CN105845247B - 利用制革含铬污泥制备的环保型高强度、高阻燃性电缆 - Google Patents
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Abstract
利用制革含铬污泥制备环保型高强度、高阻燃性电缆，从内到外依次包括线芯、绝缘层、内护层和护套管，护套管的原料，包括：聚丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物、制革含铬污泥、膨润土、甲基三乙氧基硅烷、氧化锌、海藻酸钠、双酚芴、六苯氧环三磷腈，所制备的电缆阻燃性和强度高，并具有低的释放烟雾效果。
Description
技术领域
本发明涉及到一种高强度电缆，特别是利用制革含铬污泥制备的环保型高强度、高阻燃性电缆。
技术背景
随着城市化进程的逐步加快，城市规划越来越趋于现代化。在城市建设过程中，电缆入地成为了最低的建设要求。同时，在城市改造过程中，也需要将架设在空中的各种电缆入地。电缆入地目前往往会采用非开挖技术进行施工，这种施工方法具有不影响交通、对地层结构破坏小，周期短等优点，同时适用于，采用非开挖施工方法，对于电缆的要求高，具有表现为：电缆需要具有强度高、刚性韧性好等，另外，由于电缆本身的特点，还需要具有高阻燃性的特点，以防电路短路等造成火灾，引起安全事故。对于野外的电缆，也同样具有上述要求。电缆要达到上述要求，对其护套管也就具有同样的要求，因为护套管位于电缆的最外层。目前常见的电缆护套管，大都是主要采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子材料，并加入了一定的添加剂，以改善其相关性能。但是，目前的这些电缆护套管，在强度、刚性任性以及阻燃性方面，仍然不理想，或者仅仅在某一方面的性能上面有一定的改进，存在很大的进一步改进的空间。
制革污泥由于产生量大，其处理成本已占到末端处理成本的一半甚至更高。目前大陆地区制革工业每年约产生250万吨的固体废弃物，其中无铬皮革副产物约为80多万吨，含铬副产物70多万吨，制革污泥100万吨，含铬污泥7.5万吨。
发明内容
本发明利用丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物在制革污泥的作用下，膨润土增加辛基三乙氧基硅烷与丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物、制革污泥、白炭黑的分散，碳纤维也增加了电缆的力学强度，氧化锌让所有波段的紫外线攻击无效，海藻酸钠增加了氧化锌与丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物、制革污泥、膨润土、碳纤维、辛基三乙氧基硅烷、硬脂酸、氧化锌、白炭黑相互间的相容性，同时使制革污泥、膨润土之间发生螯和，双酚芴增加了电缆的强度，六苯氧环三磷腈具有独特的P、N难燃元素组成的环状结构，是具有高热稳定性、高氧指数(LOI)和低烟释放性能等特点的阻燃剂，同时可以提高电缆的力学强度来提高强度、耐光性、阻燃性。
利用制革含铬污泥制备的环保型高强度、高阻燃性电缆，从内到外依次包括线芯、绝缘层、内护层和护套管，护套管的原料，包括：
丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物70～80重量份
制革含铬污泥5～9重量份
改性栲胶颗粒2～3重量份
膨润土2～3重量份
碳纳米管1.2～1.6重量份
甲基三乙氧基硅烷0.8～1.2重量份
硬脂酸3重量份
氧化锌2～5重量份
海藻酸钠0.2～0.8重量份
双酚芴1～3.2重量份
六苯氧环三磷腈2.2～3.6重量份
N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.6～2.2重量份
N-羟甲基丙烯酰胺0.1～0.5重量份
钼酸钠0.2～0.5重量份
铋酸钠0.1～0.2重量份
双酚A0.1～0.3重量份
制备方法：包括以下步骤：
(1)熔融共混：将上述成份按照比例混合，以600r/min的速度搅拌10min，然后在190℃下熔融共混10min，得到胶料；
(2)交联：将步骤(1)所得的胶料在200℃下交联30min后，再按照加入阿拉伯树胶3～4重量份和白炭黑0.4重量份，反应10min，得到混合料；
(3)造粒：将步骤(2)所得的混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，然后进行造粒，得到颗粒料；
(4)制备护套管：将步骤(3)中所得的颗粒料加入到挤出成型机中进行成型、定径、牵引、切割后，得到护套管A；
(5)制备电缆：将步骤(4)所得的护套管用于电缆的最外层，得到电缆。
本发明的优势在于
(1)乙烯-丙烯-苯乙烯-丙烯腈共聚物来自于常州市安得鑫化工有限公司，具有优良的耐候性、热稳定性、尺寸稳定和坚韧性；制革污泥来自于莱阳制革厂，其制革污泥中含铬，三氧化二铬含量为11.20g/L,该污泥经过加热到105℃，保温4h，除掉水分，其他制革的含铬污泥也能得到本发明的实际效果，制革污泥中含有大量有机物，增加氧化锌、丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物、制革污泥、膨润土、石墨烯、辛基三乙氧基硅烷、硬脂酸、氧化锌、白炭黑中有机物和无机物的相容性，改性栲胶颗粒对污泥中的铬进行固定，为制革中含铬污泥处理提供一种新的资源化利用方式。
(2)膨润土增加辛基三乙氧基硅烷与丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物、制革污泥、白炭黑的分散；
(3)碳纤维也增加了电缆的强度，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)增加所有组分材料粘结性，N-羟甲基丙烯酰胺增加了碳纤维和丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物的相容性；
(4)氧化锌吸收几乎可以让所有波段的紫外线攻击无效,而且不致敏；
(5)海藻酸钠增加了氧化锌、丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物、制革污泥、膨润土、碳纤维、辛基三乙氧基硅烷、氧化锌、白炭黑相互间的相容性，同时使制革污泥、膨润土之间发生螯和,葡萄糖酸增加了铬、钼、铋的络合，季戊四醇对葡萄糖酸进行协效，增加了葡萄糖酸的络合。
(6)双酚芴增加了电缆的强度，厂家为济南福景化工有限公司。
(7)六苯氧基环三磷腈具有独特的P、N难燃元素组成的环状结构，是具有高热稳定性、高氧指数(LOI)和低烟释放性能等特点的阻燃剂，同时可以提高电缆的力学强度，钼酸钠和铋酸钠对电缆抑制烟雾，双酚A对其进行协效抑制烟雾。
(8)改性栲胶颗粒参见(一种改性栲胶颗粒的制备方法201410652049.5)的实例一获得。
(9)本发明所用的原料不限于上述厂家,只要主要成分相近均可达到上述效果。
具体实施方式
实例1
利用制革含铬污泥制备的环保型高强度、高阻燃性电缆，从内到外依次包括线芯、绝缘层、内护层和护套管，护套管的原料，包括：
丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物70kg
制革含铬污泥5kg
改性栲胶颗粒2kg
膨润土2kg
碳纳米管1.2kg
甲基三乙氧基硅烷0.8kg
硬脂酸3kg
氧化锌2kg
海藻酸钠0.2kg
双酚芴1kg
六苯氧环三磷腈2.2kg
N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.6kg
N-羟甲基丙烯酰胺0.1kg
钼酸钠0.2kg
铋酸钠0.1kg
双酚A0.1kg
制备方法：包括以下步骤：
(1)熔融共混：将上述成份按照比例混合，以600r/min的速度搅拌10min，然后在190℃下熔融共混10min，得到胶料；
(2)交联：将步骤(1)所得的胶料在200℃下交联30min后，再按照加入阿拉伯树胶3kg和白炭黑0.4kg，反应10min，得到混合料；
(3)造粒：将步骤(2)所得的混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，然后进行造粒，得到颗粒料；
(4)制备护套管：将步骤(3)中所得的颗粒料加入到挤出成型机中进行成型、定径、牵引、切割后，得到护套管1；
(5)制备电缆：将步骤(4)所得的护套管用于电缆的最外层，得到电缆。
实例2
利用制革含铬污泥制备的环保型高强度、高阻燃性电缆，从内到外依次包括线芯、绝缘层、内护层和护套管，护套管的原料，包括：
丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物80kg
制革含铬污泥9kg
改性栲胶颗粒3kg
膨润土3kg
碳纳米管1.6kg
甲基三乙氧基硅烷1.2kg
硬脂酸3kg
氧化锌5kg
海藻酸钠0.8kg
双酚芴3.2kg
六苯氧环三磷腈3.6kg
N,N-亚甲基双丙烯酰胺2.2kg
N-羟甲基丙烯酰胺0.5kg
钼酸钠0.5kg
铋酸钠0.2kg
双酚A0.3kg
制备方法：包括以下步骤：
(1)熔融共混：将上述成份按照比例混合，以600r/min的速度搅拌10min，然后在190℃下熔融共混10min，得到胶料；
(2)交联：将步骤(1)所得的胶料在200℃下交联30min后，再按照加入阿拉伯树胶4kg和白炭黑0.4kg，反应10min，得到混合料；
(3)造粒：将步骤(2)所得的混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，然后进行造粒，得到颗粒料；
(4)制备护套管：将步骤(3)中所得的颗粒料加入到挤出成型机中进行成型、定径、牵引、切割后，得到护套管2；
(5)制备电缆：将步骤(4)所得的护套管用于电缆的最外层，得到电缆。
实例3
利用制革含铬污泥制备的环保型高强度、高阻燃性电缆，从内到外依次包括线芯、绝缘层、内护层和护套管，护套管的原料，包括：
丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物75kg
制革含铬污泥7kg
改性栲胶颗粒2.5kg
膨润土2.5kg
碳纳米管1.4kg
甲基三乙氧基硅烷1kg
硬脂酸3kg
氧化锌3.5kg
海藻酸钠0.5kg
双酚芴2.1kg
六苯氧环三磷腈2.9kg
N,N-亚甲基双丙烯酰胺1.4kg
N-羟甲基丙烯酰胺0.3kg
钼酸钠0.35kg
铋酸钠0.15kg
双酚A0.2kg
制备方法：包括以下步骤：
(1)熔融共混：将上述成份按照比例混合，以600r/min的速度搅拌10min，然后在190℃下熔融共混10min，得到胶料；
(2)交联：将步骤(1)所得的胶料在200℃下交联30min后，再按照加入阿拉伯树胶3.5kg和白炭黑0.4kg，反应10min，得到混合料；
(3)造粒：将步骤(2)所得的混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，然后进行造粒，得到颗粒料；
(4)制备护套管：将步骤(3)中所得的颗粒料加入到挤出成型机中进行成型、定径、牵引、切割后，得到护套管3；
(5)制备电缆：将步骤(4)所得的护套管用于电缆的最外层，得到电缆。
强度性能和阻燃性能测试标准：按照GB/T 1040.1-2006的标准测试本发明实施例1-3所得的护套管A、护套管B、护套管C的拉伸强度和断裂伸长率，按照GB/T2406-1993的标准测试本发明实施例1-3所得的护套管1、护套管2、护套管3的氧指数；按照GB12666.5的标准测试本发明实施例1-3所得的护套管1、护套管2、护套管2的阻燃等级，GB/T 8627-2007建筑材料烟密度，并以市场上买到的普通护套管作为对比例，其结果如表1所示。
表1高强度、高阻燃性电缆护套管性能
| 护套管1 | 护套管2 | 护套管3 | 普通护套管 | |
| 拉伸强度(MPa) | 37 | 35 | 33 | 22 |
| 断裂伸长率(％) | 898 | 801 | 764 | 598 |
| 氧指数/％ | 39 | 42 | 43 | 28 |
| 阻燃等级 | B | B | A | C |
| 烟密度等级 | 36 | 36 | 29 | 75 |
Claims (1)
1.利用制革含铬污泥制备的环保型高强度、高阻燃性电缆，从内到外依次包括线芯、绝缘层、内护层和护套管，护套管的原料，包括：
丙烯腈/乙烯/苯乙烯共聚物70～80重量份
制革含铬污泥5～9重量份
改性栲胶颗粒2～3重量份
膨润土2～3重量份
碳纳米管1.2～1.6重量份
甲基三乙氧基硅烷0.8～1.2重量份
硬脂酸3重量份
氧化锌2～5重量份
海藻酸钠0.2～0.8重量份
双酚芴1～3.2重量份
六苯氧环三磷腈2.2～3.6重量份
N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.6～2.2重量份
N-羟甲基丙烯酰胺0.1～0.5重量份
钼酸钠0.2～0.5重量份
铋酸钠0.1～0.2重量份
双酚A0.1～0.3重量份
制备方法：包括以下步骤：
(1)熔融共混：将上述成份按照比例混合，以600r/min的速度搅拌10min，然后在190℃下熔融共混10min，得到胶料；
(2)交联：将步骤(1)所得的胶料在200℃下交联30min后，再加入阿拉伯树胶3～4重量份和白炭黑0.4重量份，反应10min，得到混合料；
(3)造粒：将步骤(2)所得的混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，然后进行造粒，得到颗粒料；
(4)制备护套管：将步骤(3)中所得的颗粒料加入到挤出成型机中进行成型、定径、牵引、切割后，得到护套管A；
(5)制备电缆：将步骤(4)所得的护套管用于电缆的最外层，得到电缆。
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