CN108203531B - 一种耐水油阻燃辐照交联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水油阻燃辐照交联绝缘材料，原料包括以下重量份计的组分：三元乙丙橡胶：70‑90份、高苯乙烯橡胶：10‑30份、高岭土：20‑30份、炭黑：5‑15份、氢氧化镁：50‑70份、阻燃剂：30‑60份、石蜡油：20‑35份、低分子量1，2－聚丁二烯：5‑10份、氧化锌：4‑10份、硬脂酸：0.5‑2.0份、防老剂：2‑4份、石蜡：2‑5份、硅烷偶联剂：1‑2份和敏化剂：3‑5份。本发明提供的交联绝缘材料，与现有改性橡胶相比，抗热老化性能明显优于高温蒸气硫化天然/丁苯橡胶绝缘料、高温蒸气硫化三元乙丙橡胶绝缘料和高温蒸气硫化氯化聚乙烯橡胶绝缘料，20℃浸水绝缘电阻达到了6820 MΩ.km，超过了标准要求的86%，绝缘性能良好，提升了三元乙丙绝缘料的综合性能。

Description

一种耐水油阻燃辐照交联绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电线电缆用绝缘配方技术领域，具体涉及一种耐水油阻燃辐照交联绝缘材料及其制备方法。
背景技术
单体的基团决定橡胶的极性，单体所含取代基极性越强，橡胶的极性越强。非极性橡胶是指分子结构中不含极性基团的一类橡胶，分为饱和与不饱和非极性橡胶，不饱和非极性橡胶有NR、SBR、BR和IR；饱和非极性橡胶有EPM、EPDM和IIR，非极性橡胶电绝缘性能良好。极性橡胶指含有极性官能团的橡胶，也分为饱和极性橡胶与不饱和极性橡胶，不饱和极性橡胶有NBR和CR，饱和极性橡胶有FPM、CPE、ACM、CSM和丁砒橡胶。由于极性橡胶主链上不含双键，故其具有优良的耐候性、耐臭氧性、耐热性、耐油性和耐化学药品性等特点，在建筑、电气、汽车、轮船以及涂料等行业具有广泛的应用，然而极性橡胶易吸水、电绝缘性能极差。
三元乙丙橡胶具有低密度、高填充、耐热、耐臭氧、耐腐蚀、耐水蒸气、耐过热水和柔软等性能，适合使用于电线电缆绝缘材料，但三元乙丙橡胶是非极性橡胶，与极性橡胶（如氯化聚乙烯橡胶、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶等）相比，三元乙丙橡胶的耐油性和阻燃性很差，所以限制了三元乙丙橡胶在对耐油、阻燃等要求高的电线电缆绝缘材料上的使用。而极性橡胶在电缆电缆绝缘胶料上使用也有很大的弊端，因其易吸水，同时电绝缘性能极差。现有部分厂家采用将三元乙丙橡胶与极性橡胶并用的方法，改善三元乙丙橡胶的耐油性及阻燃性，但并用极性橡胶后，三元乙丙橡胶的电绝缘性能大幅下降，难以符合电线电缆产品的高绝缘性能要求。CN107057197A公开了一种碳纤维增强三元乙丙橡胶材料，原料含有重量份计的以下材料：三元乙丙橡胶100份、碳纤维30~45份、酚醛树脂15~20份、白炭黑为10~20份、硬脂酸为0.5~1份、促进剂M为1.5~2份、促进剂TMTD为1.5~2份和沉降硫磺为1~2份。由于三元乙丙橡胶为非极性橡胶体系，采用碳纤维原丝增强，原丝表面未进行处理，提高了其相容性，通过特殊的制备方法，得到的材料性能稳定，界面结合性好，碳纤维原丝的长度得到控制，有效提高了其耐烧蚀性能，然而该发明制备的橡胶材料耐水油性能未知。CN102964650A提供了一种改性非极性橡胶的制备方法，包括将非极性橡胶、极性树脂与配合剂在溶剂中反应，得到改性非极性橡胶，配合剂包括偶联剂，由于偶联剂具有极性基团与非极性基团，使极性树脂与非极性橡胶具有较好的相容性，从而实现极性树脂改性非极性橡胶的目的，使改性后的非极性橡胶具有较好的耐油性与耐老化性。另一方面，极性树脂、配合剂与非极性橡胶在溶剂中混合，避免了配合剂在橡胶中分散不均而团聚的问题，使配合剂充分发挥作用，实现了非极性橡胶的改性，实验结果表明，改性后的非极性橡胶的耐油性提高了15~60%，耐老化性提高了5~15%，然而该发明的阻燃及绝缘性能未知。
综上所述，还需要开发一种交联绝缘料，该材料不仅应具有很好的耐高低温老化、耐候、耐臭氧老化、抗紫外线老化和高绝缘电阻等性能，还应具有优异的耐水性、耐油性和阻燃性。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种耐水油阻燃辐照交联绝缘材料。
本发明的目的之二是提供上述绝缘材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，原料包括以下重量份计的组分：
三元乙丙橡胶：70-90份，
高苯乙烯橡胶：10-30份，
高岭土：20-30份，
炭黑：5-15份，
氢氧化镁：50-70份，
阻燃剂：30-60份，
石蜡油：20-35份，
低分子量 1，2－聚丁二烯：5-10份，
氧化锌：4-10份，
硬脂酸：0.5-2.0份，
防老剂：2-4份，
石蜡：2-5份，
硅烷偶联剂：1-2份，
敏化剂：3-5份。
优选地，所述三元乙丙橡胶是Nordel IP 4770。
进一步优选地，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度ML1+4 125℃是70，乙烯含量为70%，ENB含量为4.9 %。
优选地，所述高苯乙烯橡胶中，结合苯乙烯的含量为65~70 %，门尼粘度ML1+4 100℃是45~60。
优选地，所述高岭土的粒径D50≤2.0 μm，D90≤10 μm。
进一步优选地，所述高岭土的二氧化硅含量≥50 %，三氧化二铝含量为40-46%，三氧化二铁含量≤0.2 %。
优选地，所述炭黑是N660炭黑。
进一步优选地，所述炭黑的吸碘值为36±5 g/kg，DBP吸油值为90±5 cm3/100 g，符合PAHS环保二类要求。
优选地，所述氢氧化镁的粒径D50：≤2.0 μm。
进一步优选地，所述氢氧化镁的灼烧失重≥30 %。
优选地，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑中的至少一种。
进一步优选地，所述十溴二苯乙烷和三氧化二锑的重量比为（25~45）:（5-15）。
优选地，所述石蜡油40℃的运动粘度≥500 mm2/s，闪点≥260℃。
进一步优选地，所述石蜡油的苯胺点≥110℃，酸值≤0.1 mg KOH/g；
优选地，所述低分子量1，2－聚丁二烯是Ricon153和Ricon154中的至少一种。
进一步优选地，所述低分子量1，2－聚丁二烯为美国沙多玛公司生产的Ricon153和Ricon154中的至少一种。
优选地，所述防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和2-硫醇基苯并咪唑中的至少一种。
进一步优选地，所述2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和2-硫醇基苯并咪唑的重量比为（1~2）:（1~2）。
优选地，所述硅烷偶联剂是乙烯基三（2-甲氧基乙氧基）硅烷。
优选地，所述的敏化剂是三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
进一步优选地，三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的重量比为：（1~2）：（2~3）。
一种耐水油阻燃辐照交联绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例各组分原料，依次向密炼机中加入三元乙丙橡胶、高苯乙烯橡胶 、炭黑、硬脂酸、石蜡、防老剂 、高岭土、低分子量1，2－聚丁二烯、敏化剂和偶联剂后密炼120s；
（2）向步骤（1）的密炼混合物中依次加入氧化锌、阻燃剂、氢氧化镁和石蜡油，密炼180s，清扫翻料后继续密炼120s，再次翻料后，密炼60 s然后卸料；
（3）过滤步骤（2）密炼后的胶料，在开炼机上进一步混炼，于自动翻料机翻料240秒后过滤；
（4）将步骤（3）处理后的胶料辗页成胶片。
优选地，步骤（1）所述密炼机转速35 rpm，工作气压0.6~0.75 MPa。
优选地，步骤（2）的卸料温度为145±5℃。
优选地，步骤（2）所述的过滤网目数选用100目。
优选地，步骤（4）所述胶片收料温度控制在45℃以下。
优选地，步骤（4）辗页所用的设备为三滚压延机。
本发明的有益效果
（1）与现有改性橡胶相比，本发明提供的交联绝缘材料，抗热老化性能明显优于高温蒸气硫化天然/丁苯橡胶绝缘料、高温蒸气硫化三元乙丙橡胶绝缘料和高温蒸气硫化氯化聚乙烯橡胶绝缘料；
（2）本发明提供的交联绝缘材料20℃浸水绝缘电阻达到了6820 MΩ.km，超过了标准要求的86 %，绝缘性能良好；
（3）采用本发明所供方法制备的交联绝缘材料，提升了三元乙丙绝缘料的综合性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本发明提供了耐水油阻燃辐照交联绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按比例各组分原料，依次向密炼机中加入三元乙丙橡胶、高苯乙烯橡胶 、炭黑、硬脂酸、石蜡、防老剂 、高岭土、低分子量1，2－聚丁二烯、敏化剂和偶联剂后密炼120s；
（2）向步骤（1）的密炼混合物中依次加入氧化锌、阻燃剂、氢氧化镁和石蜡油，密炼180s，清扫翻料后继续密炼120s，再次翻料后，密炼60 s然后卸料；
（3）过滤步骤（2）密炼后的胶料，在开炼机上进一步混炼，于自动翻料机翻料240秒后过滤；
（4）将步骤（3）处理后的胶料辗页成胶片。
其中，步骤（1）的密炼机转速为35 rpm，工作气压0.6~0.75 MPa，步骤（2）的卸料温度为145±5℃，步骤（3）所述的过滤网目数选用100目，步骤（4）胶片收料温度控制在45℃以下，辗页所用的设备为三滚压延机。
实施例2
本实施例提供了耐水油阻燃辐照交联绝缘材料的三种配方，具体如表1所示。
表1 三种耐水油阻燃辐照交联绝缘材料的配方明细
Figure DEST_PATH_IMAGE001
将表1中配方A、配方B和配方C，按照实施例1提供的方法制备，即得到三种对应的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料A、B和C，将配方C得到的橡胶与高温蒸气硫化天然/丁苯橡胶绝缘料、高温蒸气硫化三元乙丙橡胶绝缘料和高温蒸气硫化氯化聚乙烯橡胶绝缘料的性能进行比较，具体如表2所示。
表2 橡胶性能比较结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由上表测试结果可以看出，本发明的耐油耐水阻燃辐照交联三元乙丙橡胶绝缘料各项性能均能达到并超过国际标准要求，优于国产高温蒸气硫化绝缘料，解决了普通三元乙丙橡胶绝缘料耐水绝缘电阻不稳定、不耐油、不阻燃的缺陷问题。

Claims (9)

1.一种耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，其特征在于，原料包括以下重量份计的组分：
三元乙丙橡胶：70～90份，
高苯乙烯橡胶：10～30份，
高岭土：20～30份，
炭黑：5～15份，
氢氧化镁：50～70份，
阻燃剂：30～60份，
石蜡油：20～35份，
低分子量1，2－聚丁二烯：5～10份，
氧化锌：4～10份，
硬脂酸：0.5～2.0份，
防老剂：2～4份，
石蜡：2～5份，
硅烷偶联剂：1～2份，
敏化剂：3～5份，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，其特征在于，所述的三元乙丙橡胶是Nordel IP 4770。
3.根据权利要求1所述的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，其特征在于，所述高岭土的粒径D50≤2.0 μm，D90≤10 μm。
4.根据权利要求1所述的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，其特征在于，所述炭黑是N660炭黑。
5.根据权利要求1所述的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，其特征在于，所述氢氧化镁的粒径D50：≤2.0 μm。
6.根据权利要求1所述的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，其特征在于，所述石蜡油40℃的运动粘度≥500mm2/s，闪点：≥260℃。
7.根据权利要求1所述的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，其特征在于，所述低分子量1，2－聚丁二烯是Ricon153和Ricon154中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料，其特征在于，所述防老剂为2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体和2-硫醇基苯并咪唑中的至少一种。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的耐水油阻燃辐照交联绝缘材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
（1）按比例称取各组分原料，依次向密炼机中加入三元乙丙橡胶、高苯乙烯橡胶、炭黑、硬脂酸、石蜡、防老剂、高岭土、低分子量1，2－聚丁二烯、敏化剂和硅烷偶联剂后密炼120s；
（2）向步骤（1）的密炼混合物中依次加入氧化锌、阻燃剂、氢氧化镁和石蜡油，密炼180s，清扫翻料后继续密炼120 s，然后再次翻料后，密炼60 s卸料，卸料温度为145±5℃；
（3）过滤步骤（2）密炼后的胶料，在开炼机上进一步混炼后，于自动翻料机翻料240 s；
（4）将步骤（3）处理后的胶料辗页成胶片。
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Physico-mechanical properties and automotive fuel resistance;Sarawut Prasertsri;《Journal of Polymer Research》;20161019;第23卷(第11期);228:1-7 *

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CN108203531A (zh) 2018-06-26

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