CN109777003B - 一种机器人专用拖链电缆护套材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人专用拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂32～45％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶4.8～7.2％、丁腈橡胶2.4～3.6％、聚酯增塑剂28～38％、填充剂10～20％、稳定剂1.5～5％、抗氧剂0.1～0.5％、复合阻燃剂2～4.8％、润滑剂0.1～0.5％。本发明属于电缆材料技术领域，本发明提供的电缆护套材料具有优良的耐油性、耐磨性、加工性能和耐老化性能等性能。

Description

一种机器人专用拖链电缆护套材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电缆材料技术领域，尤其涉及一种机器人专用拖链电缆护套材料及其制备方法。

背景技术

拖链电缆是一种可以跟随拖链进行来回移动而不易磨损的高柔性专用电缆，可以防止电缆纠缠、拉脱、和散乱。拖链电缆在机器人、数控机床和消防系统等领域有着广泛的应用，随着工业自动化和智能化的深度发展，对拖链电缆材料的性能也提出了较高的要求。

聚氯乙烯树脂具有价格低廉、耐腐蚀的优点，已被广泛用作电缆绝缘层和/或护套层的主要原料。然而，现有的聚氯乙烯电缆护套材料的耐热性和耐油性不理想，存在热变形温度低、耐冲击性和加工性能较差的缺陷，从而限制了其在机器人等智能化领域的应用。

中国专利申请CN 108178889A公开了一种机器人专用耐热耐油聚氯乙烯电缆护套材料，其原料按重量份包括：聚氯乙烯100份、热塑性聚氨酯弹性体3-9份、尼龙3-10份、丁腈橡胶20-35份、氯化聚丙烯3-8份、纳米碳酸钙1-8份、铝酸钴1-5份、水滑石2-5份、氢氧化镁2-10份、赤泥2-9份、氧化石墨烯5-12份、环氧大豆油2-5份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷2-3.8份、全氟烷基乙基丙烯酸酯0.5-2.9份、稳定剂2-5份、硬脂酸2-3.5份、过氧化二异丙苯0.3-1.5份、氧化锌2-5份，通过聚氯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体、尼龙、丁腈橡胶在氯化聚丙烯的作用下实现了协同促进，赋予护套材料优异的弹性、耐磨性、耐油性和耐热性，但成分较复杂，丁腈橡胶的用量较大，导致耐老化性能不够理想，且氧化石墨烯的改性步骤复杂。

因此，提供一种成分较简单、制备较简单、耐磨性、耐油性和耐热性等综合性能优良的机器人专用拖链电缆护套材料可以更好地满足产业化需求，具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，发明人在原料种类、用量、制备工艺等方面进行了大量试验，预料不到的发现：通过将聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶按一定比例复配，可显著降低丁腈橡胶和其他助剂的用量，可以实现电缆护套材料的耐油性、耐磨性、加工性能和耐老化性能的兼顾。基于上述发现，从而完成本发明。

本发明的目的将通过下面的详细描述来进一步体现和说明。

本发明提供一种机器人专用拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂32～45％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶4.8～7.2％、丁腈橡胶2.4～3.6％、聚酯增塑剂28～38％、填充剂10～20％、稳定剂1.5～5％、抗氧剂0.1～0.5％、复合阻燃剂2～4.8％、润滑剂0.1～0.5％。

采用上述原料及其质量百分比，增加了热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplasticpolyurethanes，TPU)的用量，显著降低了丁腈橡胶(Nitrile butadiene rubber，NBR)和其他助剂的用量，提高了电缆护套材料的加工性能和耐老化性能等性能。发明人通过实验发现：聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶的用量关系对耐油性、耐磨性、加工性能和耐老化性能具有重要影响；热塑性聚氨酯弹性体橡胶的用量增加有利于提高加工性能，而丁腈橡胶的用量增加有利于提高耐油性和耐磨性，但容易受热老化的影响，耐老化性能不够理想，将聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶按一定比例复配，则可以实现电缆护套材料的耐油性、耐磨性、加工性能和耐老化性能的兼顾，综合性能最佳，同时简化了配方和制备工艺，降低了成本，满足了机器人等智能化领域对电缆护套材料的高要求。

优选地，所述的机器人专用拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂36～40％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶5.8～6.4％、丁腈橡胶2.9～3.2％、聚酯增塑剂30～35％、填充剂12～18％、稳定剂2～4％、抗氧剂0.1～0.3％、复合阻燃剂2.4～3.5％、润滑剂0.1～0.3％。

更优选地，所述的机器人专用拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂37.58％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶6.02％、丁腈橡胶3.01％、聚酯增塑剂31.95％、填充剂15.04％、稳定剂3.01％、抗氧剂0.15％、复合阻燃剂3％、润滑剂0.24％。

优选地，所述聚氯乙烯树脂的平均聚合度为2300～2800。较高的平均聚合度，可保证电缆护套材料体系在非常柔软的情况下有足够的机械强度。

优选地，所述聚酯增塑剂为UN380。选用聚酯增塑剂UN380作为增塑剂，在本发明体系中，有利于进一步提升电缆护套材料的耐高温和耐低温性能，还可增强材料的韧性和抗冲击性能，但用量不能太大，否则会导致拉伸强度不理想。

优选地，所述复合阻燃剂由三氧化二锑和纳米蒙脱土按(9～11):(5～7)的质量比组成。纳米蒙脱土可以起到成炭剂的作用，通过与三氧化二锑按一定比例组合使用，可以很好的解决电缆护套材料燃烧过程中的滴落问题，显著提高阻燃效果。

优选地，所述填充剂为氢氧化镁。氢氧化镁在材料体系中能起到加工分散的作用，还可以在燃烧时起到辅助成炭剂的作用，进一步提升阻燃效果。

优选地，所述稳定剂为钙锌稳定剂；所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，其代号为1076，CAS号为2082-79-3；所述润滑剂为聚乙烯蜡(PE-WAX)或硬脂酸。

优选地，所述电缆护套材料的制备方法包括如下步骤：

S1称取聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶，常温下搅拌均匀，得到树脂混合物；

S2称取稳定剂、抗氧剂、复合阻燃剂和润滑剂，混匀后，加入聚酯增塑剂，于130～140℃、5000～6000r/min的转速下搅拌8～10min，然后加入填充剂、所述树脂混合物，于3000～4000r/min的转速下搅拌3～5min，然后冷却至75～82℃，得到冷却物料；

S3将所述冷却物料装入挤出机中挤出造粒，成型，得到机器人专用拖链电缆护套材料。

此外，本发明还提供机器人专用拖链电缆护套材料的制备方法，包括如下步骤：

S1称取聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶，于常温下搅拌均匀，得到树脂混合物；

S2称取稳定剂、抗氧剂、复合阻燃剂和润滑剂，混匀后，加入聚酯增塑剂，于130～140℃、5000～6000r/min的转速下搅拌8～10min，然后加入填充剂、所述树脂混合物，于3000～4000r/min的转速下搅拌3～5min，然后冷却至75～82℃，得到冷却物料；

S3将所述冷却物料装入挤出机中挤出造粒，成型，得到机器人专用拖链电缆护套材料。

本发明通过将聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶进行预混合，然后再其他原料混合，在提高原料均匀性的同时，对于保障电缆护套材料的耐油性和耐磨性起到重要作用。通过控制温度和搅拌转速，降低了能耗，避免了原料因温度过高而发生结团现象。

优选地，所述挤出机的温度为120～140℃。更优选地，所述挤出机为锥形双螺杆挤出机。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)本发明通过将聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶按一定比例复配，降低了丁腈橡胶和其他助剂的用量，可以实现电缆护套材料的耐油性、耐磨性、加工性能和耐老化性能的兼顾，综合性能好；

(2)本发明提供的电缆护套材料的拉伸强度高，具有优良的抗开裂性、耐老化性和加工性能，具有耐高温和耐低温的特点，耐热温度高达105℃，能通过150℃热冲击试验和-40℃低温冲击试验，完全可以满足中国机器人产业联盟标准CRIA 0003.1-2016的相关要求；

(3)本发明提供的电缆护套材料的阻燃性好，符合UL与欧盟RoHS的相关要求；

(4)本发明提供的电缆护套材料配方较简单，制备工艺简单，通过将聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶进行预混合，保障了电缆护套材料的耐油性和耐磨性，能耗较低，有利于产业化推广。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明中，所涉及的原料均为市售产品，例如：增塑剂UN380购自中国台湾联成化学；钙锌稳定剂的品牌为德国熊牌，型号为MC90214KA。

实施例一机器人专用拖链电缆护套材料

机器人专用拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂37.58％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶6.02％、丁腈橡胶3.01％、聚酯增塑剂31.95％、填充剂15.04％、稳定剂3.01％、抗氧剂0.15％、复合阻燃剂3％、润滑剂0.24％；聚氯乙烯树脂的平均聚合度为2500，聚酯增塑剂为UN380，填充剂为氢氧化镁，复合阻燃剂由三氧化二锑和纳米蒙脱土按5:3的质量比组成，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，所述润滑剂为聚乙烯蜡。

机器人专用拖链电缆护套材料的制备方法，包括如下步骤：

S1称取聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶，于常温下搅拌均匀，得到树脂混合物；

S2称取稳定剂、抗氧剂、复合阻燃剂和润滑剂，混匀后，加入聚酯增塑剂，于138℃、5500r/min的转速下搅拌8min，然后加入填充剂、所述树脂混合物，于3500r/min的转速下搅拌4min，然后冷却至80℃，得到冷却物料；

S3将所述冷却物料装入挤出机中挤出造粒，成型，得到机器人专用拖链电缆护套材料。

实施例二机器人专用拖链电缆护套材料

机器人专用拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂36.25％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶5.8％、丁腈橡胶2.9％、聚酯增塑剂33.2％、填充剂14.8％、稳定剂3.2％、抗氧剂0.27％、复合阻燃剂3.3％、润滑剂0.28％；聚氯乙烯树脂的平均聚合度为2500，聚酯增塑剂为UN380，填充剂为氢氧化镁，复合阻燃剂由三氧化二锑和纳米蒙脱土按3:2的质量比组成，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，所述润滑剂为硬脂酸。

实施例二的制备方法与实施例一相同。

实施例三机器人专用拖链电缆护套材料

机器人专用拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂40％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶6.4％、丁腈橡胶3.2％、聚酯增塑剂30.2％、填充剂15.5％、稳定剂2％、抗氧剂0.2％、复合阻燃剂2.3％、润滑剂0.2％；聚氯乙烯树脂的平均聚合度为2500，聚酯增塑剂为UN380，填充剂为氢氧化镁，复合阻燃剂由三氧化二锑和纳米蒙脱土按5:3的质量比组成，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，所述润滑剂为聚乙烯蜡。

实施例三的制备方法与实施例一相同。

对比例1

拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂37.58％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶3.01％、丁腈橡胶6.02％、聚酯增塑剂31.95％、填充剂15.04％、稳定剂3.01％、抗氧剂0.15％、复合阻燃剂3％、润滑剂0.23％；聚氯乙烯树脂的平均聚合度为2500，聚酯增塑剂为UN380，填充剂为氢氧化镁，复合阻燃剂由三氧化二锑和纳米蒙脱土按5:3的质量比组成，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，所述润滑剂为聚乙烯蜡。

对比例1的制备方法与实施例一相同。

对比例1与实施例一的区别在于：热塑性聚氨酯弹性体橡胶的用量减少，丁腈橡胶的用量增加。

对比例2

拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂37.58％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶9.03％、聚酯增塑剂31.95％、填充剂15.04％、稳定剂3.01％、抗氧剂0.15％、复合阻燃剂3％、润滑剂0.23％；聚氯乙烯树脂的平均聚合度为2500，聚酯增塑剂为UN380，填充剂为氢氧化镁，复合阻燃剂由三氧化二锑和纳米蒙脱土按5:3的质量比组成，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，所述润滑剂为聚乙烯蜡。

对比例2的制备方法与实施例一相同。

对比例2与实施例一的区别在于：热塑性聚氨酯弹性体橡胶的用量增加，不含丁腈橡胶。

对比例3

拖链电缆护套材料，包括如下原料及其质量百分比：聚氯乙烯树脂37.58％、热塑性聚氨酯弹性体橡胶6.02％、丁腈橡胶3.01％、聚酯增塑剂31.95％、填充剂15.04％、稳定剂3.01％、抗氧剂0.15％、复合阻燃剂3％、润滑剂0.23％；聚氯乙烯树脂的平均聚合度为2500，聚酯增塑剂为UN380，填充剂为氢氧化镁，复合阻燃剂由三氧化二锑和纳米蒙脱土按5:3的质量比组成，稳定剂为钙锌稳定剂，抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，所述润滑剂为聚乙烯蜡。

拖链电缆护套材料的制备方法，包括如下步骤：

S1称取稳定剂、抗氧剂、复合阻燃剂和润滑剂，混匀后，加入聚酯增塑剂，于138℃、5500r/min的转速下搅拌8min，然后加入填充剂、聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶，于3500r/min的转速下搅拌4min，然后冷却至80℃，得到冷却物料；

S2将所述冷却物料装入挤出机中挤出造粒，成型，得到机器人专用拖链电缆护套材料。

对比例3与实施例一的区别在于：制备方法不同，未将聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶进行预混合。

试验例一电缆护套材料的性能测试

实验材料：实施例一至实施例三提供的电缆护套材料，以及对比例1至对比例3提供的电缆护套材料。

实验方法：参照国标《GB/T 2951.14-2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》、中国机器人产业联盟标准《CRIA 0003.4-2016工业机器人专用电缆第4部分：工业机器人拖链布线用护套电缆》、《GB/T 5023.5-2008额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆第5部分：软电缆(软线)》等相关方法。

实验结果如表1所示：

表1不同电缆护套材料的性能测试结果

从表1可知，本发明提供的电缆护套材料的拉伸强度、断裂伸长率指标良好，能通过热冲击实验和低温冲击试验，耐老化性能和耐油性能良好，经热老化和油老化后，仍能保持良好的机械加工性能，综合性能较佳，尤其以实施例一的综合性能最佳。对比例1的耐热老化性能较差，经热老化后的拉伸强度保持率仅72％，远低于本发明实施例；对比例2的氧指数较低，燃烧发生滴落现象，耐油性能较差，经油老化后的拉伸强度保持率仅75％，断裂伸长保持率仅71％；对比例3的耐油性能不够理想，经油老化后的拉伸强度保持率仅78％，断裂伸长保持率仅73％。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机器人专用拖链电缆护套材料，其特征在于：由如下原料及其质量百分比组成：聚氯乙烯树脂36~40%、热塑性聚氨酯弹性体橡胶5.8~6.4%、丁腈橡胶2.9~3.2%、聚酯增塑剂30~35%、填充剂12~18%、稳定剂2~4%、抗氧剂0.1~0.3%、复合阻燃剂2.4~3.5%、润滑剂0.1~0.3%；

所述电缆护套材料的制备方法包括如下步骤：

S1 称取聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶，常温下搅拌均匀，得到树脂混合物；

S2 称取稳定剂、抗氧剂、复合阻燃剂和润滑剂，混匀后，加入聚酯增塑剂，于130~140℃、5000~6000r/min的转速下搅拌8~10min，然后加入填充剂、所述树脂混合物，于3000~4000r/min的转速下搅拌3~5min，然后冷却至75~82℃，得到冷却物料；

S3 将所述冷却物料装入挤出机中挤出造粒，成型，得到机器人专用拖链电缆护套材料。

2.根据权利要求1所述的机器人专用拖链电缆护套材料，其特征在于：由如下原料及其质量百分比组成：聚氯乙烯树脂37.58%、热塑性聚氨酯弹性体橡胶6.02%、丁腈橡胶3.01%、聚酯增塑剂31.95%、填充剂15.04%、稳定剂3.01%、抗氧剂0.15%、复合阻燃剂3%、润滑剂0.24%。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人专用拖链电缆护套材料，其特征在于：所述聚氯乙烯树脂的平均聚合度为2300~2800。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人专用拖链电缆护套材料，其特征在于：所述聚酯增塑剂为UN380。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人专用拖链电缆护套材料，其特征在于：所述复合阻燃剂由三氧化二锑和纳米蒙脱土按（9~11）:（5~7）的质量比组成。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人专用拖链电缆护套材料，其特征在于：所述填充剂为氢氧化镁。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人专用拖链电缆护套材料，其特征在于：所述稳定剂为钙锌稳定剂；所述抗氧剂为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯；所述润滑剂为聚乙烯蜡或硬脂酸。

8.根据权利要求1所述的机器人专用拖链电缆护套材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1 称取聚氯乙烯树脂、热塑性聚氨酯弹性体橡胶和丁腈橡胶，常温下搅拌均匀，得到树脂混合物；

S2 称取稳定剂、抗氧剂、复合阻燃剂和润滑剂，混匀后，加入聚酯增塑剂，于130~140℃、5000~6000r/min的转速下搅拌8~10min，然后加入填充剂、所述树脂混合物，于3000~4000r/min的转速下搅拌3~5min，然后冷却至75~82℃，得到冷却物料；

S3 将所述冷却物料装入挤出机中挤出造粒，成型，得到机器人专用拖链电缆护套材料。