CN108976811A - 耐低温电缆绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

耐低温电缆绝缘材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温电缆绝缘材料及其制备方法，本发明可明显减轻混炼过程中的黏辊现象，减少实际操作时间，可以在增加制备效率的基础上降低原料老化的风险，并且得到的制品耐低温、高强度、抗老化等性能均衡，得到的电缆绝缘材料具有耐低温、高强度和抗老化的优点。本发明的制备方法可操作性强，效果明显，具有很高的推广应用价值。

Description

耐低温电缆绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆绝缘材料，具体地，涉及一种耐低温电缆绝缘材料及其制备方法。
背景技术
目前，随着科学技术的发展，无论是工业还是人类的日常生活，均向着电气化的方向发展，电缆则在工业以及电力领域中，其地位也在逐渐升高。电缆有电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、高温电缆、计算机电缆、信号电缆、同轴电缆、耐火电缆、船用电缆、铝合金电缆等等。电缆通常是由几根或几组导线每组至少两根绞合而成的类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的外护层，用来连接电路、电器等。
极寒地区的电缆，气温非常低(特别是冬季)，紫外光强烈，一般的工具线和延长线在低温下护套和绝缘会开裂，失去对输电的保护作用而失效。且较寒地区紫外光强烈，一般的有机高聚物材料经受不住紫外光老化而失效。由于工具线会在户外使用，并且需要经常移动，对线缆的柔软性要求高，特别是极低温度下的柔软性要求高，同时要求产品具有很好的耐候性。
但是，由于在制备过程中，添加了大量的助剂、填料，造成在制备过程中出现黏辊现象，而黏辊进一步导致混炼不均，橡胶制品性能不均，另外制备过程由于要多次清理黏辊，导致制备时间漫长，混炼时间的延长又会进一步造成橡胶原料的老化，增大制备的橡胶制品强度性能下降的风险，另一方面，黏辊会导致原料混合不均，导致橡胶制品部分性能较好，而部分却性能不能满足要求。而如若减少填料的添加量，虽然黏辊现象减轻，但是会导致橡胶的性能下降，不符合野战用复合橡胶要求具有抗老化、高强度和耐低温等的性能要求。
目前电缆外护层制成的电缆外护层在极低温度下，会失去弹性，脆性变得较大，经不住多次移动或者弯折，从而使得电缆被废弃而不能使用。
因此，如何在保证野战用复合橡胶具有耐低温、高强度、抗老化等性能的基础上，减少制备工艺过程中的黏辊现象以得到性能均衡的橡胶产品是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐低温电缆绝缘材料及其制备方法，该制备方法能够减少混炼工艺过程中的黏辊现象，减少实际操作时间，可以在增加制备效率的基础上降低原料老化的风险，得到的电缆绝缘材料具有耐低温、高强度、抗老化的优点，且性能均衡。本发明的制备方法可操作性强，效果明显，具有很高的推广应用价值。
为了实现上述目的，本发明提供了一种耐低温电缆绝缘材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)制备物料A：取聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和GNA型氯丁橡胶混合均匀得到主料，将主料置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到物料A；
(2)将物料A加入密炼机中，待温度升至100-120℃加入环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇和氢氧化铝，以1000-1200转/min搅拌3-5min，然后通过气雾法将膨润土喷在物料表面，继续混合10-15min，再加入四硫化双五亚甲基秋兰姆与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合 2-3min，即得物料B；
(3)将物料B投入螺杆挤出机中挤出。
本发明还提供一种根据前文所述的制备方法制备得到的耐低温电缆绝缘材料。
通过上述技术方案，本发明可明显减轻混炼过程中的黏辊现象，减少实际操作时间，可以在增加制备效率的基础上降低原料老化的风险，并且得到的制品耐低温、高强度、抗老化等性能均衡，得到的电缆绝缘材料具有耐低温、高强度和抗老化的优点。本发明的制备方法可操作性强，效果明显，具有很高的推广应用价值。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
为了实现上述目的，本发明提供了一种耐低温电缆绝缘材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)制备物料A：取聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和GNA型氯丁橡胶混合均匀得到主料，将主料置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到物料A；
(2)将物料A加入密炼机中，待温度升至100-120℃加入环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇和氢氧化铝，以1000-1200转/min搅拌3-5min，然后通过气雾法将膨润土喷在物料表面，继续混合10-15min，再加入四硫化双五亚甲基秋兰姆与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合 2-3min，即得物料B；
(3)将物料B投入螺杆挤出机中挤出。
通过上述技术方案，本发明可明显减轻混炼过程中的黏辊现象，减少实际操作时间，可以在增加制备效率的基础上降低原料老化的风险，并且得到的制品耐低温、高强度、抗老化等性能均衡，得到的电缆绝缘材料具有耐低温、高强度和抗老化的优点。本发明的制备方法可操作性强，效果明显，具有很高的推广应用价值。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的耐低温、高强度性能，并减少混炼过程中的黏辊现象，优选地，聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和GNA型氯丁橡胶的质量比为1:1-2:3-4：1-2。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的耐低温、高强度性能，并减少混炼过程中的黏辊现象，优选地，物料A与环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇、氢氧化铝和膨润土的质量比为30： 1-2:2-4:5-6:2-3：3-4。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的耐低温、高强度性能，并减少混炼过程中的黏辊现象，优选地，物料A与四硫化双五亚甲基秋兰姆和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的质量比为30：0.5-0.8:1-2。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的耐低温、高强度性能，并减少混炼过程中的黏辊现象，优选地，气雾法的过程包括：将原料膨润土投入雾化器，通过20～60MPa高压产生的高速氮气粉碎制得膨润土。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的耐低温、高强度性能，并减少混炼过程中的黏辊现象，优选地，其中，膨润土的粒度分布为： 150目≤粒度＜200目占20-30％；200目≤粒度＜325目占40-60％；其他为粒度≥325目。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的耐低温、高强度性能，并减少混炼过程中的黏辊现象，优选地，步骤(3)中挤出条件包括挤出温度为220-230℃。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的耐低温、高强度性能，并减少混炼过程中的黏辊现象，优选地，在挤出过程中蒸汽压强控制在0.8-1.5Mpa。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的耐低温、高强度性能，并减少混炼过程中的黏辊现象，优选地，步骤(1)中的挤出条件温度为180-230℃。
本发明还提供一种根据前文所述的制备方法制备得到的耐低温电缆绝缘材料。
通过上述技术方案，本发明可明显减轻混炼过程中的黏辊现象，减少实际操作时间，可以在增加制备效率的基础上降低原料老化的风险，并且得到的制品耐低温、高强度、抗老化等性能均衡，得到的电缆绝缘材料具有耐低温、高强度和抗老化的优点。本发明的制备方法可操作性强，效果明显，具有很高的推广应用价值。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述；在以下实施例中聚丙烯树脂品牌为韩国SK的B380G；双酚F型环氧树脂的型号是NPEF-170，品牌南亚；甲基乙烯基硅橡胶为110生胶；其他为常规市售品。
制备例1
制备物料A：取聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和 GNA型氯丁橡胶混合均匀得到主料，将主料置于单螺杆挤出机中共混，于 180℃挤出，造粒得到物料A；其中，聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和GNA型氯丁橡胶的质量比为1:1:3：1。
制备例2
制备物料A：取聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和 GNA型氯丁橡胶混合均匀得到主料，将主料置于单螺杆挤出机中共混，于 230℃挤出，造粒得到物料A；其中，聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和GNA型氯丁橡胶的质量比为1:2:4：2。
制备例3
制备物料A：取聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和 GNA型氯丁橡胶混合均匀得到主料，将主料置于单螺杆挤出机中共混，于 200℃挤出，造粒得到物料A；其中，聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和GNA型氯丁橡胶的质量比为1:1.5:3.5：1.5。
实施例1
将制备例1中的物料A加入密炼机中，待温度升至100℃加入环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇和氢氧化铝，以1200转/min搅拌 5min，然后通过气雾法将膨润土喷在物料表面，继续混合15min，再加入四硫化双五亚甲基秋兰姆与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合3min，即得物料B；其中，物料A与环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇、氢氧化铝、膨润土、四硫化双五亚甲基秋兰姆和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的质量比为30：1:2:5:2：3：0.5:1；
其中，气雾法的过程包括：将原料膨润土投入雾化器，通过20MPa高压产生的高速氮气粉碎制得膨润土；
将物料B投入螺杆挤出机中于220℃挤出，在挤出过程中蒸汽压强控制在0.8Mpa。
实施例2
将制备例2中的物料A加入密炼机中，待温度升至120℃加入环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇和氢氧化铝，以1000转/min搅拌 3min，然后通过气雾法将膨润土喷在物料表面，继续混合10min，再加入四硫化双五亚甲基秋兰姆与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合2min，即得物料B；其中，物料A与环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇、氢氧化铝、膨润土、四硫化双五亚甲基秋兰姆和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的质量比为30：2:4:6:3：4：0.8:2；
其中，气雾法的过程包括：将原料膨润土投入雾化器，通过60MPa高压产生的高速氮气粉碎制得膨润土；
将物料B投入螺杆挤出机中于230℃挤出，在挤出过程中蒸汽压强控制在1.5Mpa。
实施例3
将制备例3中的物料A加入密炼机中，待温度升至110℃加入环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇和氢氧化铝，以1100转/min搅拌 4min，然后通过气雾法将膨润土喷在物料表面，继续混合13min，再加入四硫化双五亚甲基秋兰姆与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合2.5min，即得物料B；其中，物料A与环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇、氢氧化铝、膨润土、四硫化双五亚甲基秋兰姆和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的质量比为30：1.5:3:5.5:2.5：3.5：0.7:1.5；
其中，气雾法的过程包括：将原料膨润土投入雾化器，通过40MPa高压产生的高速氮气粉碎制得膨润土；
将物料B投入螺杆挤出机中于225℃挤出，在挤出过程中蒸汽压强控制在1Mpa。
对比例1
按照实施例3的方法制备绝缘材料，不同的是，膨润土直接和环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡以及二甲氨基乙氧基乙醇一起加入物料A中，而不采用气雾法喷洒的方式。
检测例1
在实施例1-3及对比例1中，分为作业时间和实际操作时间。作业时间为按照制备方法进行的有效作业时间，而实际操作时间包括因为清理黏辊等停机的时间，为从开工到制备完成的总时间。
在制备过程中，观察实施例1-3及对比例1中的混合情况，对出现黏辊现象及时停机清理，清理后继续作业，停机时间不计入作业时间。
发现实施例1-3中，基本无黏辊现象，物料均匀，混合情况良好，实施例1-3中的作业时间即为实际操作时间。而对比例1中，多次出现黏辊现象，现象为物料成块状，黏在辊上不能掉落，需要作业人员多次停机清理下来，据统计，对比例1中的实际操作时间比作业时间增长显著，作业时间增长了 38％。
检测例2
实施例1-3及对比例1中的绝缘材料经相同的方法硫化后进行下述检测。按照国标GB/T1040-2006中的方法测试抗拉强度，拉力机型号为岛津公司生产的AG-20KNG；拉伸速率为500mm/min，测试温度为23℃。按照 UL62-2001测试紫外光(氩弧灯)老化720h后的抗张强度保留率和-70℃低温弯曲是否开裂。单次取样不少于10个。
发现实施例1-3中的绝缘材料的各试样间抗拉强度、抗张强度保留率均比较均匀，且均高于对比例1中的抗拉强度。其中实施例1-3中，以实施例 1的性能最低，实施例1中的平均抗拉强度为20.6N/mm2，紫外光老化720h (氩弧灯)后抗张强度保留率为94％。
虽然，对比例1中的抗拉强度和抗张强度保留率的最高值与实施例1中相差不大，但是，对比例1中各试样的检测参数相差较大，其中对比例1中试样有的抗拉强度能达到20.4N/mm2，而最低的试样的抗拉强度仅有 17.1N/mm2。
不仅如此，经观察，-70℃低温弯曲试验下，实施例1-3中的试样均未出现开裂情况，而对比例1中出现开裂情况，开裂比例在40％。
由此可见，本发明不仅解决了制备工艺过程中的黏辊现象，而且得到的绝缘材料的试样的性能较均匀，这与在制备过程中混炼均匀是分不开的。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种耐低温电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)制备物料A：取聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和GNA型氯丁橡胶混合均匀得到主料，将主料置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到物料A；
(2)将物料A加入密炼机中，待温度升至100-120℃加入环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇和氢氧化铝，以1000-1200转/min搅拌3-5min，然后通过气雾法将膨润土喷在物料表面，继续混合10-15min，再加入四硫化双五亚甲基秋兰姆与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合2-3min，即得物料B；
(3)将物料B投入螺杆挤出机中挤出。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，聚丙烯树脂、双酚F型环氧树脂、甲基乙烯基硅橡胶和GNA型氯丁橡胶的质量比为1:1-2:3-4：1-2。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，物料A与环氧脂肪酸辛酯、硬脂酸钡、二甲氨基乙氧基乙醇、氢氧化铝和膨润土的质量比为30：1-2:2-4:5-6:2-3：3-4。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，物料A与四硫化双五亚甲基秋兰姆和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的质量比为30：0.5-0.8:1-2。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，气雾法的过程包括：
将原料膨润土投入雾化器，通过20～60MPa高压产生的高速氮气粉碎制得膨润土。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，膨润土的粒度分布为：150目≤粒度＜200目占20-30％；200目≤粒度＜325目占40-60％；其他为粒度≥325目。
7.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)中挤出条件包括挤出温度为220-230℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，在挤出过程中蒸汽压强控制在0.8-1.5Mpa。
9.根据权利要求1-5所述的制备方法，其中，步骤(1)中的挤出条件温度为180-230℃。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的耐低温电缆绝缘材料。
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