CN108429218B - 采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用退役聚合物绝缘子橡胶及芯棒粉末掺杂制备而成的电缆沟盖板及其制备方法，通过将退役绝缘子橡胶及芯棒粉碎，作为填料分别添加入硅橡胶及玻璃纤维增强环氧树脂中并经高温模压固化，制备出复合树脂电缆沟盖板，首次实现了退役绝缘子材料在电缆沟盖板制备领域的回收再利用，测试表明，根据上述制备方法制备得到的电缆沟盖板各项性能参数为优，其力学性能及热学性能测试数据结果均高于普通混凝土盖板及钢纤维增强混凝土盖板。本发明首次实现了在不影响复合树脂盖板的各方面性能的条件下达到了回收利用大量退役绝缘子材料的技术效果，在废旧高分子材料回收利用、节约能源、材料可持续发展方面具有重要意义和应用价值。
Description
技术领域
本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板的方法。
背景技术
需要指出的是，本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
随着我国城市化的快速推进，市政建设等基础设施建设中对电缆沟盖板的需求正越来越大，其被广泛地应用于新建电线、电缆、光缆等线路的地下管道铺设工程。然而，长期以来，电缆沟盖板材料一直采用铸铁、水泥制作，承载力弱、安全性差、使用寿命短等等技术问题。
复合树脂电缆沟盖板，是一种比较有发展前景和应用价值的新型电缆沟盖板，其是以新型树脂材料为基础，辅以玻璃纤维、矿石、改性剂等多种填充剂制备而成，复合树脂电缆沟盖板具有防盗性强、承载力大、使用寿命长、可个性化定制、美观环保等优点。
然而，在复合树脂电缆沟盖板的生产制备和服役周期中，也一直存在着绝缘子资源浪费、绝缘子芯棒废料污染、生产成本高等等诸多技术问题。具体而言，聚合物绝缘子主要由玻纤复合材料芯棒和硅橡胶伞套构成，随着运行年限的增加，聚合物绝缘子逐渐老化，造成绝缘子表面憎水性降低，耐污闪性能变差，绝缘的可靠性下降，严重影响电网安全稳定运行，需定期进行材料更迭，因橡胶老化产生的绝缘子废料量也因而大量增长，造成严重的资源浪费和环境污染问题。
本发明尝试将退役绝缘子橡胶及芯棒进行粉碎对复合树脂沟盖板进行掺杂，在不严重影响复合树脂沟盖板性能的前提下，拟解决退役绝缘子芯棒的回收再利用问题，这将对节约能源、材料可持续发展具有重要意义和应用价值。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板的方法，以解决复合树脂电缆沟盖板服役周期中存在的退役绝缘子芯棒的回收再利用问题。详细的技术方案如下：
一种采用退役绝缘子橡胶和芯棒粉末掺杂制备而成的电缆沟盖板，所述电缆沟盖板组成包括上层、下层，其中：
上层为橡胶复合层，其组成包括硅橡胶、改性退役绝缘子橡胶粉末、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂、玻璃纤维、固化剂、低收缩添加剂；
下层为树脂复合层，其组成包括改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末、环氧树脂、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂、玻璃纤维、固化剂、低收缩添加剂；
位于上层的橡胶复合层和位于下层的树脂复合层之间紧密结合，构成整体的电缆沟盖板。
进一步地，所述橡胶复合层中的硅橡胶、退役绝缘子填料、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂的质量比关系满足以下约束条件：100：(5～30)：(0～60)：(0～10)：(0.01～0.05)：(2～20)。
进一步地，所述树脂复合层中的环氧树脂、玻璃纤维布、固化剂、低收缩添加剂、改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末的质量比关系满足以下约束条件：100：(20～200)：(30～80)：(0.01～10)：(0.01～20)。
进一步地，所述改性退役绝缘子橡胶填料为硅橡胶粉体表面改性剂，是一种硅烷偶联剂组合物，其结构式III、结构式Ⅳ分别表示如下：
结构式III：
结构式Ⅳ：
式中，n＝0，1，2，3；
R为-CH、-CHCH、-(CH)CH、-CH(CH)、-(CH)CH、-CHCH(CH)、-(CH)CH、-CHC(CH)或Ph-；
R为-CH、-CHCH、-(CH)CH、-CH(CH)、-(CH)CH、-CHCH(CH)、-(CH)CH、-CHC(CH)或Ph-。
进一步地，所述硫化剂为过氧化二异丙苯和/或2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)已烷。
所述铂催化剂为二氧化铂、氯铂酸和铂的络合物中的一种及以上。
所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶中的一种及以上。
所述橡胶填料为二氧化硅粉体。
所述玻璃纤维为普通市售玻璃纤维。
所述改性退役绝缘子芯棒粉末为应用硅烷偶联剂对芯棒粉末进行表面改性后的粉末，颗粒大小为200～600目。
所述环氧树脂为液态常用环氧树脂。
进一步地，所述固化剂为脂环族多胺、叔胺、咪唑类以及三氟化硼络合物、芳香族多胺、酸酐、甲基酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺、酰肼等中的一种或几种，用量根据使用的环氧树脂型号确定最优。
进一步地，所述低收缩添加剂为聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素醋酸丁酯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、饱和聚酯、聚己内酯、聚氨酯等中的一种或几种。
本发明还提供了一种采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板的方法，包括以下步骤，并且严格按照以下步骤顺序进行：
步骤一：室温下，应用开炼机将一定量的硅橡胶生胶、改性退役绝缘子橡胶粉、二氧化硅、含氢硅油、铂催化剂进行混合，薄通后加入适量的硫化剂，继续混合直至均匀得到混炼胶。
步骤二：对混炼胶进行切片并置于一定尺寸的模具中硫化，获得改性退役绝缘子橡胶粉末掺杂硅橡胶复合材料，即橡胶复合层。
步骤三：室温下，制备环氧树脂、固化剂、低收缩添加剂及改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末的混合物按照质量比例混合均匀。
步骤四：将玻璃纤维粗纱置于步骤三所制备的混合物中，充分浸润。
步骤五：将步骤四所得的物质置于模具中，进行高温模压固化，即得改性退役绝缘子芯棒粉末掺杂环氧树脂的树脂复合层。
步骤六：将表面尺寸相同的橡胶复合层(由步骤二得到)及树脂复合层(由步骤五的到)应用环氧树脂及室温固化剂进行粘合，一定时间固化完成后即得新型复合树脂电缆沟盖板。
进一步地，所述步骤二中硫化条件为，温度155～200℃、压力5～15MPa、硫化时间15～240min。
进一步地，所述步骤五中固化条件为第一阶段，温度70℃～90℃，时间0.5～1h，压力0～5MPa；
第二阶段，温度100℃～140℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa；
第三阶段，温度150℃～190℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa；
第四阶段，温度150℃～190℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa。
进一步地，所述步骤六中固化制度为：室温，时间0.1～2h。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
本发明所公开的一种采用退役聚合物绝缘子橡胶及芯棒粉末掺杂制备电缆沟盖板的方法，通过将退役绝缘子橡胶及芯棒粉碎，作为填料分别添加入硅橡胶及玻璃纤维增强环氧树脂中并经高温模压固化，制备出复合树脂电缆沟盖板，首次实现了退役绝缘子材料在电缆沟盖板制备领域的回收再利用。本发明所制备的电缆沟盖板性能参数更优，具体而言，通过抗冲击韧性试验仪、热变形维卡温度测量仪、电子万能试验机对制备的退役绝缘子橡胶及芯棒粉末掺杂复合树脂电缆沟盖板进行了力学性能及热学性能测试，得到了相关性能数据，数据结果均高于普通混凝土盖板及钢纤维增强混凝土盖板。
本发明在不影响复合树脂盖板的各方面性能的条件下达到了回收利用大量退役绝缘子材料的效果，在废旧高分子材料回收利用、节约能源、材料可持续发展方面具有重要探索意义和应用价值。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地给出了根据本发明实施方式制备得到的复合树脂电缆沟盖板结构示意图。
图中11为橡胶复合层；12为树脂复合层；1为制备得到的电缆沟盖板。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板，具体实施方式如下。
实施例1：
一种采用退役绝缘子橡胶和芯棒粉末掺杂制备而成的电缆沟盖板，所述电缆沟盖板组成包括上层、下层，其中：
所述上层为橡胶复合层11，其组成包括硅橡胶、改性退役绝缘子橡胶粉末、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂、玻璃纤维、固化剂、低收缩添加剂；
所述下层为树脂复合层12，其组成包括改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末、环氧树脂、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂、玻璃纤维、固化剂、低收缩添加剂；
位于上层的橡胶复合层11和位于下层的树脂复合层12之间紧密结合，构成整体的电缆沟盖板1。
进一步地，所述橡胶复合层11中的硅橡胶、退役绝缘子填料、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂的质量比关系满足以下约束条件：100：(5～30)：(0～60)：(0～10)：(0.01～0.05)：(2～20)。
进一步地，所述树脂复合层12中的环氧树脂、玻璃纤维布、固化剂、低收缩添加剂、改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末的质量比关系满足以下约束条件：100：(20～200)：(30～80)：(0.01～10)：(0.01～20)。
进一步地，所述改性退役绝缘子橡胶填料为硅橡胶粉体表面改性剂，是一种硅烷偶联剂组合物，其结构式III、结构式Ⅳ分别为：
结构式III：
结构式Ⅳ：
式中，n＝0，1，2，3；
R为-CH、-CHCH、-(CH)CH、-CH(CH)、-(CH)CH、-CHCH(CH)、-(CH)CH、-CHC(CH)或Ph-；
R为-CH、-CHCH、-(CH)CH、-CH(CH)、-(CH)CH、-CHCH(CH)、-(CH)CH、-CHC(CH)或Ph-。
进一步地，所述硫化剂为过氧化二异丙苯和/或2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)已烷。
所述铂催化剂为二氧化铂、氯铂酸和铂的络合物中的一种及以上。
所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶中的一种及以上。
所述橡胶填料为二氧化硅粉体。
所述玻璃纤维为普通市售玻璃纤维。
所述改性退役绝缘子芯棒粉末为应用硅烷偶联剂对芯棒粉末进行表面改性后的粉末，颗粒大小为200～600目。
所述环氧树脂为液态常用环氧树脂。
进一步地，所述固化剂为脂环族多胺、叔胺、咪唑类以及三氟化硼络合物、芳香族多胺、酸酐、甲基酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺、酰肼等中的一种或几种，用量根据使用的环氧树脂型号确定最优。
进一步地，所述低收缩添加剂为聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素醋酸丁酯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、饱和聚酯、聚己内酯、聚氨酯等中的一种或几种。
本发明还提供了一种采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板的方法。
首先是位于上层的橡胶复合层11的制备，具体步骤是：室温下，采用开炼机将硅橡胶生胶、改性退役绝缘子橡胶粉、二氧化硅、含氢硅油、铂催化剂按照100：5：40：7：0.01的质量比例进行混合，薄通15次后加入5份双二五硫化剂，继续混合直至均匀得到混炼胶。对混炼胶进行切片并置于一定尺寸的模具中硫化，硫化制度为175℃、20min，压力10MPa，获得改性退役绝缘子橡胶粉末掺杂硅橡胶复合材料，即橡胶复合层11。
其次是位于下层的橡胶复合层11的制备，具体步骤是：室温下制备环氧树脂、乙二胺、聚氨酯及改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末的混合物按照质量比例100：32：1：10混合均匀。将玻璃纤维粗纱100份置于所制备的混合物中，充分浸润；将所得的物质置于模具中，在100℃、5MPa条件下硫化3h，即得退役绝缘子芯棒粉末掺杂的树脂复合层12。
最后，将表面尺寸相同的橡胶复合层11及树脂复合层12采用环氧树脂及室温固化剂进行粘合，20min固化完成后即得新型复合树脂电缆沟盖板1。经测试，其抗压强度为55MPa，抗折强度为8.7MPa，弹性模量为4.2GPa，抗冲击韧性为7.1kJ/m2。测试方法是采用GB/T 528-2009和GB/T 529-2008，试样为哑铃型，宽度6mm，试验机移动速度500mm/min。
具体步骤如下：
步骤一：室温下，应用开炼机将一定量的硅橡胶生胶、改性退役绝缘子橡胶粉、二氧化硅、含氢硅油、铂催化剂进行混合，薄通后加入适量的硫化剂，继续混合直至均匀得到混炼胶。
步骤二：对混炼胶进行切片并置于一定尺寸的模具中硫化，获得改性退役绝缘子橡胶粉末掺杂硅橡胶复合材料，即橡胶复合层。
步骤三：室温下，制备环氧树脂、固化剂、低收缩添加剂及改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末的混合物按照质量比例混合均匀。
步骤四：将玻璃纤维粗纱置于步骤三所制备的混合物中，充分浸润。
步骤五：将上述步骤四所得的物质置于模具中，进行高温模压固化，即得改性退役绝缘子芯棒粉末掺杂环氧树脂的树脂复合层。
步骤六：将表面尺寸相同的橡胶复合层(由步骤二得到)及树脂复合层(由步骤五的到)应用环氧树脂及室温固化剂进行粘合，一定时间固化完成后即得新型复合树脂电缆沟盖板。
其中，所述步骤二中硫化条件为，温度155～200℃、压力5～15MPa、硫化时间15～240min；所述步骤五中固化条件为第一阶段，温度70℃～90℃，时间0.5～1h，压力0～5MPa；
并且，第二阶段，温度100℃～140℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa；第三阶段，温度150℃～190℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa；第四阶段，温度150℃～190℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa。优选地，所述步骤六中固化制度为：室温，时间0.1～2h。
实施例2：
为了进一步优化技术效果，本发明还做了进一步改进，在其它技术特征与实施例1相同的情况下，实施例2对上述实施例1从以下方面进行改进：
室温下，采用开炼机将硅橡胶生胶、改性退役绝缘子橡胶粉、二氧化硅、含氢硅油、铂催化剂按照100：15：30：5：0.02的质量比例进行混合，薄通15次后加入6.2份双二五硫化剂，继续混合直至均匀得到混炼胶；对混炼胶进行切片并置于一定尺寸的模具中硫化，硫化制度为185℃、17min，压力12MPa，获得改性退役绝缘子橡胶粉末掺杂硅橡胶复合材料，即橡胶复合层11。
室温下，按照质量比例100：22：4：15制备环氧树脂、间苯二甲胺、聚氯乙烯及改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末的混合物混合均匀；将玻璃纤维110份置于所制备的混合物中，充分浸润；将所得的物质置于模具中，于120℃、7MPa下硫化2h，即得退役绝缘子芯棒粉末掺杂的树脂复合层12。
将表面尺寸相同的橡胶复合层11及树脂复合层12采用环氧树脂及室温固化剂进行粘合，30min固化完成后即得新型复合树脂电缆沟盖板1。
测试数据表明，制备得到的新型复合树脂电缆沟盖板1抗压强度为52MPa，抗折强度为8.5MPa，弹性模量为3.9GPa，抗冲击韧性为6.0kJ/m2，数据结果均高于普通混凝土盖板及钢纤维增强混凝土盖板，具有重要的应用价值。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合，文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种采用退役绝缘子橡胶和芯棒粉末掺杂制备而成的电缆沟盖板，其特征在于，所述电缆沟盖板组成包括上层、下层，其中：
上层为橡胶复合层，其组成包括硅橡胶、改性退役绝缘子橡胶粉末、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂、玻璃纤维、固化剂、低收缩添加剂；
下层为树脂复合层，其组成包括改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末、环氧树脂、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂、玻璃纤维、固化剂、低收缩添加剂；
位于上层的橡胶复合层和位于下层的树脂复合层之间紧密结合，构成整体的电缆沟盖板；
所述橡胶复合层中的硅橡胶、退役绝缘子填料、橡胶填料、含氢硅油、铂催化剂、硫化剂的质量比关系满足以下约束条件：100：(5～30)：(0～60)：(0～10)：(0.01～0.05)：(2～20)；
所述树脂复合层中的环氧树脂、玻璃纤维布、固化剂、低收缩添加剂、改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末的质量比关系满足以下约束条件：100：(20～200)：(30～80)：(0.01～10)：(0.01～20)。
2.根据权利要求1所述的采用退役绝缘子橡胶和芯棒粉末掺杂制备而成的电缆沟盖板，其特征在于，将表面尺寸相同的橡胶复合层及树脂复合层采用环氧树脂及室温固化剂进行粘合，固化完成后得到所述电缆沟盖板。
3.根据权利要求1所述的采用退役绝缘子橡胶和芯棒粉末掺杂制备而成的电缆沟盖板，其特征在于，所述改性退役绝缘子橡胶填料为硅橡胶粉体表面改性剂，是一种硅烷偶联剂组合物，其结构式III、结构式Ⅳ分别为：
结构式III：
结构式Ⅳ：
式中，n＝0，1，2，3；
R为-CH、-CHCH、-(CH)CH、-CH(CH)、-(CH)CH、-CHCH(CH)、-(CH)CH、-CHC(CH)或Ph-；
R为-CH、-CHCH、-(CH)CH、-CH(CH)、-(CH)CH、-CHCH(CH)、-(CH)CH、-CHC(CH)或Ph-。
4.根据权利要求1所述的采用退役绝缘子橡胶和芯棒粉末掺杂制备而成的电缆沟盖板，其特征在于，所述硫化剂为过氧化二异丙苯和/或2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)已烷。
5.根据权利要求1所述的采用退役绝缘子橡胶和芯棒粉末掺杂制备而成的电缆沟盖板，其特征在于，所述铂催化剂为二氧化铂、氯铂酸和铂的络合物中的一种或其组合；所述硅橡胶为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶中的一种或其组合；所述橡胶填料为二氧化硅粉体；所述改性退役绝缘子芯棒粉末为应用硅烷偶联剂对芯棒粉末进行表面改性后的粉末，且颗粒大小为200～600目；所述环氧树脂为液态常用环氧树脂；所述固化剂为脂环族多胺、叔胺、咪唑类以及三氟化硼络合物、芳香族多胺、酸酐、甲基酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺、酰肼等中的一种或几种，用量则根据使用的环氧树脂型号而定；所述低收缩添加剂为聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维素醋酸丁酯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、饱和聚酯、聚己内酯、聚氨酯等中的一种或几种。
6.一种采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板的方法，其特征是，包括以下步骤，并且严格按照以下步骤顺序进行：
步骤一：室温下，应用开炼机将一定量的硅橡胶生胶、改性退役绝缘子橡胶粉、二氧化硅、含氢硅油、铂催化剂进行混合，薄通后加入适量的硫化剂，继续混合直至均匀得到混炼胶；
步骤二：对混炼胶进行切片并置于一定尺寸的模具中硫化，获得改性退役绝缘子橡胶粉末掺杂硅橡胶复合材料，即橡胶复合层；
步骤三：室温下，制备环氧树脂、固化剂、低收缩添加剂及改性退役聚合物绝缘子芯棒粉末的混合物按照质量比例混合均匀；
步骤四：将玻璃纤维粗纱置于步骤三所制备的混合物中，充分浸润；
步骤五：将上述步骤四所得的物质置于模具中，进行高温模压固化，即得改性退役绝缘子芯棒粉末掺杂环氧树脂的树脂复合层；
步骤六：将表面尺寸相同的橡胶复合层及树脂复合层通过环氧树脂及室温固化剂进行粘合，一定时间固化完成后即得新型复合树脂电缆沟盖板。
7.根据权利要求6所述的采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板的方法，其特征在于，所述步骤二中硫化条件为，温度155～200℃、压力5～15MPa、硫化时间15～240min。
8.根据权利要求6所述的采用退役绝缘子橡胶及芯棒粉末制备电缆沟盖板的方法，其特征在于，
所述步骤五中固化条件为第一阶段，温度70℃～90℃，时间0.5～1h，压力0～5MPa；
第二阶段，温度100℃～140℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa；
第三阶段，温度150℃～190℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa；
第四阶段，温度150℃～190℃，时间0.1～4h；压力2～18MPa；
所述步骤六中固化制度为：室温，时间0.1～2h。
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