CN110003838A - 一种水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工技术领域，且公开了一种水密电缆填充密封胶制备方法，其特征在于，包括以下步骤，首先，使用天然SiO2高精度研磨技术制备纳米SiO2粉体，TDI改性纳米SiO2：在通过有N2保护的反应装置中，加入适量的纳米SiO2，用3，5‑二甲硫基甲苯二胺稀释后搅拌。该水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用，通过将SPUR预聚体引入席夫碱，制得黏胶基体材料“改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物”，席夫碱中含有亚胺基团，具有较强的极性和刚性，使得分子间作用力增强，呈现液晶相，提升高低热稳定性和液晶性，该胶基料具有聚氨酯成膜性好、耐老化和弹性大基本性能，通过席夫碱工艺，提升了耐温性、耐水性和热致性液晶温度性。

Description

一种水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体为一种水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用。

背景技术

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、矿用电缆和铝合金电缆等等，它们都是由单股或多股导线和绝缘层组成，用来连接电路和电器等，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覆盖层，电缆具有内通电，外绝缘的特征。

传统的电缆填充密封胶抗水解性能、粘度和耐高低温方面的性能均一般或是较差，应用在电缆中效果较差，使用者对此颇为烦恼，故而提出一种水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用，具备抗水解性能好、粘度搞和耐高低温性能强等优点，解决了传统的电缆填充密封胶抗水解性能、粘度和耐高低温方面的性能均一般或是较差，应用在电缆中效果较差，使用者对此颇为烦恼的问题。

（二）技术方案

为实现上述抗水解性能好、粘度搞和耐高低温性能强的目的，本发明提供如下技术方案：一种水密电缆填充密封胶制备方法，包括以下步骤：

1）首先，使用天然SiO2高精度研磨技术制备纳米SiO2粉体；

2）TDI改性纳米SiO2：在通过有N2保护的反应装置中，加入适量的纳米SiO2，用3，5-二甲硫基甲苯二胺稀释后搅拌，以100转每分钟搅拌十分钟，超声波分散15分钟，加入适量的TDI(2，4甲苯二异氰酸酯)，超声分散十分钟后，机械搅拌加热，使反应温度在80℃左右，保持反应温度，反应2h后，再加入适量的聚醚（聚氧化丙烯二醇），保持温度继续反应1h后，制的TDI改性纳米SiO2粉体；

3）首黏胶基体制备：采用预聚合成反应，将聚醚（聚氧化丙烯二醇），在密封反应器中于120℃真空干燥4h，降温后分别将“改性纳米SiO2粉体”与“未改性SiO2粉体”悬浮液分别按比例倒入反应装置中；

4）运用多种功能超微细粉体的有机化改性技术分散技术：使用微观混合反应器，在超高速旋转的转子产生的强烈离心力和高频机械效应的共同作用下，使物料迅速分散、破碎与解聚，并使反应液具有稳定、均一的固/液混合状态，实现在强化物料微观混合分散下超微细粉体表面修饰反应，赋予无机颗粒优异疏水亲油特性，改善颗粒流动性和分散性；

5）将上述合液分散均匀后，依次加入化学计量的催化剂、扩链剂等，保存温度80℃反应，2～3h，等到-NCO达到预定比例，加入适量的偶联剂，搅拌反应后降温，制备得到“改性纳米SiO2粉体的SPUR预聚体”和“普通SiO2粉体的SPUR预聚体”；

6）将上述SPUR预聚体引入席夫碱，制得黏胶基体材料“改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物”；

7）研究共混改性黏胶基体、改性补强剂、催化剂和其他助剂组分，评价综合性能，将上述“改性补强剂（TDI改性纳米SiO2粉体）”、改性黏胶基体（改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物）、催化剂和其他助剂，研究材料配比和共混设备、工艺对复合材料熔融粘度、软化点和耐高低温等性能的影响，优化筛选出综合性能优异的复合材料胶体，并进行制的成品抗水解高粘度耐高低温水密电缆填充密封胶。

根据权利要求1所述的一种水密电缆填充密封胶制备方法，所述天然SiO2高精度研磨技术：采用改进的高精度研磨技术，在Si02粉体中通过分散浆液体系中的高硬度、高填充比、高细度研磨介质的超高强度碰撞与研磨，对天然矿物粉体进行超微细化和形貌规整化加工，同时添加长碳链有机物及高分子物质，促进矿物的细化，避免再次团聚和凝聚，最后配合二次强化分散工艺，形成天然矿物粉体的批量化的超微细化粉体，实现Si02粉体等天然矿物粉体的超微细化加工，获得不同粒径的超微细化粉体产品，即纳米SiO2粉体。

一种水密电缆填充密封胶在电缆制品中的应用，包括以下步骤：

1）将权利要求1中制得的一种水密电缆填充密封胶通过注胶方式填充到电缆制品的铠装层和线芯间隙内，通过研究胶体的熔融粘度，设计不同压力比熔胶装置，研发出不同水密电缆间隙面积的温度可控注胶装置；

2）对电缆的各项性能进行评价，探索不同配方、工艺对最终线缆性能的影响规律。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用，具备以下有益效果：

1、该水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用，通过将SPUR预聚体引入席夫碱，制得黏胶基体材料“改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物”，席夫碱中含有亚胺基团，具有较强的极性和刚性，使得分子间作用力增强，呈现液晶相，提升高低热稳定性和液晶性，该胶基料具有聚氨酯成膜性好、耐老化和弹性大基本性能，通过席夫碱工艺，提升了耐温性、耐水性和热致性液晶温度性，通过制备改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物黏胶基体、TDI改性纳米SiO2粉体补强剂共混，并配合少量催化剂、其他助剂高分子，结合纳米粉体表面处理与包覆技术，研究高分子复合材料成分构成、微观结构对材料及其加工制备的水密电缆的水密防水性能、机械性能、耐高低温、耐弯曲性、老化性能等性能的影响，突破水密电缆制备的关键技术，着重解决的关键技术问题：完成高聚合分子精度研磨工艺优化，改进的高精度研磨技术，在Si02粉体中通过分散浆液体系中的高硬度、高填充比、高细度研磨介质的超高强度碰撞与研磨，对粉体进行超微细化和形貌规整化加工，同时添加长碳链有机物及高分子物质，促进矿物的细化，避免分子团聚和凝聚，保障胶体共混充分性，提升了胶体的熔融流动性、疏水性、耐老化性能，完成纳米材料宏量制备及表面改性工艺优化，DTI改性纳米SiO2补强剂制备以及在黏胶体基体中的分散程度与添加量，改善纳米材料粉体的综合品质，提高新材料的粘度性能、老化性能、绝缘性能，从提高使用寿命和可靠性，完成复合材料的共混工艺优化，设计开发特殊“定转子”结构微观混合反应器，在超高速旋转的转子产生的强烈离心力和高频机械效应的共同作用下，使物料迅速分散、破碎与解聚，并使反应液具有稳定、均一的固/液混合状态，实现在强化物料微观混合分散下超微细粉体表面修饰反应，减少无机颗粒的团聚，赋予无机颗粒优异疏水亲油特性，改善颗粒流动性和分散性，完成改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物黏胶基体制备与表征处理，通过纳米改性高分子双螺杆熔融共混工艺开发，并通过对制备胶体综合性能的测试调整高分子以及各自对应的纳米粉体的加入量，获得一系列稳定性能的纳米改性液晶性胶体，完成新材料制备二次混合工艺的稳定性能，通过使不同的纳米填料差异化地分散在不同的高分子基体相中，从而不仅可以充分发挥改性补强剂对黏胶基体相的增强、阻隔和抗磨作用，还可以通过催化剂、其他助剂的加入量调控之间的粘度差，从而使两相熔融粘度接近，形成互穿网络结构，提高成品胶体耐高低温、抗水解、弯曲能以及机械性能，设计了可控温度、压力值的热熔押出机头、模具及装置，研究胶体的熔融粘度，设计不同压力比熔胶装置，研发出用于不同水密电缆间隙面积的温度可控注胶装置，完成了抗水解高粘度耐高低温水密电缆填充密封胶新材料在水密电缆运用水密性能、弯曲性能等指标评价，通过革新工艺、采用新型填充胶材料，设计新型水密电缆，运用弯曲试验机、曲挠试验、水密装置等手段，检测水密电缆综合性能。

2、该水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用，通过将制得的一种水密电缆填充密封胶通过注胶方式填充到电缆制品的铠装层和线芯间隙内，产品运用于电缆制品，水密性满足IEC60092-350、美军标MIL-DTL-24643C或企业标准要求，使得水密电缆制品在水压为（6～10)MPa环境下，保持6～6.25h，试样自由段未漏水（水密性能高于标准中允许“试样自由段滴漏水的体积小于标准的规定值”的要求）。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：一种水密电缆填充密封胶制备方法，包括以下步骤：

1）首先，使用天然SiO2高精度研磨技术制备纳米SiO2粉体；

2）TDI改性纳米SiO2：在通过有N2保护的反应装置中，加入适量的纳米SiO2，用3，5-二甲硫基甲苯二胺稀释后搅拌，以100转每分钟搅拌十分钟，超声波分散15分钟，加入适量的TDI(2，4甲苯二异氰酸酯)，超声分散十分钟后，机械搅拌加热，使反应温度在80℃左右，保持反应温度，反应2h后，再加入适量的聚醚（聚氧化丙烯二醇），保持温度继续反应1h后，制的TDI改性纳米SiO2粉体；

3）首黏胶基体制备：采用预聚合成反应，将聚醚（聚氧化丙烯二醇），在密封反应器中于120℃真空干燥4h，降温后分别将“改性纳米SiO2粉体”与“未改性SiO2粉体”悬浮液分别按比例倒入反应装置中；

4）运用多种功能超微细粉体的有机化改性技术分散技术：使用微观混合反应器，在超高速旋转的转子产生的强烈离心力和高频机械效应的共同作用下，使物料迅速分散、破碎与解聚，并使反应液具有稳定、均一的固/液混合状态，实现在强化物料微观混合分散下超微细粉体表面修饰反应，赋予无机颗粒优异疏水亲油特性，改善颗粒流动性和分散性；

5）将上述合液分散均匀后，依次加入化学计量的催化剂、扩链剂等，保存温度80℃反应，2～3h，等到-NCO达到预定比例，加入适量的偶联剂，搅拌反应后降温，制备得到“改性纳米SiO2粉体的SPUR预聚体”和“普通SiO2粉体的SPUR预聚体”；

6）将上述SPUR预聚体引入席夫碱，制得黏胶基体材料“改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物”；

7）研究共混改性黏胶基体、改性补强剂、催化剂和其他助剂组分，评价综合性能，将上述“改性补强剂（TDI改性纳米SiO2粉体）”、改性黏胶基体（改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物）、催化剂和其他助剂，研究材料配比和共混设备、工艺对复合材料熔融粘度、软化点和耐高低温等性能的影响，优化筛选出综合性能优异的复合材料胶体，并进行制的成品抗水解高粘度耐高低温水密电缆填充密封胶。

根据权利要求1的一种水密电缆填充密封胶制备方法，天然SiO2高精度研磨技术：采用改进的高精度研磨技术，在Si02粉体中通过分散浆液体系中的高硬度、高填充比、高细度研磨介质的超高强度碰撞与研磨，对天然矿物粉体进行超微细化和形貌规整化加工，同时添加长碳链有机物及高分子物质，促进矿物的细化，避免再次团聚和凝聚，最后配合二次强化分散工艺，形成天然矿物粉体的批量化的超微细化粉体，实现Si02粉体等天然矿物粉体的超微细化加工，获得不同粒径的超微细化粉体产品，即纳米SiO2粉体。

一种水密电缆填充密封胶在电缆制品中的应用，包括以下步骤：

1）将权利要求1中制得的一种水密电缆填充密封胶通过注胶方式填充到电缆制品的铠装层和线芯间隙内，通过研究胶体的熔融粘度，设计不同压力比熔胶装置，研发出不同水密电缆间隙面积的温度可控注胶装置；

2）对电缆的各项性能进行评价，探索不同配方、工艺对最终线缆性能的影响规律。

为了开发一种粘度高、附着力强、疏水抗水解、密封效果好、使用温度宽泛、耐高低温、耐老化和绝缘能优异的高粘度水密电缆用填充胶，以及其在水密电缆制品应用加工的工艺方法，本项目抗水解高粘度耐高低温水密电缆填充密封胶制备及其在水密电缆制品运用具有以下特点：

水密密封胶材料兼具有被动性阻水材料和主动性阻水材料的优点，保持凝胶状，遇水时而阻止水进一步侵入及造成纵向流动，引起绝缘破坏或击穿；

水密密封胶材料保持很高的粘结强度、不凝固，耐曲折、耐弯曲，不渗水，绝缘性好；

水密密封胶材料制造成本低，成本相对于“阻水绳、阻水纱”等填充材料要低得多；

水密密封胶材料中不含硫化剂等，与绝缘护套及金属屏蔽层等兼容性好；

运用于水密电缆制品，加工制造工艺简单，易于施工、安装敷设。

实现技术考核指标包括：黏胶工作温度范围广：-50℃～125℃、软化点（环球法）：150±20℃、玻璃化温度：≤-55℃、熔融粘度（170±5℃）：12000±2000cps、气味：熔融时无异味，环保无污染和弯曲性能：产品运用于水密电缆制品能承受30000次弯曲试验。

本发明的有益效果是：该水密电缆填充密封胶制备方法及其在电缆制品中的应用，通过将SPUR预聚体引入席夫碱，制得黏胶基体材料“改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物”，席夫碱中含有亚胺基团，具有较强的极性和刚性，使得分子间作用力增强，呈现液晶相，提升高低热稳定性和液晶性，该胶基料具有聚氨酯成膜性好、耐老化和弹性大基本性能，通过席夫碱工艺，提升了耐温性、耐水性和热致性液晶温度性，通过制备改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物黏胶基体、TDI改性纳米SiO2粉体补强剂共混，并配合少量催化剂、其他助剂高分子，结合纳米粉体表面处理与包覆技术，研究高分子复合材料成分构成、微观结构对材料及其加工制备的水密电缆的水密防水性能、机械性能、耐高低温、耐弯曲性、老化性能等性能的影响，突破水密电缆制备的关键技术，着重解决的关键技术问题：完成高聚合分子精度研磨工艺优化，改进的高精度研磨技术，在Si02粉体中通过分散浆液体系中的高硬度、高填充比、高细度研磨介质的超高强度碰撞与研磨，对粉体进行超微细化和形貌规整化加工，同时添加长碳链有机物及高分子物质，促进矿物的细化，避免分子团聚和凝聚，保障胶体共混充分性，提升了胶体的熔融流动性、疏水性、耐老化性能，完成纳米材料宏量制备及表面改性工艺优化，DTI改性纳米SiO2补强剂制备以及在黏胶体基体中的分散程度与添加量，改善纳米材料粉体的综合品质，提高新材料的粘度性能、老化性能、绝缘性能，从提高使用寿命和可靠性，完成复合材料的共混工艺优化，设计开发特殊“定转子”结构微观混合反应器，在超高速旋转的转子产生的强烈离心力和高频机械效应的共同作用下，使物料迅速分散、破碎与解聚，并使反应液具有稳定、均一的固/液混合状态，实现在强化物料微观混合分散下超微细粉体表面修饰反应，减少无机颗粒的团聚，赋予无机颗粒优异疏水亲油特性，改善颗粒流动性和分散性，完成改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物黏胶基体制备与表征处理，通过纳米改性高分子双螺杆熔融共混工艺开发，并通过对制备胶体综合性能的测试调整高分子以及各自对应的纳米粉体的加入量，获得一系列稳定性能的纳米改性液晶性胶体，完成新材料制备二次混合工艺的稳定性能，通过使不同的纳米填料差异化地分散在不同的高分子基体相中，从而不仅可以充分发挥改性补强剂对黏胶基体相的增强、阻隔和抗磨作用，还可以通过催化剂、其他助剂的加入量调控之间的粘度差，从而使两相熔融粘度接近，形成互穿网络结构，提高成品胶体耐高低温、抗水解、弯曲能以及机械性能，设计了可控温度、压力值的热熔押出机头、模具及装置，研究胶体的熔融粘度，设计不同压力比熔胶装置，研发出用于不同水密电缆间隙面积的温度可控注胶装置，完成了抗水解高粘度耐高低温水密电缆填充密封胶新材料在水密电缆运用水密性能、弯曲性能等指标评价，通过革新工艺、采用新型填充胶材料，设计新型水密电缆，运用弯曲试验机、曲挠试验、水密装置等手段，检测水密电缆综合性能，通过将制得的一种水密电缆填充密封胶通过注胶方式填充到电缆制品的铠装层和线芯间隙内，产品运用于电缆制品，水密性满足IEC60092-350、美军标MIL-DTL-24643C或企业标准要求，使得水密电缆制品在水压为（6～10)MPa环境下，保持6～6.25h，试样自由段未漏水（水密性能高于标准中允许“试样自由段滴漏水的体积小于标准的规定值”的要求），解决了传统的电缆填充密封胶抗水解性能、粘度和耐高低温方面的性能均一般或是较差，应用在电缆中效果较差，使用者对此颇为烦恼的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种水密电缆填充密封胶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）首先，使用天然SiO2高精度研磨技术制备纳米SiO2粉体；

2）TDI改性纳米SiO2：在通过有N2保护的反应装置中，加入适量的纳米SiO2，用3，5-二甲硫基甲苯二胺稀释后搅拌，以100转每分钟搅拌十分钟，超声波分散15分钟，加入适量的TDI(2，4甲苯二异氰酸酯)，超声分散十分钟后，机械搅拌加热，使反应温度在80℃左右，保持反应温度，反应2h后，再加入适量的聚醚（聚氧化丙烯二醇），保持温度继续反应1h后，制的TDI改性纳米SiO2粉体；

3）首黏胶基体制备：采用预聚合成反应，将聚醚（聚氧化丙烯二醇），在密封反应器中于120℃真空干燥4h，降温至室温后分别将“改性纳米SiO2粉体”与“未改性SiO2粉体”悬浮液分别按比例倒入反应装置中；

4）运用多种功能超微细粉体的有机化改性技术分散技术：使用微观混合反应器，在超高速旋转的转子产生的强烈离心力和高频机械效应的共同作用下，使物料迅速分散、破碎与解聚，并使反应液具有稳定、均一的固/液混合状态，实现在强化物料微观混合分散下超微细粉体表面修饰反应，赋予无机颗粒优异疏水亲油特性，改善颗粒流动性和分散性；

5）将上述合液分散均匀后，依次加入化学计量的催化剂、扩链剂等，保存温度80℃反应，2～3h，等到-NCO达到预定比例，加入适量的偶联剂，搅拌反应后降温，制备得到“改性纳米SiO2粉体的SPUR预聚体”和“普通SiO2粉体的SPUR预聚体”；

6）将上述SPUR预聚体引入席夫碱，制得黏胶基体材料“改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物”；

7）研究共混改性黏胶基体、改性补强剂、催化剂和其他助剂组分，评价综合性能，将上述“改性补强剂（TDI改性纳米SiO2粉体）”、改性黏胶基体（改性席夫碱聚氨酯型液晶聚合物）、催化剂和其他助剂，研究材料配比和共混设备、工艺对复合材料熔融粘度、软化点和耐高低温等性能的影响，优化筛选出综合性能优异的复合材料胶体，并进行制的成品抗水解高粘度耐高低温水密电缆填充密封胶。

2.根据权利要求1所述的一种水密电缆填充密封胶制备方法，其特征在于，所述天然SiO2高精度研磨技术：采用改进的高精度研磨技术，在Si02粉体中通过分散浆液体系中的高硬度、高填充比、高细度研磨介质的超高强度碰撞与研磨，对天然矿物粉体进行超微细化和形貌规整化加工，同时添加长碳链有机物及高分子物质，促进矿物的细化，避免再次团聚和凝聚，最后配合二次强化分散工艺，形成天然矿物粉体的批量化的超微细化粉体，实现Si02粉体等天然矿物粉体的超微细化加工，获得不同粒径的超微细化粉体产品，即纳米SiO2粉体。

3.一种水密电缆填充密封胶在电缆制品中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

1）将权利要求1中制得的一种水密电缆填充密封胶通过注胶方式填充到电缆制品的铠装层和线芯间隙内，通过研究胶体的熔融粘度，设计不同压力比熔胶装置，研发出不同水密电缆间隙面积的温度可控注胶装置；

2）对电缆的各项性能进行评价，探索不同配方、工艺对最终线缆性能的影响规律。