外光的散射与吸收，纳米二氧化钛具有紫外线屏蔽的作用，1,3,5-三氯均三嗪和2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑具有紫外线吸收的作用，协同后显著改善了护套材料的抗紫外线性，与炭黑、凹凸棒土、改性纳米二氧化钛、纳米氧化铈按上述比例配合加入体系中，在硅烷偶联剂和季铵盐的作用下，在体系中分散均匀，对橡胶基体起到了增强的作用，阻碍了护套材料微裂纹的扩展，限制了大分子运动的能力和承载效率，改善了橡胶材料的力学性能和耐酸碱性能，同时改善了胶料的加工性能和动态性能，与防老剂4020、防老剂RD、防老剂NBC、防老剂DTPD配合后显著提高了橡胶材料的耐老化性能；本发明中以所述改性天然橡胶材料为护套材料，从而将改性天然橡胶材料的性质引入到了电缆中，得到的矿用电缆具有强度高，耐热性和耐老化性好的性能，能满足矿用电缆的使用要求，且综合性能好，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明所述高强耐老化矿用电缆的结构示意图。
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
图1为本发明所述高强耐老化矿用电缆的结构示意图；参照图1，本发明提出的高强耐老化矿用电缆，包括导体1，在所述导体1外包覆有绝缘层2，在所述绝缘层2外包覆有屏蔽层3，在所述屏蔽层3外包覆有护套层4，其中，所述护套层4采用改性天然橡胶材料制成；所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶35份、硬脂酸2.5份、氧化锌5份、硫磺1份、炭黑10份、凹凸棒土5份、改性纳米二氧化钛30份、纳米氧化铈3份、硼酸镁10份、防老剂40200.5份、防老剂RD1.2份、防老剂NBC0.2份、防老剂DTPD2份、促进剂NOBS0.5份、硅烷偶联剂3.5份、季铵盐1份；
其中，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将50份纳米二氧化钛、25份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在60℃下超声35min，然后加入10份1,3,5-三氯均三嗪，在65℃下超声10min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
实施例2
参照图1，本发明提出的高强耐老化矿用电缆，包括导体1，在所述导体1外包覆有绝缘层2，在所述绝缘层2外包覆有屏蔽层3，在所述屏蔽层3外包覆有护套层4，其中，所述护套层4采用改性天然橡胶材料制成；所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶20份、硬脂酸4份、氧化锌2份、硫磺2份、炭黑4份、凹凸棒土15份、改性纳米二氧化钛10份、纳米氧化铈10份、硼酸镁1份、防老剂40201.2份、防老剂RD0.3份、防老剂NBC1份、防老剂DTPD0.5份、促进剂NOBS1.5份、硅烷偶联剂2份、季铵盐5份；
其中，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将100份纳米二氧化钛、10份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在85℃下超声20min，然后加入30份1,3,5-三氯均三嗪，在50℃下超声30min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
实施例3
参照图1，本发明提出的高强耐老化矿用电缆，包括导体1，在所述导体1外包覆有绝缘层2，在所述绝缘层2外包覆有屏蔽层3，在所述屏蔽层3外包覆有护套层4，其中，所述护套层4采用改性天然橡胶材料制成；所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶26份、硬脂酸3.6份、氧化锌3份、硫磺1.6份、炭黑6份、凹凸棒土11份、改性纳米二氧化钛19份、纳米氧化铈7份、硼酸镁5份、防老剂40201.1份、防老剂RD0.6份、防老剂NBC0.8份、防老剂DTPD1份、促进剂NOBS1.3份、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷0.5份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.3份、硅烷偶联剂A-1710.8份、十二烷基三甲基氯化铵4份；
其中，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将70份纳米二氧化钛、21份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在78℃下超声32min，然后加入19份1,3,5-三氯均三嗪，在62℃下超声20min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
实施例4
参照图1，本发明提出的高强耐老化矿用电缆，包括导体1，在所述导体1外包覆有绝缘层2，在所述绝缘层2外包覆有屏蔽层3，在所述屏蔽层3外包覆有护套层4，其中，所述护套层4采用改性天然橡胶材料制成；所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶30份、硬脂酸3.2份、氧化锌3.8份、硫磺1.3份、炭黑7份、凹凸棒土8份、改性纳米二氧化钛24份、纳米氧化铈5.8份、硼酸镁6.5份、防老剂40200.7份、防老剂RD1份、防老剂NBC0.4份、防老剂DTPD1.6份、促进剂NOBS0.7份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷2份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.2份、十八烷基三甲基溴化铵2份、十六烷基三甲基溴化铵1.2份；
其中，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将85份纳米二氧化钛、17份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在83℃下超声28min，然后加入25份1,3,5-三氯均三嗪，在55℃下超声26min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
实施例5
参照图1，本发明提出的高强耐老化矿用电缆，包括导体1，在所述导体1外包覆有绝缘层2，在所述绝缘层2外包覆有屏蔽层3，在所述屏蔽层3外包覆有护套层4，其中，所述护套层4采用改性天然橡胶材料制成；所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶28份、硬脂酸3.4份、氧化锌3.3份、硫磺1.4份、炭黑6.5份、凹凸棒土10份、改性纳米二氧化钛20份、纳米氧化铈6份、硼酸镁5.8份、防老剂40201份、防老剂RD0.85份、防老剂NBC0.65份、防老剂DTPD1.2份、促进剂NOBS1.1份、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷3份、十二烷基三甲基氯化铵1份、十八烷基三甲基溴化铵0.7份、十六烷基三甲基溴化铵2份；
其中，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将80份纳米二氧化钛、20份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在80℃下超声30min，然后加入20份1,3,5-三氯均三嗪，在60℃下超声24min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
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 (8)

1.一种高强耐老化矿用电缆，其特征在于，包括导体(1)，在所述导体(1)外包覆有绝缘层(2)，在所述绝缘层(2)外包覆有屏蔽层(3)，在所述屏蔽层(3)外包覆有护套层(4)，其中，所述护套层(4)采用改性天然橡胶材料制成；所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶20-35份、硬脂酸2.5-4份、氧化锌2-5份、硫磺1-2份、炭黑4-10份、凹凸棒土5-15份、改性纳米二氧化钛10-30份、纳米氧化铈3-10份、硼酸镁1-10份、防老剂40200.5-1.2份、防老剂RD0.3-1.2份、防老剂NBC0.2-1份、防老剂DTPD0.5-2份、促进剂NOBS0.5-1.5份、硅烷偶联剂2-3.5份、季铵盐1-5份；
其中，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将50-100份纳米二氧化钛、10-25份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在60-85℃下超声20-35min，然后加入10-30份1,3,5-三氯均三嗪，在50-65℃下超声10-30min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
2.根据权利要求1所述高强耐老化矿用电缆，其特征在于，所述改性天然橡胶材料的原料中，天然橡胶、丁苯橡胶的重量比为100：24-33。
3.根据权利要求1或2所述高强耐老化矿用电缆，其特征在于，所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶26-30份、硬脂酸3.2-3.6份、氧化锌3-3.8份、硫磺1.3-1.6份、炭黑6-7份、凹凸棒土8-11份、改性纳米二氧化钛19-24份、纳米氧化铈5.8-7份、硼酸镁5-6.5份、防老剂40200.7-1.1份、防老剂RD0.6-1份、防老剂NBC0.4-0.8份、防老剂DTPD1-1.6份、促进剂NOBS0.7-1.3份、硅烷偶联剂2.6-3.2份、季铵盐3.2-4份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高强耐老化矿用电缆，其特征在于，所述改性天然橡胶材料的原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶28份、硬脂酸3.4份、氧化锌3.3份、硫磺1.4份、炭黑6.5份、凹凸棒土10份、改性纳米二氧化钛20份、纳米氧化铈6份、硼酸镁5.8份、防老剂40201份、防老剂RD0.85份、防老剂NBC0.65份、防老剂DTPD1.2份、促进剂NOBS1.1份、硅烷偶联剂3份、季铵盐3.7份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述高强耐老化矿用电缆，其特征在于，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将70-85份纳米二氧化钛、17-21份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在78-83℃下超声28-32min，然后加入19-25份1,3,5-三氯均三嗪，在55-62℃下超声20-26min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高强耐老化矿用电缆，其特征在于，所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：按重量份将80份纳米二氧化钛、20份2-(2-羟基苯基)-5-氨基-2H-苯并三唑混合均匀，在80℃下超声30min，然后加入20份1,3,5-三氯均三嗪，在60℃下超声24min，然后经干燥、研磨得到所述改性纳米二氧化钛。
7.根据权利要求1-6中任一项所述高强耐老化矿用电缆，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂A-171中的一种或者多种的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高强耐老化矿用电缆，其特征在于，所述季铵盐为十二烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或者多种的混合物。
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