CN109054158B - 一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电线电缆技术领域，具体涉及一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料。电缆料的组分包括：聚烯烃树脂、SEBS弹性体、填料、改性陶瓷纤维、相容剂、润滑剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、紫外吸收剂。其中，改性陶瓷纤维是一种经过软化、表面耐磨处理和有机改性的硅酸铝纤维；填料为轻质碳酸钙、氧化锌和MT炭黑的混合物；聚烯烃树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯共聚物的混合物；相容剂为乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物的马来酸酐接枝物。该型电缆料具有非常优秀的柔韧性和抗拉性能，材料的强度高，耐磨、抗老化性能较好，使用寿命较长。
Description
技术领域
本发明涉及电线电缆技术领域，具体涉及一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料。
背景技术
电网是电力系统中联系发电和用电的设施和设备的统称。属于输送和分配电能的中间环节，它主要由联结成网的送电线路、变电所、配电所和配电线路组成。通常把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网，简称电网。电网的出现解决用电和发电市场的地理位置不一致的问题，让远程输电成为可能，远程输送电为了降低线路上的电力损耗，通常采用高压电进行输送；然后在用电端将电压降低至低压，通过电缆输送向电力用户，电网的安全运行离不开形形色色的电缆。
电缆根据用途包括电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、信号电缆等不同种类，电缆料是电线电缆绝缘及护套用塑料的俗称，所用高分子材料主要有聚烯烃、氟塑料、氯化聚醚、橡胶和聚酰胺等，这类高分子材料具有质量轻、绝缘性能好、易加工、力学及抗疲劳性能优良等特点。
在很多工业场所中，为了适应工作的需要，电缆会进行露天铺设，甚至直接铺设在地面上，这种铺设方式可以便于进行临时改线或调整，但是也为电线电缆的安全防护性能带来风险。在这样的工况下，电缆在使用过程中经常被拉伸或缠绕，而且会与地面或墙面频繁摩擦。因此要求电缆护套材料具有较高的抗拉强度和柔韧性，还要具有较好的抗老化性能和耐磨性能；市场满足这样多重性能要求的电缆料相对较少。
专利授权公告号CN101885880B公开了一种润滑耐磨电缆料及其生产方法；该技术方案中通过炭黑、二茂铁、碳酸钙和滑石粉等填料的使用，提高了电缆料的耐磨性能和强度，但是填料的使用会对电缆料的柔韧性和耐折弯性能造成影响，因此这种电缆料在长期使用过程中容易生产裂纹甚至断裂。
在电缆料中添加弹性体材料可以提高电缆料的弹性和柔软度，从而提升电缆耐折弯性能，而添加纤维材料则可以提高电缆料的韧性、抗拉强度和抗撕裂性能，但是常规的有机纤维材料的强度不足，而陶瓷纤维和石英纤维等无机纤维的强度高，耐磨性好；但是无机纤维在电缆料中添加后普遍存在相容性较差，弹性不足的缺点，与电缆料基料的结合效果较差，导致电缆料的抗老化性能降低，影响电缆料的使用寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，该型电缆料具有非常优秀的柔韧性和抗拉性能，材料的强度高，耐磨、抗老化性能较好，使用寿命较长。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，按照质量份数，电缆料的组分包括：聚烯烃树脂90-120份，SEBS弹性体8-10份，填料20-25份，改性陶瓷纤维5-9份，相容剂4-7份，润滑剂1-4份，硅烷偶联剂1-3份，抗氧剂1-2份，紫外吸收剂0.3-0.7份。
优选地，按照质量份数，电缆料的组分包括：聚烯烃树脂95-110份，SEBS弹性体8.5-9.5份，填料22-24份，改性陶瓷纤维6-8份，相容剂5-6份，润滑剂1.7-3.2份，硅烷偶联剂1.8-2.4份，抗氧剂1.3-1.6份，紫外吸收剂0.4-0.6份。
进一步优选地，按照质量份数，电缆料的组分包括：聚烯烃树脂100份，SEBS弹性体9份，填料23份，改性陶瓷纤维7份，相容剂5.5份，润滑剂2.4份，硅烷偶联剂2.1份，抗氧剂1.5份，紫外吸收剂0.5份。
本发明中，改性陶瓷纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）用硫酸配置得到PH值为4.7-5.2浓度为0.5%的酸性高锰酸钾溶液，按照1:5的体积比，将硅酸铝纤维加入到酸性高锰酸钾溶液中，以55-65℃的水浴温度浸渍15-25min；浸渍结束后用去离子水冲洗至冲洗液呈中性，并烘干备用；
（2）按照质量份数，将高密度聚乙烯在氮气气氛中加热至融化，然后将35份高密度聚乙烯，8份聚乙烯蜡和2.5份乙烯基硅烷加入到100份石蜡油中，以150-160℃的温度高速剪切20-30min，得到乳状物，然后将5份石墨烯粉末加入到乳状物中，继续分散处理10-15min，得到表面处理剂；
（3）将烘干后的硅酸铝纤维送入到高速混合机中，以700-850r/min的转速高速混合，并将表面处理剂通过喷雾的方式喷涂到硅酸铝纤维表面，硅酸铝纤维和表面处理剂的用量为50:7，然后将高速混合机中的物料送入到离心脱油机中，以40-50℃的温度和1200-1500r/min的转速离心，离心脱油10-15min，得到经表面处理的硅酸铝纤维；
（4）将10份十六烷基溴化吡啶，2份聚丙烯酸和3份甲基丙烯酰氧甲基三甲氧基硅烷加入到150份乙醇溶剂中，充分分散均匀得到有机改性剂，然后将上步骤的硅酸铝纤维加入到3倍体积的有机改性剂中进行回流处理，处理时间1.5-2h，然后将产物过滤后，以80-85℃的温度烘干，得到所需改性陶瓷纤维。
其中，硅酸铝纤维选用直径为2-3μm，长度为2-5mm的短切喷丝纤维。
石墨烯粉为含有20wt%氧化石墨烯的石墨烯混合微粉。
优选地，填料为轻质碳酸钙、氧化锌和MT炭黑按照3:1:4的质量比混合的混合填料。
该型混合填料不仅有助于提高电缆料的强度和耐磨性能，而且MT炭黑中的二氧化硅和三氧化二铝等成分还可以发挥阻燃剂的作用，提高电缆料的阻燃性能。
优选地，聚烯烃树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯共聚物按照4:1:1的质量比混合的混合物；相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的马来酸酐接枝物。
本发明中的电缆料中使用了乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的马来酸酐接枝物作为相容剂，相容剂的作用是提高聚烯烃电缆料和SEBS弹性体的和结合效果，从而提高电缆的弹性性能和耐压强度。
优选地，润滑剂为硬脂酸镁或硬脂酸锌；抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂CA或抗氧剂TNP；紫外吸收剂为UV-531、AM-101或光稳定剂744。
抗氧剂和紫外吸收剂可以发挥协同作用，从而使得电缆料的抗老化性能更加突出，从而提高电缆料的使用寿命。
本发明提供的电缆料的制备方法为：
按照质量份数，将聚烯烃树脂、SEBS弹性体、改性陶瓷纤维和相容剂加入到高速混合机中，以120-150℃的温度高速混合5-8min，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中，并将填料、润滑剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和紫外吸收剂加入，混炼10-15min，然后将混合料塑化挤出、冷却造粒，得到所需电缆料。
本发明具有如下的有益效果：
该型电缆料中，在聚烯烃和弹性体材料的添加了一种特殊的改性陶瓷纤维材料，这种无机纤维材料的容重轻，使用寿命长，抗拉强度大，热稳定性好，膨胀率低，非常适合添加在电缆料中，用于增强电缆料的柔韧性和抗拉强度，其中，为了进一步改善硅酸铝纤维的弹性性能和耐磨性，特意使用酸性高锰酸钾对纤维进行软化预处理，然后利用含有石墨烯的表面处理剂进行表面耐磨处理，使得石墨烯与硅酸铝纤维材料稳定结合；经过表面处理后的硅酸铝纤维还进行有机改性，从而提高了纤维与电缆料中有机高分子材料的结合效果，提高电缆料的热稳定性。改性陶瓷纤维的添加显著提高了电缆料的抗拉强度、抗撕裂性能和柔韧性，而且与电缆料具有良好的相容性。
此外，电缆料中的其它填料和功能助剂还使得电缆料的耐压性能、抗折弯性能、抗氧化、耐腐蚀性能得到提升，从而使得电缆料的综合性能更加平衡，提高了电缆的应用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
以下实施例中，改性陶瓷纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）用硫酸配置得到PH值为5.0浓度为0.5%的酸性高锰酸钾溶液，按照1:5的体积比，将硅酸铝纤维加入到酸性高锰酸钾溶液中，以60℃的水浴温度浸渍20min；浸渍结束后用去离子水冲洗至冲洗液呈中性，并烘干备用；
（2）按照质量份数，将高密度聚乙烯在氮气气氛中加热至融化，然后将35份高密度聚乙烯，8份聚乙烯蜡和2.5份乙烯基硅烷加入到100份石蜡油中，以155℃的温度高速剪切25min，得到乳状物，然后将5份石墨烯粉末加入到乳状物中，继续分散处理12min，得到表面处理剂；
（3）将烘干后的硅酸铝纤维送入到高速混合机中，以800r/min的转速高速混合，并将表面处理剂通过喷雾的方式喷涂到硅酸铝纤维表面，硅酸铝纤维和表面处理剂的用量为50:7，然后将高速混合机中的物料送入到离心脱油机中，以45℃的温度和1400r/min的转速离心，离心脱油13min，得到经表面处理的硅酸铝纤维；
（4）将10份十六烷基溴化吡啶，2份聚丙烯酸和3份甲基丙烯酰氧甲基三甲氧基硅烷加入到150份乙醇溶剂中，充分分散均匀得到有机改性剂，然后将上步骤的硅酸铝纤维加入到3倍体积的有机改性剂中进行回流处理，处理时间1.8h，然后将产物过滤后，以82℃的温度烘干，得到所需改性陶瓷纤维。
其中，硅酸铝纤维选用直径为2-3μm，长度为2-5mm的短切喷丝纤维。
石墨烯粉为含有20wt%氧化石墨烯的石墨烯混合微粉。
实施例1
一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，按照质量份数，电缆料的组分包括：聚烯烃树脂90份，SEBS弹性体8份，填料20份，改性陶瓷纤维5份，相容剂4份，润滑剂1份，硅烷偶联剂1份，抗氧剂1份，紫外吸收剂0.3份。
其中，填料为轻质碳酸钙、氧化锌和MT炭黑按照3:1:4的质量比混合的混合填料。
聚烯烃树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯共聚物按照4:1:1的质量比混合的混合物；相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的马来酸酐接枝物。
润滑剂为硬脂酸镁；抗氧剂为抗氧剂1076；紫外吸收剂为UV-531。
本实施例提供的电缆料的制备方法为：
按照质量份数，将聚烯烃树脂、SEBS弹性体、改性陶瓷纤维和相容剂加入到高速混合机中，以120℃的温度高速混合5min，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中，并将填料、润滑剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和紫外吸收剂加入，混炼10min，然后将混合料塑化挤出、冷却造粒，得到所需电缆料。
实施例2
一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，按照质量份数，电缆料的组分包括：聚烯烃树脂120份，SEBS弹性体10份，填料25份，改性陶瓷纤维9份，相容剂7份，润滑剂4份，硅烷偶联剂3份，抗氧剂2份，紫外吸收剂0.7份。
其中，填料为轻质碳酸钙、氧化锌和MT炭黑按照3:1:4的质量比混合的混合填料。
聚烯烃树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯共聚物按照4:1:1的质量比混合的混合物；相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的马来酸酐接枝物。
润滑剂为硬脂酸锌；抗氧剂为抗氧剂CA；紫外吸收剂为AM-101。
本实施例提供的电缆料的制备方法为：
按照质量份数，将聚烯烃树脂、SEBS弹性体、改性陶瓷纤维和相容剂加入到高速混合机中，以150℃的温度高速混合8min，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中，并将填料、润滑剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和紫外吸收剂加入，混炼15min，然后将混合料塑化挤出、冷却造粒，得到所需电缆料。
实施例3
一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，按照质量份数，电缆料的组分包括：聚烯烃树脂100份，SEBS弹性体9份，填料23份，改性陶瓷纤维7份，相容剂5.5份，润滑剂2.4份，硅烷偶联剂2.1份，抗氧剂1.5份，紫外吸收剂0.5份。
其中，填料为轻质碳酸钙、氧化锌和MT炭黑按照3:1:4的质量比混合的混合填料。
聚烯烃树脂为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯共聚物按照4:1:1的质量比混合的混合物；相容剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的马来酸酐接枝物。
润滑剂为硬脂酸镁；抗氧剂为抗氧剂TNP；紫外吸收剂为光稳定剂744。
本实施例提供的电缆料的制备方法为：
按照质量份数，将聚烯烃树脂、SEBS弹性体、改性陶瓷纤维和相容剂加入到高速混合机中，以150℃的温度高速混合8min，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中，并将填料、润滑剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和紫外吸收剂加入，混炼15min，然后将混合料塑化挤出、冷却造粒，得到所需电缆料。
性能测试
1、根据IEC 60811-1-1-1993《电缆绝缘和护套材料通用试验方法》和GB 1040-92《塑料拉伸性能试验方法》等试验标准中的方法，对本实施例的电缆料进行性能检测，其中，选择上海帮塑国际贸易有限公司销售的美国陶氏8150型通用电线电缆料作为对照组，进行性能对比，测试实验结果如下：
表1：本实施例与对照组中电缆料的性能测试结果
分析以上实验数据发现，本发明提供的电缆料的抗拉强度、断裂伸长率、弯曲模量和撕裂强度的测试数据均好于对照组，因此可以看出本发明的电缆料具有更好的柔韧性和机械强度。而热老化试验和耐腐蚀性能测试的结果显示，本发明的电缆料还具有更好的耐腐蚀、抗老化性能，电缆料的耐候性更好，使用寿命更长。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，其特征在于：按照质量份数，所述电缆料的组分包括：聚烯烃树脂90-120份，SEBS弹性体8-10份，填料20-25份，改性陶瓷纤维5-9份，相容剂4-7份，润滑剂1-4份，硅烷偶联剂1-3份，抗氧剂1-2份，紫外吸收剂0.3-0.7份；
所述改性陶瓷纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）用硫酸配置得到PH值为4.7-5.2浓度为0.5%的酸性高锰酸钾溶液，按照1:5的体积比，将硅酸铝纤维加入到酸性高锰酸钾溶液中，以55-65℃的水浴温度浸渍15-25min；浸渍结束后用去离子水冲洗至冲洗液呈中性，并烘干备用；
（2）按照质量份数，将高密度聚乙烯在氮气气氛中加热至融化，然后将35份高密度聚乙烯，8份聚乙烯蜡和2.5份乙烯基硅烷加入到100份石蜡油中，以150-160℃的温度高速剪切20-30min，得到乳状物，然后将5份石墨烯粉末加入到乳状物中，继续分散处理10-15min，得到表面处理剂；
（3）将烘干后的硅酸铝纤维送入到高速混合机中，以700-850r/min的转速高速混合，并将表面处理剂通过喷雾的方式喷涂到硅酸铝纤维表面，硅酸铝纤维和表面处理剂的用量为50:7，然后将高速混合机中的物料送入到离心脱油机中，以40-50℃的温度和1200-1500r/min的转速离心，离心脱油10-15min，得到经表面处理的硅酸铝纤维；
（4）将10份十六烷基溴化吡啶，2份聚丙烯酸和3份甲基丙烯酰氧甲基三甲氧基硅烷加入到150份乙醇溶剂中，充分分散均匀得到有机改性剂，然后将上步骤的硅酸铝纤维加入到3倍体积的有机改性剂中进行回流处理，处理时间1.5-2h，然后将产物过滤后，以80-85℃的温度烘干，得到所需改性陶瓷纤维。
2.根据权利要求1所述的一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，其特征在于：按照质量份数，所述电缆料的组分包括：聚烯烃树脂95-110份，SEBS弹性体8.5-9.5份，填料22-24份，改性陶瓷纤维6-8份，相容剂5-6份，润滑剂1.7-3.2份，硅烷偶联剂1.8-2.4份，抗氧剂1.3-1.6份，紫外吸收剂0.4-0.6份。
3.根据权利要求2所述的一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，其特征在于：按照质量份数，所述电缆料的组分包括：聚烯烃树脂100份，SEBS弹性体9份，填料23份，改性陶瓷纤维7份，相容剂5.5份，润滑剂2.4份，硅烷偶联剂2.1份，抗氧剂1.5份，紫外吸收剂0.5份。
4.根据权利要求1所述的一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，其特征在于：所述硅酸铝纤维选用直径为2-3μm，长度为2-5mm的短切喷丝纤维。
5.根据权利要求1所述的一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，其特征在于：所述石墨烯粉为含有20wt%氧化石墨烯的石墨烯混合微粉。
6.根据权利要求1所述的一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，其特征在于：所述填料为轻质碳酸钙、氧化锌和MT炭黑按照3:1:4的质量比混合的混合填料。
7.根据权利要求1所述的一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸镁或硬脂酸锌；抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂CA或抗氧剂TNP；紫外吸收剂为UV-531、AM-101或光稳定剂744。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种使用改性陶瓷纤维的高韧性电缆料，其特征在于：所述电缆料的制备方法为：
按照质量份数，将聚烯烃树脂、SEBS弹性体、改性陶瓷纤维和相容剂加入到高速混合机中，以120-150℃的温度高速混合5-8min，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中，并将填料、润滑剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和紫外吸收剂加入，混炼10-15min，然后将混合料塑化挤出、冷却造粒，得到所需电缆料。
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