CN107189186B - 一种耐热tpe电缆绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐热TPE电缆绝缘材料及其制备方法，所述电缆绝缘材料包括如下质量份数的原料组分：10‑50份苯乙烯类热塑性弹性体、10‑30份聚烯烃树脂、10‑30份聚苯醚、5‑20份硅橡胶、5‑15份增塑剂、4‑6份矿土和4‑6份助交联剂。所述电缆绝缘材料是通过将配方量的各组分混合后熔融挤出，最后通过电子束照射交联得到。本发明提供的电缆绝缘材料质轻，能够耐150℃高温，且具有较高的抗撕裂性能。

Description

一种耐热TPE电缆绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电缆绝缘材料技术领域，具体涉及一种耐热TPE电缆绝缘材料及其制备方法。
背景技术
热塑性弹性体(TPE)既具有热塑性塑料的加工性能，又具有硫化橡胶的物理性能，安全无毒、质地柔软、手感舒适、回弹性好、防湿滑，还具有环保的特点。此外基于氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)的TPE还具有很高的电绝缘性、耐低温性能。热塑性弹性体正逐步应用于原本只属于硫化橡胶的应用领域。近十余年来，电子电器、通讯与汽车行业的快速发展带来了热塑性弹性体的高速发展，特别是一些高档电子消费品领域，如耳机线、电子线、电源线等。然而现有的热塑性弹性体包括耐撕裂性能、耐老化性能、耐热性能、耐油性能、耐热性、耐水性等性能在内的综合性能较差，目前其应用局限于对上述综合性能要求不高的领域，而对于像电动汽车充电线等对耐撕裂性能、耐热性能和耐油性能等性能要求较高的应用领域来说，现有热塑性弹性体本身性能的不足，限制了其在该领域的发展。而基于交联聚乙烯(XLPE)的电缆材料虽然耐热性能和耐撕裂性能有所提高，但其比重较大，不适用于对电缆材料有轻质要求的应用领域。
CN 106189042A公开了一种具有导热性能阻燃TPE电缆料及其制备方法；CN106366548A公开了一种具有电磁屏蔽的阻燃TPE电缆料及制备方法；CN 106366547A公开了一种耐温耐油无卤阻燃TPE电缆料及其制备方法；CN 106398083A公开了一种耐油无卤阻燃TPE电缆料及其制备方法；CN 104962029A公开一种耐油TPE无卤阻燃电缆料及其制备方法。上述文件公开的TPE电缆材料虽然综合性能得到了明显的提升，但其耐热等级均只能达到125℃，而某些空间密闭，布线密集，散热不良的环境会要求电缆材料能够耐150℃高温。此外，上述文件公开的TPE电缆材料的撕裂强度不超过45kN/m，有待进一步提高。
因此，在本领域期望得到一种具有更高耐热性能、抗撕裂性能，且质轻的TPE电缆绝缘材料。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种耐热TPE电缆绝缘材料及其制备方法。该电缆绝缘材料质轻，能够耐150℃高温，且具有较高的抗撕裂性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种耐热TPE电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：
Figure BDA0001330403110000021
本发明采用硅橡胶作为基体材料之一，并结合矿土，保证电缆绝缘材料具有良好的基础的机械性能和耐热性能，再利用助交联剂和电子束照射使各原料之间发生微交联，在不明显提高材料密度的前提下，使其耐热性能和抗撕裂性能得到大幅提升。
本发明中，所述苯乙烯类热塑性弹性体的质量份数可以是10份、12份、15份、18份、20份、22份、25份、28份、30份、32份、35份、38份、40份、42份、45份、48份或50份等。
所述聚烯烃树脂的质量份数可以是10份、12份、14份、15份、16份、18份、20份、22份、24份、25份、26份、28份或30份等。
所述聚苯醚的质量份数可以是10份、12份、14份、15份、16份、18份、20份、22份、24份、25份、26份、28份或30份等。
所述硅橡胶的质量份数可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。
硅橡胶具有良好的柔韧性，耐寒耐热性能优异，但易被汽油等有机溶剂溶胀。其用量过少则起不到相应的作用，用量过多会使电缆绝缘材料的抗撕裂性能和耐油性能明显下降。
所述增塑剂的质量份数可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。
所述矿土的质量份数可以是4份、4.2份、4.5份、4.8份、5份、5.2份、5.5份、5.8份或6份等。
矿土在合适的用量范围内时，对于电缆绝缘材料的机械强度和耐热性能均有明显的提升作用，但其添加量过多会使电缆绝缘材料整体的相容性变差，冲击强度和撕裂强度下降。
所述助交联剂的质量份数可以是4份、4.2份、4.5份、4.8份、5份、5.2份、5.5份、5.8份或6份等。
作为本发明的优选技术方案，所述电缆绝缘材料包括如下质量份数的原料组分：
Figure BDA0001330403110000041
通过对各原料组分的用量范围进行优选，能够使电缆绝缘材料的抗撕裂性能进一步提高。
作为本发明的优选技术方案，所述电缆绝缘材料的原料组分还包括10-20份(例如可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等)阻燃剂。
优选地，所述阻燃剂为氮系阻燃剂和/或磷系阻燃剂。
优选地，所述氮系阻燃剂选自三聚氰胺、双氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐或三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或至少两种的组合。
优选地，所述磷系阻燃剂选自磷酸盐、次磷酸酯或次磷酸盐、苯基次磷酸盐或二烷基次膦酸盐中的一种或至少两种的组合。
根据实际需要，所述电缆绝缘材料的原料组分还可以包括不超过6份的非阻燃添加剂。本发明对非阻燃添加剂的种类不做具体限定，示例性地可以选择抗氧剂、光稳定剂、润滑剂等。
作为本发明的优选技术方案，所述苯乙烯类热塑性弹性体选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)或氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)中的一种或至少两种的组合；例如可以是SBS与SIS的组合、SBS与SEBS的组合、SBS与SEPS的组合、SIS与SEBS的组合、SIS与SEPS的组合或SEBS与SEPS的组合等。
作为本发明的优选技术方案，所述聚烯烃树脂选自线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯-丁烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物中的一种或至少两种的组合。
优选地，所述聚苯醚的重均分子量为8000-20000；例如可以是8000、9000、10000、11000、12000、13000、14000、15000、16000、17000、18000、19000或20000等。
作为本发明的优选技术方案，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶和/或甲基苯基乙烯基硅橡胶。
更优选地，所述硅橡胶为甲基苯基乙烯基硅橡胶。
优选地，所述增塑剂为白油。
作为本发明的优选技术方案，所述矿土选自蒙脱土、高岭土、硅藻土、膨润土或云母中的一种或至少两种的组合；例如可以是蒙脱土与高岭土的组合、蒙脱土与硅藻土的组合、蒙脱土与云母的组合、高岭土与膨润土的组合、硅藻土与膨润土的组合或硅藻土与云母的组合等。
优选地，所述助交联剂选自三烯丙基三聚氰酸酯(TAC)、三烯丙基异三聚氰酸酯(TAIC)或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)中的一种或至少两种的组合；例如可以是TAC与TAIC的组合、TAC与TMPTMA的组合或TAIC与TMPTMA的组合等。
另一方面，本发明提供一种上述电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料混合；
(2)将各原料的混合物料通过挤出机熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将所述混炼胶料通过电子束照射交联，得到所述耐热TPE电缆绝缘材料。
作为本发明的优选技术方案，步骤(1)中所述混合是在高速混合机中进行。
优选地，所述高速混合机的搅拌速率为400-500r/min；例如可以是400r/min、410r/min、420r/min、430r/min、440r/min、450r/min、460r/min、470r/min、480r/min、490r/min或500r/min等。
优选地，所述混合的时间为10-20min；例如可以是10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等。
优选地，步骤(2)中所述挤出机为双螺杆挤出机。
优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400-650r/min；例如可以是400r/min、420r/min、450r/min、480r/min、500r/min、520r/min、550r/min、580r/min、600r/min、620r/min或650r/min等。
优选地，所述熔融挤出的温度为180-250℃；例如可以是180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃等。
优选地，步骤(3)中所述电子束的照射剂量为1-5Mrad；例如可以是1Mrad、1.5Mrad、2Mrad、2.5Mrad、3Mrad、3.5Mrad、4Mrad、4.5Mrad或5Mrad等。
电子束的照射剂量和助交联剂的用量决定电缆绝缘材料的交联度，本发明中电缆绝缘材料的交联度不能过大，否则对材料的密度有较大影响。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在400-500r/min的搅拌速率下混合10-20min；
(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为400-650r/min，在180-250℃下熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将所述混炼胶料通过1-5Mrad的电子束照射交联，得到所述耐热TPE电缆绝缘材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用硅橡胶作为基体材料之一，并结合矿土，保证电缆绝缘材料具有良好的基础的机械性能和耐热性能，再利用助交联剂和电子束照射使各原料之间发生微交联，在不明显提高材料密度的前提下，使其耐热性能和抗撕裂性能得到大幅提升。
本发明提供的电缆绝缘材料的密度为1.04-1.06g/cm3，硬度(邵氏A)为80-90，拉伸强度为16-20MPa，断裂伸长率为320-450％，撕裂强度为50-55N/mm，且能够通过ISO6722-1:2011的长期老化测试(150℃，3000h)，短期老化测试(175℃，240h)和热过载测试(200℃，6h)。
添加阻燃剂后，本发明提供的电缆绝缘材料具有良好的阻燃性能，能够达到UL1581VW-1水平。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种耐热TPE电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：
Figure BDA0001330403110000071
Figure BDA0001330403110000081
其中，聚苯醚的重均分子量为8000。
上述耐热TPE电缆绝缘材料的制备方法如下：
(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在400r/min的搅拌速率下混合20min；
(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为400r/min，在250℃下熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将混炼胶料通过1Mrad的电子束照射交联，得到上述耐热TPE电缆绝缘材料。
实施例2
一种耐热TPE电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：
Figure BDA0001330403110000082
其中，聚苯醚的重均分子量为8000。
上述耐热TPE电缆绝缘材料的制备方法如下：
(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在500r/min的搅拌速率下混合10min；
(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为650r/min，在180℃下熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将混炼胶料通过5Mrad的电子束照射交联，得到上述耐热TPE电缆绝缘材料。
实施例3
一种耐热TPE电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：
Figure BDA0001330403110000091
其中，聚苯醚的重均分子量为20000。
上述耐热TPE电缆绝缘材料的制备方法如下：
(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在450r/min的搅拌速率下混合15min；
(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为500r/min，在200℃下熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将混炼胶料通过3Mrad的电子束照射交联，得到上述耐热TPE电缆绝缘材料。
实施例4
一种耐热TPE电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：
Figure BDA0001330403110000101
其中，聚苯醚的重均分子量为20000。
上述耐热TPE电缆绝缘材料的制备方法如下：
(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在420r/min的搅拌速率下混合12min；
(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为450r/min，在210℃下熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将混炼胶料通过2Mrad的电子束照射交联，得到上述耐热TPE电缆绝缘材料。
实施例5
一种耐热TPE电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：
Figure BDA0001330403110000102
Figure BDA0001330403110000111
其中，聚苯醚的重均分子量为10000。
上述耐热TPE电缆绝缘材料的制备方法如下：
(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在480r/min的搅拌速率下混合18min；
(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为550r/min，在220℃下熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将混炼胶料通过4Mrad的电子束照射交联，得到上述耐热TPE电缆绝缘材料。
实施例6
一种耐热TPE电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：
Figure BDA0001330403110000112
Figure BDA0001330403110000121
其中，聚苯醚的重均分子量为10000。
上述耐热TPE电缆绝缘材料的制备方法如下：
(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在450r/min的搅拌速率下混合15min；
(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为500r/min，在190℃下熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将混炼胶料通过2Mrad的电子束照射交联，得到上述耐热TPE电缆绝缘材料。
对比例1
与实施例1的区别在于硅橡胶的质量份数为3份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别在于硅橡胶的质量份数为23份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别在于矿土的质量份数为3份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例4
与实施例1的区别在于矿土的质量份数为7份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例5
与实施例1的区别在于助交联剂的用量为0，且不对混炼胶料进行电子束照射。
对上述实施例1-6和对比例1-5提供的电缆绝缘材料的性能进行测试，测试标准和结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0001330403110000131
由表1的性能数据可知，交联对电缆绝缘材料的性能有较大影响，当不交联时，材料的耐热性、硬度、拉伸强度和撕裂强度均有明显的下降。当硅橡胶或矿土的用量过少时，得到的电缆绝缘材料的耐热性能下降；当硅橡胶或矿土的用量过多时，则会导致电缆绝缘材料的拉伸强度和撕裂强度明显降低。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (18)

1.一种耐热150℃的TPE电缆绝缘材料，其特征在于，所述电缆绝缘材料包括如下质量份数的原料组分：
Figure FDA0002454148420000011
所述苯乙烯类热塑性弹性体选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或至少两种的组合；
聚烯烃树脂选自线性低密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丁烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物中的一种或至少两种的组合；
所述聚苯醚的重均分子量为8000-20000；
所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶和/或甲基苯基乙烯基硅橡胶；
所述矿土选自蒙脱土、高岭土、硅藻土、膨润土或云母中的一种或至少两种的组合；
所述电缆绝缘材料经过电子束照射交联。
2.根据权利要求1所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述电缆绝缘材料包括如下质量份数的原料组分：
Figure FDA0002454148420000012
Figure FDA0002454148420000021
3.根据权利要求1或2所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述电缆绝缘材料的原料组分还包括10-20份阻燃剂。
4.根据权利要求3所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述阻燃剂为氮系阻燃剂和/或磷系阻燃剂。
5.根据权利要求4所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述氮系阻燃剂选自三聚氰胺、双氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐或三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求4所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述磷系阻燃剂选自磷酸盐、次磷酸酯或次磷酸盐、苯基次磷酸盐或二烷基次膦酸盐中的一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1所述的电缆绝缘料，其特征在于，所述硅橡胶为甲基苯基乙烯基硅橡胶。
8.根据权利要求1所述的电缆绝缘料，其特征在于，所述增塑剂为白油。
9.根据权利要求1所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述助交联剂选自三烯丙基三聚氰酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或至少两种的组合。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料混合；
(2)将各原料的混合物料通过挤出机熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将所述混炼胶料通过电子束照射交联，得到所述耐热TPE电缆绝缘材料。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合是在高速混合机中进行。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述高速混合机的搅拌速率为400-500r/min。
13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述混合的时间为10-20min。
14.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述挤出机为双螺杆挤出机。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400-650r/min。
16.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出的温度为180-250℃。
17.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述电子束的照射剂量为1-5Mrad。
18.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在400-500r/min的搅拌速率下混合10-20min；
(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，螺杆转速为400-650r/min，在180-250℃下熔融挤出，得到混炼胶料；
(3)将所述混炼胶料通过1-5Mrad的电子束照射交联，得到所述耐热TPE电缆绝缘材料。
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Pledgor: GUANGDONG OMG TRANSMITTING TECHNOLOGY Co.,Inc.

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