CN106084331B - 一种耐高温天然橡胶电缆护套材料 - Google Patents

一种耐高温天然橡胶电缆护套材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其原料包括：天然橡胶、聚苯并恶嗪树脂、液体聚硫橡胶、环氧树脂、氧化锌、硬脂酸、叔丁基过氧化氢、炭黑、纳米二氧化硅、煅烧陶土、纳米蒙脱土、硫酸钙晶须、棉短纤维、碳纳米管、纳米氢氧化铝、促进剂、聚3‑羟基丁酸酯4‑羟基丁酸酯、环氧大豆油、古马隆树脂、甲基膦酸二甲酯、松香酸聚氧乙烯酯、防老剂。本发明提出的耐高温天然橡胶电缆护套材料，其强度高，抗冲击性能好，耐高温性能和耐老化性能优异，使用寿命长。

Description

一种耐高温天然橡胶电缆护套材料
技术领域
本发明涉及电缆材料技术领域，尤其涉及一种耐高温天然橡胶电缆护套材料。
背景技术
随着我国石油化工、通讯、交通、建筑、电力等工业的发展，近年来发电厂、变电站、冶炼以及石油化工等行业对电缆的需求量极大，同时对电缆的性能和数量提出了更高的要求，因此用于制作电缆的材料也逐渐高档化、特种化和专用化。电缆护套作为电缆的最外层材料，对电缆的综合性能影响较大，其不仅要求具有优良的物理性能，如拉伸强度、断裂伸长率等，同时还需要拥有良好的耐热性和耐老化性能等。虽然现在市场上的电缆有多种多样，但是大部分电缆其护套材料性能仍不是很理想，电缆在使用的过程中，存在耐高温不是很理想、强度低、抗冲击性能欠佳的缺陷，缩短了电缆的使用寿命，增加了经济压力，并存在安全隐患。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其强度高，抗冲击性能好，耐高温性能和耐老化性能优异，使用寿命长。
本发明提出的一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂20-35份、液体聚硫橡胶5-15份、环氧树脂1-5份、氧化锌3-5份、硬脂酸0.5-2份、叔丁基过氧化氢1.5-3份、炭黑15-25份、纳米二氧化硅8-20份、煅烧陶土3-12份、纳米蒙脱土2-15份、硫酸钙晶须3-15份、棉短纤维3-15份、碳纳米管2-10份、纳米氢氧化铝2-10份、促进剂1.5-3.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯2-8份、环氧大豆油2-8份、古马隆树脂1-5份、甲基膦酸二甲酯4-15份、松香酸聚氧乙烯酯2-5份、防老剂1-3.5份。
优选地，其原料中，天然橡胶、聚苯并恶嗪树脂、液体聚硫橡胶的重量比为100：25-32：8-13。
优选地，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂28-30份、液体聚硫橡胶10-13份、环氧树脂2.8-4份、氧化锌3.5-4.3份、硬脂酸1-1.6份、叔丁基过氧化氢2-2.6份、炭黑19-23份、纳米二氧化硅10-16份、煅烧陶土7-10份、纳米蒙脱土7-10份、硫酸钙晶须5.8-10份、棉短纤维7-10份、碳纳米管5.3-8份、纳米氢氧化铝5.8-7份、促进剂2-2.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯4.8-5.9份、环氧大豆油4.8-6份、古马隆树脂3.2-4份、甲基膦酸二甲酯8-12份、松香酸聚氧乙烯酯3.1-4份、防老剂1.9-2.8份。
优选地，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂29份、液体聚硫橡胶12.8份、环氧树脂3.5份、氧化锌4.2份、硬脂酸1.2份、叔丁基过氧化氢2.5份、炭黑20份、纳米二氧化硅14.6份、煅烧陶土8.5份、纳米蒙脱土8份、硫酸钙晶须9份、棉短纤维7.8份、碳纳米管6.3份、纳米氢氧化铝6份、促进剂2.3份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯5.5份、环氧大豆油5.3份、古马隆树脂3.7份、甲基膦酸二甲酯10份、松香酸聚氧乙烯酯3.7份、防老剂2.2份。
优选地，所述炭黑为改性炭黑；所述改性炭黑所采用的改性剂为过硫酸铵；炭黑经过硫酸铵改性后，粒径明显减小，在体系中分散更加均匀，显著提高了材料的热稳定性。
优选地，所述纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅；所述改性纳米二氧化硅所采用的改性剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂A-151、硅烷偶联剂A-189中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述硫酸钙晶须的平均直径为3-8μm，平均长度为80-150μm，松散密度为0.1-0.3g/cm3。
优选地，所述促进剂为四氢糠胺、二苄基胺、促进剂CZ、促进剂ZIP、乙基黄原酸锌中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述防老剂为防老剂AW、防老剂A、防老剂OD、防老剂264、N,N’-二苯基-1,3-丙二胺中的一种或者多种的混合物。
本发明所述耐高温天然橡胶电缆护套材料按照以下工艺进行制备：按配比将天然橡胶、聚苯并恶嗪树脂、液体聚硫橡胶、环氧树脂加入开炼机中混炼均匀，其中混炼温度为45-60℃，然后加入剩余原料，混炼均匀后置于平板硫化机上进行硫化，其中，硫化温度为120-145℃，硫化时间为2-4min。
聚苯并恶嗪树脂具有优异的耐热性、阻燃性，且工艺性能良好，液体聚硫橡胶具有良好的耐老化性能、耐油、耐溶剂性能、以及对碱酸的良好的热稳定性；本发明所述耐高温天然橡胶电缆护套材料的原料中，以天然橡胶为主料，同时加入了聚苯并恶嗪树脂与其进行配合，显著提高了护套材料的耐高温性，同时加入了液体聚硫橡胶，液体聚硫橡胶在与聚苯并恶嗪树脂共混的过程中，能与聚苯并恶嗪树脂中的烯丙基发生反应形成接枝共聚物，通过控制其在体系中的比例，使液体聚硫橡胶与聚苯并恶嗪树脂以及天然橡胶之间形成了更好的相容性，在改善护套材料耐高温性的同时提高了护套材料的冲击强度、韧性和热稳定性，改善了因聚苯并恶嗪树脂的加入引起的交联密度低、性脆、韧性较差的缺点；硫酸钙晶须在体系中具有高度有序的原子排列结构，在高温的过程中，不会引起高温滑移，不分解、不软化，与棉短纤维、碳纳米管配合后，在体系内部形成了纤维网，有效抵制了聚合物分子在热状态下的运动，显著提高了护套材料的耐高温性，同时与纳米二氧化硅、煅烧陶土、纳米蒙脱土、纳米氢氧化铝配合，在松香酸聚氧乙烯酯的辅助作用下，在体系中分散均匀，提高了护套材料的强度和尺寸稳定性；聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯其本身为大分子聚合物具有较高的强度，加入体系中，以较小粒子分散在体系中，起到增塑的作用，与环氧大豆油、古马隆树脂和甲基膦酸二甲酯配合加入体系中，显著提高了体系的断裂伸长率，赋予电缆护套材料良好的韧性，在受到外力作用时，会发生空洞化和不规则的塑性形变，从而吸收更多的能量，显著提高护套材料的冲击强度，同时因加入的碳纳米管对甲基膦酸二甲酯具有吸收作用，在一定程度上防止了甲基膦酸二甲酯从体系中的迁出，与体系中的纳米氢氧化铝具有协同作用，在护套材料燃烧的过程中，能形成致密、连续的炭层，改善了护套材料的阻燃性。
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
本发明提出的一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂35份、液体聚硫橡胶5份、环氧树脂5份、氧化锌3份、硬脂酸2份、叔丁基过氧化氢1.5份、炭黑25份、纳米二氧化硅8份、煅烧陶土12份、纳米蒙脱土2份、硫酸钙晶须15份、棉短纤维3份、碳纳米管10份、纳米氢氧化铝2份、促进剂3.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯2份、环氧大豆油8份、古马隆树脂1份、甲基膦酸二甲酯15份、松香酸聚氧乙烯酯2份、防老剂3.5份。
实施例2
本发明提出的一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂20份、液体聚硫橡胶15份、环氧树脂1份、氧化锌5份、硬脂酸0.5份、叔丁基过氧化氢3份、炭黑15份、纳米二氧化硅20份、煅烧陶土3份、纳米蒙脱土15份、硫酸钙晶须3份、棉短纤维15份、碳纳米管2份、纳米氢氧化铝10份、促进剂1.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯8份、环氧大豆油2份、古马隆树脂5份、甲基膦酸二甲酯4份、松香酸聚氧乙烯酯5份、防老剂1份。
实施例3
本发明提出的一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂30份、液体聚硫橡胶10份、环氧树脂4份、氧化锌3.5份、硬脂酸1.6份、叔丁基过氧化氢2份、炭黑23份、纳米二氧化硅10份、煅烧陶土10份、纳米蒙脱土7份、硫酸钙晶须10份、棉短纤维7份、碳纳米管8份、纳米氢氧化铝5.8份、促进剂CZ 2.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯4.8份、环氧大豆油6份、古马隆树脂3.2份、甲基膦酸二甲酯12份、松香酸聚氧乙烯酯3.1份、防老剂AW 1份、防老剂A 1份、防老剂OD 0.8份；
其中，所述纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅；所述改性纳米二氧化硅所采用的改性剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂A-151、硅烷偶联剂A-189按重量比为2：3:6:1:5的混合物。
实施例4
本发明提出的一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂28份、液体聚硫橡胶13份、环氧树脂2.8份、氧化锌4.3份、硬脂酸1份、叔丁基过氧化氢2.6份、炭黑19份、硅烷偶联剂KH-570改性纳米二氧化硅16份、煅烧陶土7份、纳米蒙脱土10份、硫酸钙晶须5.8份、棉短纤维10份、碳纳米管5.3份、纳米氢氧化铝7份、促进剂CZ 0.3份、促进剂ZIP 0.8份、乙基黄原酸锌0.9份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯5.9份、环氧大豆油4.8份、古马隆树脂4份、甲基膦酸二甲酯8份、松香酸聚氧乙烯酯4份、防老剂264 1.1份、N,N’-二苯基-1,3-丙二胺0.8份。
实施例5
本发明提出的一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂29份、液体聚硫橡胶12.8份、环氧树脂3.5份、氧化锌4.2份、硬脂酸1.2份、叔丁基过氧化氢2.5份、炭黑20份、纳米二氧化硅14.6份、煅烧陶土8.5份、纳米蒙脱土8份、硫酸钙晶须9份、棉短纤维7.8份、碳纳米管6.3份、纳米氢氧化铝6份、四氢糠胺1.5份、二苄基胺0.8份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯5.5份、环氧大豆油5.3份、古马隆树脂3.7份、甲基膦酸二甲酯10份、松香酸聚氧乙烯酯3.7份、防老剂A 2.2份；
其中，所述炭黑为改性炭黑；所述改性炭黑所采用的改性剂为过硫酸铵；
所述纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅；所述改性纳米二氧化硅所采用的改性剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560按重量比为4:3的混合物；
所述硫酸钙晶须的平均直径为3-8μm，平均长度为80-150μm，松散密度为0.1-0.3g/cm3。
对本发明所述耐高温天然橡胶电缆护套材料进行性能检测，其抗张强度为15-18.3MPa，断裂伸长率为590-730％；在75℃下加热240h后，其抗张强度保持率为95.7-96.8％，断裂伸长率保持率为93-97.8％；氧指数为45-70％。
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)

1.一种耐高温天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂20-35份、液体聚硫橡胶5-15份、环氧树脂1-5份、氧化锌3-5份、硬脂酸0.5-2份、叔丁基过氧化氢1.5-3份、炭黑15-25份、纳米二氧化硅8-20份、煅烧陶土3-12份、纳米蒙脱土2-15份、硫酸钙晶须3-15份、棉短纤维3-15份、碳纳米管2-10份、纳米氢氧化铝2-10份、促进剂1.5-3.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯2-8份、环氧大豆油2-8份、古马隆树脂1-5份、甲基膦酸二甲酯4-15份、松香酸聚氧乙烯酯2-5份、防老剂1-3.5份；所述炭黑为改性炭黑；所述改性炭黑所采用的改性剂为过硫酸铵。
2.根据权利要求1所述耐高温天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，其原料中，天然橡胶、聚苯并恶嗪树脂、液体聚硫橡胶的重量比为100：25-32：8-13。
3.根据权利要求1或2所述耐高温天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂28-30份、液体聚硫橡胶10-13份、环氧树脂2.8-4份、氧化锌3.5-4.3份、硬脂酸1-1.6份、叔丁基过氧化氢2-2.6份、炭黑19-23份、纳米二氧化硅10-16份、煅烧陶土7-10份、纳米蒙脱土7-10份、硫酸钙晶须5.8-10份、棉短纤维7-10份、碳纳米管5.3-8份、纳米氢氧化铝5.8-7份、促进剂2-2.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯4.8-5.9份、环氧大豆油4.8-6份、古马隆树脂3.2-4份、甲基膦酸二甲酯8-12份、松香酸聚氧乙烯酯3.1-4份、防老剂1.9-2.8份。
4.根据权利要求1或2所述耐高温天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚苯并恶嗪树脂29份、液体聚硫橡胶12.8份、环氧树脂3.5份、氧化锌4.2份、硬脂酸1.2份、叔丁基过氧化氢2.5份、炭黑20份、纳米二氧化硅14.6份、煅烧陶土8.5份、纳米蒙脱土8份、硫酸钙晶须9份、棉短纤维7.8份、碳纳米管6.3份、纳米氢氧化铝6份、促进剂2.3份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯5.5份、环氧大豆油5.3份、古马隆树脂3.7份、甲基膦酸二甲酯10份、松香酸聚氧乙烯酯3.7份、防老剂2.2份。
5.根据权利要求1或2所述耐高温天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅为改性纳米二氧化硅；所述改性纳米二氧化硅所采用的改性剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂A-151、硅烷偶联剂A-189中的一种或者多种的混合物。
6.根据权利要求1或2所述耐高温天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，所述硫酸钙晶须的平均直径为3-8μm，平均长度为80-150μm，松散密度为0.1-0.3g/cm3。
7.根据权利要求1或2所述耐高温天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，所述促进剂为四氢糠胺、二苄基胺、促进剂CZ、促进剂ZIP、乙基黄原酸锌中的一种或者多种的混合物。
8.根据权利要求1或2所述耐高温天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂AW、防老剂A、防老剂OD、防老剂264、N,N’-二苯基-1,3-丙二胺中的一种或者多种的混合物。
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