CN109880237A - 耐高温高韧性电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温高韧性电缆及其制备方法，其中，所述制备方法包括：1)将炭黑置于高锰酸钾、乙酸酐和硝酸的混合溶液中浸泡，制得预处理后的炭黑；2)在溶剂存在的条件下，将预处理后的炭黑与三烷氧基硅烷混合，制得改性炭黑；3)将陶土和乙烯基硅烷混合，制得处理后的陶土；4)将三元乙丙橡胶、改性炭黑、处理后的陶土、甲基丙烯酸锌、硫化剂、防老剂和促进剂混合熔炼后挤出成型，制得电缆胶套；5)将电缆胶套包覆线芯，制得耐高温高韧性电缆。实现了能够有效耐高温，从而提高其韧性和强度等使用性能的效果。

Description

耐高温高韧性电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆材料领域，具体地，涉及耐高温高韧性电缆及其制备方法。

背景技术

电缆是用以传输电(磁)能、信息和实现电磁能转换的线材，其应用极为广泛，例如，其被广泛应用于电力设备及其传输、通讯和航空航天等领域。然而，在使用过程中，由于其使用环境多变，因此，也使得其经常会用于温度较高的条件下。较高的温度也往往使得其更易出现老化等问题，从而造成其韧性和强度等使用性能受到极大的影响。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中电缆的使用环境多变，而长期处于高温环境下则会造成其出现老化等现象，进而造成其使用性能的大大降低等问题，从而提供一种能够有效耐高温，从而提高其韧性和强度等使用性能的耐高温高韧性电缆及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种耐高温高韧性电缆的制备方法，其中，所述制备方法包括：

1)将炭黑置于高锰酸钾、乙酸酐和硝酸的混合溶液中浸泡，制得预处理后的炭黑；

2)在溶剂存在的条件下，将预处理后的炭黑与三烷氧基硅烷混合，制得改性炭黑；

3)将陶土和乙烯基硅烷混合，制得处理后的陶土；

4)将三元乙丙橡胶、改性炭黑、处理后的陶土、甲基丙烯酸锌、硫化剂、防老剂和促进剂混合熔炼后挤出成型，制得电缆胶套；

5)将电缆胶套包覆线芯，制得耐高温高韧性电缆。

本发明还提供了一种根据上述所述的制备方法制得的耐高温高韧性电缆。

通过上述技术方案，本发明将炭黑置于高锰酸钾、乙酸酐和硝酸的混合溶液进行浸泡，通过上述强氧化剂的预处理，从而在炭黑表面导入羟基，增加其表面活性，进一步地，将上述预处理后的炭黑与三烷氧基硅烷混合，有效提高其与炭黑表面的含氧基团的接枝效率；再将陶土和乙烯基硅烷混合，使得乙烯基硅烷与陶土表面的羟基发生作用，填补其间隙。进一步将三元乙丙橡胶、改性炭黑、处理后的陶土、甲基丙烯酸锌、硫化剂、防老剂和促进剂混合熔炼，使得通过上述材料熔炼制得的胶套能有效提高其耐高温性能，并且通过改性后的炭黑和陶土的补强作用，进一步提高了其拉伸等力学性能。

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。

本发明提供了一种耐高温高韧性电缆的制备方法，其中，所述制备方法包括：

1)将炭黑置于高锰酸钾、乙酸酐和硝酸的混合溶液中浸泡，制得预处理后的炭黑；

2)在溶剂存在的条件下，将预处理后的炭黑与三烷氧基硅烷混合，制得改性炭黑；

3)将陶土和乙烯基硅烷混合，制得处理后的陶土；

4)将三元乙丙橡胶、改性炭黑、处理后的陶土、甲基丙烯酸锌、硫化剂、防老剂和促进剂混合熔炼后挤出成型，制得电缆胶套；

5)将电缆胶套包覆线芯，制得耐高温高韧性电缆。

本发明将炭黑置于高锰酸钾、乙酸酐和硝酸的混合溶液进行浸泡，通过上述强氧化剂的预处理，从而在炭黑表面导入羟基，增加其表面活性，进一步地，将上述预处理后的炭黑与三烷氧基硅烷混合，有效提高其与炭黑表面的含氧基团的接枝效率；再将陶土和乙烯基硅烷混合，使得乙烯基硅烷与陶土表面的羟基发生作用，填补其间隙。进一步将三元乙丙橡胶、改性炭黑、处理后的陶土、甲基丙烯酸锌、硫化剂、防老剂和促进剂混合熔炼，使得通过上述材料熔炼制得的胶套能有效提高其耐高温性能，并且通过改性后的炭黑和陶土的补强作用，进一步提高了其拉伸等力学性能。

为了在降低成本的前提下有效提高硝酸等原料的使用效率，在本发明的一种优选的实施方式中，步骤1)中，所述硝酸由浓度为50-60体积％的硝酸的水溶液提供，且所述混合溶液中高锰酸钾、乙酸酐和硝酸的水溶液的用量的重量比为1:0.3-0.5:10-20。

步骤1)中的浸泡可以为直接浸泡，当然，在本发明的另一优选的实施方式中，为了更好地提高上述原料之间的接触面积，步骤1)中，浸泡时间为2-5h，且浸泡为置于搅拌速率为100-200r/min的条件下搅拌混合。

进一步优选的实施方式中，步骤2)中，所述溶剂选自丙酮和/或乙醇；且相对于10重量份的所述炭黑，所述三烷氧基硅烷的用量为2-3重量份，所述溶剂的用量为30-50重量份。

同样地，在本发明的另一优选的实施方式中，步骤2)中混合过程为超声振荡混合，且混合时间为20-30min。

一种更为优选的实施方式中，步骤3)中，混合过程为置于温度为60-80℃的条件下进行混合。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述乙烯基硅烷由浓度为1-2重量％的乙烯基硅烷的乙醇溶液提供，且相对于1重量份的所述陶土，所述乙烯基硅烷的乙醇溶液的用量为3-5重量份。

上述原料的用量可以在宽的范围内选择，例如，在本发明的一种优选的实施方式中，为了更好地提高其力学等使用性能，步骤4)中，相对于100重量份的所述三元乙丙橡胶，所述改性炭黑的用量为10-20重量份，所述处理后的陶土的用量为20-30重量份，所述甲基丙烯酸锌的用量为3-8重量份，所述硫化剂的用量为1-5重量份，所述防老剂的用量为1-5重量份，所述促进剂的用量为1-5重量份。

在本发明的一种优选的实施方式中，步骤5)中，所述电缆胶套的厚度与所述线芯的直径之比为1:10-15。

本发明还提供了一种根据上述所述的制备方法制得的耐高温高韧性电缆。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。所述混合溶液为将高锰酸钾、乙酸酐和浓度为50体积％的硝酸的水溶液按照1:0.4:15的重量比混合制得，硫化剂、促进剂和防老剂为常规市售品。

实施例1

1)将炭黑置于混合溶液中于100r/min的搅拌速率条件下搅拌浸泡2h(使得炭黑能够浸没于上述混合溶液中即可)，制得预处理后的炭黑；

2)在30重量份乙醇存在的条件下，将10重量份预处理后的炭黑与2重量份三烷氧基硅烷于超声振荡条件下混合20min，制得改性炭黑；

3)将1重量份陶土和3重量份浓度为1重量％的乙烯基硅烷的乙醇溶液置于温度为60℃的条件下混合，制得处理后的陶土；

4)将100重量份三元乙丙橡胶、10重量份改性炭黑、20重量份处理后的陶土、3重量份甲基丙烯酸锌、1重量份硫化剂、1重量份防老剂和1重量份促进剂混合熔炼后挤出成型，制得电缆胶套；

5)将电缆胶套包覆线芯(电缆胶套的厚度与所述线芯的直径之比为1:10)，制得耐高温高韧性电缆A1。

实施例2

1)将炭黑置于混合溶液中于200r/min的搅拌速率条件下搅拌浸泡5h(使得炭黑能够浸没于上述混合溶液中即可)，制得预处理后的炭黑；

2)在50重量份乙醇存在的条件下，将10重量份预处理后的炭黑与3重量份三烷氧基硅烷于超声振荡条件下混合30min，制得改性炭黑；

3)将1重量份陶土和5重量份浓度为2重量％的乙烯基硅烷的乙醇溶液置于温度为80℃的条件下混合，制得处理后的陶土；

4)将100重量份三元乙丙橡胶、20重量份改性炭黑、30重量份处理后的陶土、8重量份甲基丙烯酸锌、5重量份硫化剂、5重量份防老剂和5重量份促进剂混合熔炼后挤出成型，制得电缆胶套；

5)将电缆胶套包覆线芯(电缆胶套的厚度与所述线芯的直径之比为1:10)，制得耐高温高韧性电缆A2。

实施例3

1)将炭黑置于混合溶液中于150r/min的搅拌速率条件下搅拌浸泡3h(使得炭黑能够浸没于上述混合溶液中即可)，制得预处理后的炭黑；

2)在40重量份乙醇存在的条件下，将10重量份预处理后的炭黑与3重量份三烷氧基硅烷于超声振荡条件下混合30min，制得改性炭黑；

3)将1重量份陶土和4重量份浓度为2重量％的乙烯基硅烷的乙醇溶液置于温度为70℃的条件下混合，制得处理后的陶土；

4)将100重量份三元乙丙橡胶、15重量份改性炭黑、25重量份处理后的陶土、5重量份甲基丙烯酸锌、3重量份硫化剂、3重量份防老剂和3重量份促进剂混合熔炼后挤出成型，制得电缆胶套；

5)将电缆胶套包覆线芯(电缆胶套的厚度与所述线芯的直径之比为1:10)，制得耐高温高韧性电缆A3。

实施例4

按照实施例1的制备方法进行制备，不同的是，步骤1)中置于静置条件下浸泡，步骤2)中为搅拌混合，制得耐高温高韧性电缆A4。

实施例5

按照实施例2的制备方法进行制备，不同的是，步骤3)中为置于室温条件下(25℃)混合，制得耐高温高韧性电缆A5。

实施例6

按照实施例3的制备方法进行制备，不同的是，所述改性炭黑的用量为5重量份，所述处理后的陶土的用量为10重量份，所述甲基丙烯酸锌的用量为2重量份，制得耐高温高韧性电缆A6。

对比例1

按照实施例1的制备方法进行制备，不同的是，不经过步骤1)和步骤2)，直接使用炭黑代替改性炭黑，制得电缆D1。

对比例2

按照实施例2的制备方法进行制备，不同的是，不经过步骤3)，直接使用未处理的陶土进行混合熔炼，制得电缆D2。

对比例3

按照实施例3的制备方法进行制备，不同的是，不加入甲基丙烯酸锌，制得电缆D3。

测试例

将上述A1-A6和D1-D3分别检测其拉伸强度和断裂伸长率，而后再置于温度为65℃的条件下放置2天，检测其拉伸强度和断裂伸长率，得到的结果如表1所示。

表1

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)

1.一种耐高温高韧性电缆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

1)将炭黑置于高锰酸钾、乙酸酐和硝酸的混合溶液中浸泡，制得预处理后的炭黑；

2)在溶剂存在的条件下，将预处理后的炭黑与三烷氧基硅烷混合，制得改性炭黑；

3)将陶土和乙烯基硅烷混合，制得处理后的陶土；

4)将三元乙丙橡胶、改性炭黑、处理后的陶土、甲基丙烯酸锌、硫化剂、防老剂和促进剂混合熔炼后挤出成型，制得电缆胶套；

5)将电缆胶套包覆线芯，制得耐高温高韧性电缆。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤1)中，所述硝酸由浓度为50-60体积％的硝酸的水溶液提供，且所述混合溶液中高锰酸钾、乙酸酐和硝酸的水溶液的用量的重量比为1:0.3-0.5:10-20。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤1)中，浸泡时间为2-5h，且浸泡为置于搅拌速率为100-200r/min的条件下搅拌混合。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤2)中，所述溶剂选自丙酮和/或乙醇；

且相对于10重量份的所述炭黑，所述三烷氧基硅烷的用量为2-3重量份，所述溶剂的用量为30-50重量份。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤2)中混合过程为超声振荡混合，且混合时间为20-30min。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤3)中，混合过程为置于温度为60-80℃的条件下进行混合。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述乙烯基硅烷由浓度为1-2重量％的乙烯基硅烷的乙醇溶液提供，且相对于1重量份的所述陶土，所述乙烯基硅烷的乙醇溶液的用量为3-5重量份。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤4)中，相对于100重量份的所述三元乙丙橡胶，所述改性炭黑的用量为10-20重量份，所述处理后的陶土的用量为20-30重量份，所述甲基丙烯酸锌的用量为3-8重量份，所述硫化剂的用量为1-5重量份，所述防老剂的用量为1-5重量份，所述促进剂的用量为1-5重量份。

9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤5)中，所述电缆胶套的厚度与所述线芯的直径之比为1:10-15。

10.一种根据权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制得的耐高温高韧性电缆。