CN106117644A - 一种高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料 - Google Patents

一种高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其原料包括：天然橡胶、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、氧化锌、硬脂酸、硫磺、高耐磨炉黑、碳纳米管、纳米碳酸钙、蒙脱土、二硼化锆、硫酸钙晶须、木质纤维素短纤维、棉短纤维、促进剂M、促进剂BZ、聚3‑羟基丁酸酯4‑羟基丁酸酯、环氧大豆油、防老剂RD、防老剂MB、对氨基二苯胺、γ‑环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。本发明提出的高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其强度高，抗冲击性能好，耐老化性能优异，使用寿命长。

Description

一种高强度抗冲击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，尤其涉及一种高强度抗冲击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，本发明提出了一种高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其强度高，抗冲击性能好，耐老化性能优异，使用寿命长。
本发明提出的一种高强度抗冲击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、聚氯乙烯10-25份、低密度聚乙烯5-20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物2-10份、氧化锌3-5份、硬脂酸0.5-1.5份、硫磺1-3份、高耐磨炉黑25-35份、碳纳米管5-20份、纳米碳酸钙5-15份、蒙脱土5-10份、二硼化锆2-5份、硫酸钙晶须2-10份、木质纤维素短纤维1-8份、棉短纤维3-12份、促进剂M 0.5-1.5份、促进剂BZ 0.8-2份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯5-10份、环氧大豆油3-10份、防老剂RD 0.2-1份、防老剂MB 0.1-1份、对氨基二苯胺0.5-2份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷1-3份、乙烯基三乙氧基硅烷1-3份。
优选地，其原料中，天然橡胶、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的重量比为100：15-21：10-18：5-9。
优选地，其原料中，高耐磨炉黑、碳纳米管、纳米碳酸钙、蒙脱土、二硼化锆、硫酸钙晶须、木质纤维素短纤维、棉短纤维的重量比为28-32：10-18：9-12：6.5-9：3.2-4.5：4.8-8：3-7：6-10。
优选地，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、聚氯乙烯20份、低密度聚乙烯15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物7份、氧化锌4.2份、硬脂酸1份、硫磺2份、高耐磨炉黑30份、碳纳米管15份、纳米碳酸钙10份、蒙脱土8份、二硼化锆4份、硫酸钙晶须6份、木质纤维素短纤维5份、棉短纤维8份、促进剂M 1.2份、促进剂BZ 1.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯8.5份、环氧大豆油7份、防老剂RD 0.6份、防老剂MB 0.5份、对氨基二苯胺1.3份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷2份、乙烯基三乙氧基硅烷2份。
优选地，所述天然橡胶为改性天然橡胶；所述改性天然橡胶按照以下工艺进行制备：将天然胶乳、干酪素、磷酸钠、去离子水混合均匀后加入高压反应釜中，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯、油酸铵、过氧化氢异丙苯组成的混合液，混合均匀后搅拌10-25min，然后加入三乙烯四胺水溶液，混合均匀后打入二氧化碳至高压反应釜内压力为12-13.8MPa，将高压反应釜置于25-30℃的条件下反应2-3.5h，反应结束后冷却至室温，经洗涤、干燥、丙酮提取后再次干燥得到所述改性天然橡胶；在改性天然橡胶的制备过程中，加入了乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯对天然胶乳进行改性，通过控制反应的条件，使乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯与天然胶乳发生了接枝反应，从而在柔性的天然橡胶长链上引入了CO和-Cl以及硅等基团，使天然橡胶的极性增加，橡胶分子间的相互作用力增大，刚性增强，加入体系中，作为护套材料的主料，提高了护套材料的弹性模量、拉伸强度和硬度。
优选地，在改性天然橡胶的制备过程中，所述天然胶乳的固含量为55-60％，且天然胶乳、乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯的重量比为100:3-10:5-20:5-20。
优选地，在改性天然橡胶的制备过程中，过氧化氢异丙苯的重量为天然胶乳重量的0.7-1.5％；三乙烯四胺水溶液中三乙烯四胺的重量为天然胶乳重量的0.4-1％。
优选地，在改性天然橡胶的制备过程中，干酪素的重量为天然胶乳重量的2-3％，磷酸钠的重量为天然胶乳重量的1-5％，油酸铵的重量为天然胶乳重量的2-5％。
优选地，所述木质纤维素短纤维的直径为10-15μm，长度为2-3mm；棉短纤维长度为1-1.5mm，直径为7-10μm。
本发明所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料可以按照常规的天然橡胶制备工艺，将各原料混合后经混炼、硫化得到。
本发明所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料的原料中，以天然橡胶、聚氯乙烯和低密度聚乙烯为主料，同时加入了乙烯-醋酸乙烯共聚物作为增容剂，实现了体系良好的相容性，提高了护套材料的力学性能，改善了护套材料的加工性能，同时赋予护套材料优异的弹性和韧性；木质纤维素短纤维和棉短纤维加入体系中，在体系中分散均匀，与体系的粘合性好，与耐磨炉黑、碳纳米管、纳米碳酸钙、蒙脱土、二硼化锆、硫酸钙晶须配合，起到了明显的增强作用，在保持混炼胶的硫化特性的同时显著提高了材料的热空气老化性能，同时提高了材料的拉伸强度、撕裂强度和冲击韧性；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，与环氧大豆油配合，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；γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷加入体系中，与乙烯基三乙氧基硅烷配合能与体系中填料表面的羟基发生作用，同时γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷能与对氨基二苯胺进行接枝反应，从而提高了填料在体系中的分散性，进一步提高了护套材料的强度、韧性和热氧老化性能。
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
本发明提出的一种高强度抗冲击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、聚氯乙烯25份、低密度聚乙烯5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、氧化锌3份、硬脂酸1.5份、硫磺1份、高耐磨炉黑35份、碳纳米管5份、纳米碳酸钙15份、蒙脱土10份、二硼化锆2份、硫酸钙晶须10份、木质纤维素短纤维1份、棉短纤维12份、促进剂M 0.5份、促进剂BZ 2份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯5份、环氧大豆油10份、防老剂RD 0.2份、防老剂MB 1份、对氨基二苯胺0.5份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷3份、乙烯基三乙氧基硅烷1份。
实施例2
本发明提出的一种高强度抗冲击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、聚氯乙烯10份、低密度聚乙烯20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物2份、氧化锌5份、硬脂酸0.5份、硫磺3份、高耐磨炉黑25份、碳纳米管20份、纳米碳酸钙5份、蒙脱土5份、二硼化锆5份、硫酸钙晶须2份、木质纤维素短纤维8份、棉短纤维3份、促进剂M 1.5份、促进剂BZ0.8份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯10份、环氧大豆油3份、防老剂RD 1份、防老剂MB 0.1份、对氨基二苯胺2份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷1份、乙烯基三乙氧基硅烷3份；
其中，所述天然橡胶为改性天然橡胶；所述改性天然橡胶按照以下工艺进行制备：将天然胶乳、干酪素、磷酸钠、去离子水混合均匀后加入高压反应釜中，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯、油酸铵、过氧化氢异丙苯组成的混合液，混合均匀后搅拌25min，然后加入三乙烯四胺水溶液，混合均匀后打入二氧化碳至高压反应釜内压力为12MPa，将高压反应釜置于30℃的条件下反应2h，反应结束后冷却至室温，经洗涤、干燥、丙酮提取后再次干燥得到所述改性天然橡胶。
对本实施例制备的高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料进行性能检测，其拉伸强度为29.1MPa，相对伸长率为685％，邵氏A硬度为64度；在空气中，150℃下老化500h后进行性能测试，其拉伸强度下降率为2.1％，拉断伸长下降率为2.9％，邵氏A硬度增加2度。
实施例3
本发明提出的一种高强度抗冲击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、聚氯乙烯21份、低密度聚乙烯10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物9份、氧化锌3.8份、硬脂酸1.2份、硫磺1.8份、高耐磨炉黑32份、碳纳米管10份、纳米碳酸钙12份、蒙脱土9份、二硼化锆3.2份、硫酸钙晶须8份、木质纤维素短纤维3份、棉短纤维10份、促进剂M 0.9份、促进剂BZ1.6份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯8份、环氧大豆油7.5份、防老剂RD 0.5份、防老剂MB 0.8份、对氨基二苯胺1份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷2.1份、乙烯基三乙氧基硅烷1.8份；
其中，所述天然橡胶为改性天然橡胶；所述改性天然橡胶按照以下工艺进行制备：将天然胶乳、干酪素、磷酸钠、去离子水混合均匀后加入高压反应釜中，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯、油酸铵、过氧化氢异丙苯组成的混合液，其中，所述天然胶乳的固含量为60％，且天然胶乳、乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯的重量比为100:3:20:5，过氧化氢异丙苯的重量为天然胶乳重量的1.5％，干酪素的重量为天然胶乳重量的2％，磷酸钠的重量为天然胶乳重量的5％，油酸铵的重量为天然胶乳重量的2％，混合均匀后搅拌10min，然后加入三乙烯四胺水溶液，三乙烯四胺水溶液中三乙烯四胺的重量为天然胶乳重量的1％，混合均匀后打入二氧化碳至高压反应釜内压力为13.8MPa，将高压反应釜置于25℃的条件下反应3.5h，反应结束后冷却至室温，经洗涤、干燥、丙酮提取后再次干燥得到所述改性天然橡胶。
对本实施例制备的高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料进行性能检测，其拉伸强度为28.2MPa，相对伸长率为699％，邵氏A硬度为64度；在空气中，150℃下老化500h后进行性能测试，其拉伸强度下降率为1.8％，拉断伸长下降率为2.5％，邵氏A硬度增加1.5度。
实施例4
本发明提出的一种高强度抗冲击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、聚氯乙烯15份、低密度聚乙烯18份、乙烯-醋酸乙烯共聚物5份、氧化锌4.5份、硬脂酸0.9份、硫磺2.5份、高耐磨炉黑28份、碳纳米管18份、纳米碳酸钙9份、蒙脱土6.5份、二硼化锆4.5份、硫酸钙晶须4.8份、木质纤维素短纤维7份、棉短纤维6份、促进剂M 1.3份、促进剂BZ 1份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯10份、环氧大豆油5份、防老剂RD 1份、防老剂MB 0.3份、对氨基二苯胺1.5份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷1.5份、乙烯基三乙氧基硅烷2.5份；
其中，所述天然橡胶为改性天然橡胶；所述改性天然橡胶按照以下工艺进行制备：将天然胶乳、干酪素、磷酸钠、去离子水混合均匀后加入高压反应釜中，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯、油酸铵、过氧化氢异丙苯组成的混合液，其中，所述天然胶乳的固含量为55％，且天然胶乳、乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯的重量比为100:10:5:20，过氧化氢异丙苯的重量为天然胶乳重量的0.7％，干酪素的重量为天然胶乳重量的3％，磷酸钠的重量为天然胶乳重量的1％，油酸铵的重量为天然胶乳重量的5％，混合均匀后搅拌22min，然后加入三乙烯四胺水溶液，三乙烯四胺水溶液中三乙烯四胺的重量为天然胶乳重量的0.4％，混合均匀后打入二氧化碳至高压反应釜内压力为12.8MPa，将高压反应釜置于28℃的条件下反应2.8h，反应结束后冷却至室温，经洗涤、干燥、丙酮提取后再次干燥得到所述改性天然橡胶。
对本实施例制备的高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料进行性能检测，其拉伸强度为29.8MPa，相对伸长率为697％，邵氏A硬度为66度；在空气中，150℃下老化500h后进行性能测试，其拉伸强度下降率为1.3％，拉断伸长下降率为2.1％，邵氏A硬度增加1度。
实施例5
本发明提出的一种高强度抗冲击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、聚氯乙烯20份、低密度聚乙烯15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物7份、氧化锌4.2份、硬脂酸1份、硫磺2份、高耐磨炉黑30份、碳纳米管15份、纳米碳酸钙10份、蒙脱土8份、二硼化锆4份、硫酸钙晶须6份、木质纤维素短纤维5份、棉短纤维8份、促进剂M 1.2份、促进剂BZ 1.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯8.5份、环氧大豆油7份、防老剂RD 0.6份、防老剂MB 0.5份、对氨基二苯胺1.3份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷2份、乙烯基三乙氧基硅烷2份；
其中，所述天然橡胶为改性天然橡胶；所述改性天然橡胶按照以下工艺进行制备：将天然胶乳、干酪素、磷酸钠、去离子水混合均匀后加入高压反应釜中，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯、油酸铵、过氧化氢异丙苯组成的混合液，其中，所述天然胶乳的固含量为58％，且天然胶乳、乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯的重量比为100:7:12:15，过氧化氢异丙苯的重量为天然胶乳重量的1.2％，干酪素的重量为天然胶乳重量的2.6％，磷酸钠的重量为天然胶乳重量的3.2％，油酸铵的重量为天然胶乳重量的3％，混合均匀后搅拌15min，然后加入三乙烯四胺水溶液，三乙烯四胺水溶液中三乙烯四胺的重量为天然胶乳重量的0.65％，混合均匀后打入二氧化碳至高压反应釜内压力为13.2MPa，将高压反应釜置于26℃的条件下反应3.2h，反应结束后冷却至室温，经洗涤、干燥、丙酮提取后再次干燥得到所述改性天然橡胶；
所述木质纤维素短纤维的直径为10-15μm，长度为2-3mm；棉短纤维长度为1-1.5mm，直径为7-10μm。
对本实施例制备的高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料进行性能检测，其拉伸强度为30.3MPa，相对伸长率为701％，邵氏A硬度为66度；在空气中，150℃下老化500h后进行性能测试，其拉伸强度下降率为1.2％，拉断伸长下降率为2.3％，邵氏A硬度增加1度。
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 (9)

1.一种高强度抗冲击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、聚氯乙烯10-25份、低密度聚乙烯5-20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物2-10份、氧化锌3-5份、硬脂酸0.5-1.5份、硫磺1-3份、高耐磨炉黑25-35份、碳纳米管5-20份、纳米碳酸钙5-15份、蒙脱土5-10份、二硼化锆2-5份、硫酸钙晶须2-10份、木质纤维素短纤维1-8份、棉短纤维3-12份、促进剂M 0.5-1.5份、促进剂BZ 0.8-2份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯5-10份、环氧大豆油3-10份、防老剂RD 0.2-1份、防老剂MB 0.1-1份、对氨基二苯胺0.5-2份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷1-3份、乙烯基三乙氧基硅烷1-3份。
2.根据权利要求1所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，其原料中，天然橡胶、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的重量比为100：15-21：10-18：5-9。
3.根据权利要求1或2所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，其原料中，高耐磨炉黑、碳纳米管、纳米碳酸钙、蒙脱土、二硼化锆、硫酸钙晶须、木质纤维素短纤维、棉短纤维的重量比为28-32：10-18：9-12：6.5-9：3.2-4.5：4.8-8：3-7：6-10。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高强度抗冲击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、聚氯乙烯20份、低密度聚乙烯15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物7份、氧化锌4.2份、硬脂酸1份、硫磺2份、高耐磨炉黑30份、碳纳米管15份、纳米碳酸钙10份、蒙脱土8份、二硼化锆4份、硫酸钙晶须6份、木质纤维素短纤维5份、棉短纤维8份、促进剂M 1.2份、促进剂BZ 1.5份、聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯8.5份、环氧大豆油7份、防老剂RD 0.6份、防老剂MB 0.5份、对氨基二苯胺1.3份、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷2份、乙烯基三乙氧基硅烷2份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，所述天然橡胶为改性天然橡胶；所述改性天然橡胶按照以下工艺进行制备：将天然胶乳、干酪素、磷酸钠、去离子水混合均匀后加入高压反应釜中，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯、油酸铵、过氧化氢异丙苯组成的混合液，混合均匀后搅拌10-25min，然后加入三乙烯四胺水溶液，混合均匀后打入二氧化碳至高压反应釜内压力为12-13.8MPa，将高压反应釜置于25-30℃的条件下反应2-3.5h，反应结束后冷却至室温，经洗涤、干燥、丙酮提取后再次干燥得到所述改性天然橡胶。
6.根据权利要求5所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，在改性天然橡胶的制备过程中，所述天然胶乳的固含量为55-60％，且天然胶乳、乙烯基三乙氧基硅烷、氯乙酸烯丙酯、3-氯丙烯的重量比为100:3-10:5-20:5-20。
7.根据权利要求5或6所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，在改性天然橡胶的制备过程中，过氧化氢异丙苯的重量为天然胶乳重量的0.7-1.5％；三乙烯四胺水溶液中三乙烯四胺的重量为天然胶乳重量的0.4-1％。
8.根据权利要求5-7中任一项所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，在改性天然橡胶的制备过程中，干酪素的重量为天然胶乳重量的2-3％，磷酸钠的重量为天然胶乳重量的1-5％，油酸铵的重量为天然胶乳重量的2-5％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述高强度抗冲击天然橡胶电缆护套材料，其特征在于，所述木质纤维素短纤维的直径为10-15μm，长度为2-3mm；棉短纤维的长度为1-1.5mm，直径为7-10μm。
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