CN110054885A - 一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电缆料制备技术领域，具体涉及一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法。本发明首先将甘蔗渣与盐酸混合，将改性产物与聚氨酯树脂、丁腈橡胶以及其它助剂混合，投入混炼机中混炼出料即得抗拉伸耐候电缆料，从甘蔗渣提取有机纤维、蔗糖等物质，利用高温水解使有机纤维部分分解，增强电缆料的抗拉伸强度，还将氧化铝、氧化硅为原料与纤维、糖类成分混合，加强电缆料的抗拉伸强度，同时氧化物成分对纤维进行一定的包覆作用，利用本身稳定的化学性质保护电缆料，使电缆料的热稳定性和耐候性加强，还将纤维进行高温处理生成炭化纤维，进一步提高纤维成分的化学稳定性，再次提高电缆料的耐候性，有利于提高电缆料的使用寿命，具有广阔的应用前景。

Description

一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法

技术领域

本发明属于电缆料制备技术领域，具体涉及一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法。

背景技术

随着经济的迅速发展，电缆在通讯、电力等领域的应用非常广泛。但是，由于电缆属于可燃物质，因此，随着电气火灾事故的频繁发生，电缆的阻燃问题已经引起了世界各国的重视。电缆燃烧时释放出大量烟雾和有毒的、腐蚀性的气体是火灾中危险的因素，在火灾中妨碍人们的安全撤离和灭火工作，使生命财产遭到严重损失。

近年来，电缆的老化引起的火灾越来越多，因此，电缆的耐候性改进也成为了人们的研究重点。为了降低火灾的发生率以及发生火灾时的死亡率，低烟、阻燃、耐候、环保成为了电线电缆行业的发展方向。现有技术中，低烟阻燃电缆料的生产大多是在聚烯烃基材中加入大量的氯化石蜡来达到阻燃的效果，然而，这种方法制备的电缆料的阻燃效果并不是很理想，而且，由于大量无机材料的加入，影响了电缆料的物理机械性能和加工工艺性能，使得所制备的电缆料在常温下柔软性能和耐候性能比较差。

现有技术中，由于多以聚氨酯弹性体作为电缆料的主要成分，因此，聚氨酯弹性体的阻燃性能和耐候性能很大程度上影响着所制备的电缆料的阻燃性能和耐候性能。然而，由于聚氨酯弹性体本身属于易燃物体，因此，提高聚氨酯弹性体的热稳定性非常重要。但是，现有技术中的电缆料所用的聚氨酯弹性体的热稳定性较差，从而导致所制得的电缆料的阻燃性能、耐候性能和热稳定性能不理想。

随着经济的高速发展，电缆护套材料的需求量越来越大，要求越来越高，传统的电缆材料正面临着巨大的挑战，电线电缆作为电能和信息传输体，在交通运输、工业矿山、电气通讯等生活的各个领域都能见到各式各样的电缆，随着电缆在生活中地位的增加，其护套质量也越来越受到人们的重视，尤其是在地铁迅速发展的当代，不同地区气候的巨大差异也对电缆提出更高要求，耐寒、抗拉伸性能、热稳定性好、使用寿命长具有特殊性质的电缆护套的研发受到各领域专业人士的高度关注，如何采用简单方法制备一种耐寒性能好且抗拉伸的电缆护套材料成为目前需要解决的技术问题。

石墨烯是近年来发现的一种带有特殊单原子层结构的新型二维平面纳米材料，具有化学稳定性高、导电性好、阻隔性优良等特点。单个石墨烯纳米片具有超高杨氏模量，断裂强度，弹性模量和比表面积，将其作为无机填料添加到聚合物基体中，制备高性能的复合材料，应用前景广阔。

近几年，随着中国经济的高速发展，能源供应紧张的矛盾越来越突出，为满足这一需求，各大煤矿采用大功率的采煤设备提高产能，而与之配套传输电力的电缆的要求不断提高，乙丙橡胶绝缘具有很高的运行可靠性及其它优点，随着橡胶生产、加工等方面的技术发展，乙丙橡胶在电缆生产中的用量也不断增加，现有的乙丙橡胶材料的防水、阻燃性能越来越无法满足高速发展的社会需求。

目前电缆料存在：耐候性差、使用寿命短、热稳定性不理想、抗拉伸强度差等问题。

因此，发明一种优良的电缆料对电缆料领域制备技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前电缆料的耐候性差导致电缆料的使用寿命缩短，同时针对电缆料热稳定性不理想，抗拉伸强度低的缺陷，提供了一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

将改性产物、聚氨酯树脂、丁腈橡胶、氯化钙、二甲苯、环己酮投入共混机中，在温度为80～100℃的条件下搅拌混合30～40min，搅拌后投入混炼机中，在温度为110～115℃的条件下混炼10～15min，出料即得抗拉伸耐候电缆料；

所述的改性产物的具体制备步骤为：

（1）将热处理浆液投入抽滤机中抽滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次，将滤渣投入烘箱中在温度为100～110℃的条件下干燥1～2h得到干燥物料，将干燥物料投入马弗炉中，将马弗炉内充满氮气，在氮气氛围下，升高马弗炉内温度恒温静置30～40min制得煅烧产物；

（2）将煅烧产物、柠檬酸、质量分数为6～10%的乙酸溶液投入反应釜中，将反应釜内温度升高至50～60℃，用搅拌装置以500～600r/min的转速混合搅拌2～

3h制得预制溶液，向反应釜中加入钛酸酯偶联剂，升高反应釜内温度至80～90℃，继续搅拌50～60min制得改性产物；

所述的热处理浆液的具体制备步骤为：

（1）将甘蔗渣与质量分数为10～12%的盐酸投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为30～40℃的水浴锅中，恒温静置1～2h制得混合液，将混合液置于反应釜中，将反应釜密闭，升高反应釜内温度至160～180℃，恒温静置50～60min制得反应浆液；

（2）将反应浆液、二氧化硅粉末和氧化铝粉末投入烧杯中，用搅拌装置以500～600r/min的转速混合搅拌30～40min制得混合浆液，向烧杯中滴加质量分数为3～5%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，继续用搅拌装置混合搅拌30～40min制得碱性浆液；

（3）向烧杯中滴加质量分数为10～15%的硫酸溶液调节pH值至6.0～6.5，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为35～40kHz的条件下振荡1～2h，振荡后将烧杯置于微波反应器中，在功率为600～800W的条件下热处理20～30min制得热处理浆液。

优选的按重量份数计，所述的改性产物为8～10份、聚氨酯树脂为25～27份、丁腈橡胶为11～13份、氯化钙为1.0～1.2份、二甲苯为20～24份、环己酮为18～22份。

改性产物的具体制备步骤（1）中所述的马弗炉内恒温静置时的温度为350～400℃。

改性产物的具体制备步骤（2）中优选的按重量份数计，所述的煅烧产物为6～8份、柠檬酸为1.0～1.2份、质量分数为6～10%的乙酸溶液为20～22份。

改性产物的具体制备步骤（2）中所述的向反应釜中加入的钛酸酯偶联剂的质量为预制溶液质量的6～10%。

改性产物的具体制备步骤（2）中所述的钛酸酯偶联剂进一步优选为异丙基三（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯、三异硬脂酸钛酸异丙酯、四异丙基二（二辛基亚磷酸酰氧基）钛酸酯其中的一种或多种按任意比例混合。

热处理浆液的具体制备步骤（1）中所述的甘蔗渣与质量分数为10～12%的盐酸的质量比为1:10。

热处理浆液的具体制备步骤（2）中优选的按重量份数计，所述的反应浆液为30～32份、二氧化硅粉末为3～5份、氧化铝粉末为1～2份。

热处理浆液的具体制备步骤（3）中所述的pH值进一步优选为6.0～6.2。

本发明的有益技术效果是：

本发明首先将甘蔗渣与盐酸混合，在高温反应制得反应浆液，再将反应浆液与二氧化硅、氧化铝混合，并滴加碱液反应制得碱性浆液，随后滴加硫酸调节pH值投入超声振荡仪中振荡，振荡后微波处理制得热处理浆液，然后进行抽滤得到滤渣，将滤渣烘干后投入马弗炉内进行煅烧制得煅烧产物，再将煅烧产物与柠檬酸、乙酸溶液混合，并加入钛酸酯偶联剂高温混合搅拌制得改性产物，最后将改性产物与聚氨酯树脂、丁腈橡胶以及其它助剂混合，投入混炼机中混炼出料即得抗拉伸耐候电缆料，本发明从甘蔗渣提取有机纤维、蔗糖等物质，利用高温水解使有机纤维部分分解，生成小分子糖类成分，还使其余部分的纤维成分中的碳链断裂，生成链长较短的纤维成分，使纤维的比表面积增加，提高各纤维与其它成分之间的接触程度，利用纤维、糖类成分中丰富的有机官能团对电缆料中各成分形成紧密的粘结作用，从而提高电缆料的内部空间结构强度，增强电缆料的抗拉伸强度，还将氧化铝、氧化硅为原料与纤维、糖类成分混合，利用碱液浸泡使氧化硅、氧化铝成分生成硅酸盐和偏铝酸根成分，进一步分散于纤维成分中，再调节pH值使偏铝酸根和硅酸反应生成二氧化硅和氧化铝成分，从而使纤维成分中填充二氧化硅和氧化铝颗粒，进一步提高纤维的力学强度，加强电缆料的抗拉伸强度，同时氧化物成分对纤维进行一定的包覆作用，可以有效包覆电缆料，利用本身稳定的化学性质保护电缆料，使电缆料的热稳定性和耐候性加强，本发明还将纤维进行高温处理生成炭化纤维，从而进一步提高纤维成分的化学稳定性，再次提高电缆料的耐候性，有利于提高电缆料的使用寿命，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

将甘蔗渣与质量分数为10～12%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为30～40℃的水浴锅中，恒温静置1～2h制得混合液，将混合液置于反应釜中，将反应釜密闭，升高反应釜内温度至160～180℃，恒温静置50～60min制得反应浆液；按重量份数计，将30～32份上述反应浆液、3～5份二氧化硅粉末和1～2份氧化铝粉末投入烧杯中，用搅拌装置以500～600r/min的转速混合搅拌30～40min制得混合浆液，向烧杯中滴加质量分数为3～5%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，继续用搅拌装置混合搅拌30～40min制得碱性浆液；向上述烧杯中滴加质量分数为10～15%的硫酸溶液调节pH值至6.0～6.5，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为35～40kHz的条件下振荡1～2h，振荡后将烧杯置于微波反应器中，在功率为600～800W的条件下热处理20～30min制得热处理浆液；将上述热处理浆液投入抽滤机中抽滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次，将滤渣投入烘箱中在温度为100～110℃的条件下干燥1～2h得到干燥物料，将干燥物料投入马弗炉中，将马弗炉内充满氮气，在氮气氛围下，升高马弗炉内温度至350～400℃，恒温静置30～40min制得煅烧产物；按重量份数计，将6～8份上述煅烧产物、1.0～1.2份柠檬酸、20～22份质量分数为6～10%的乙酸溶液投入反应釜中，将反应釜内温度升高至50～60℃，用搅拌装置以500～600r/min的转速混合搅拌2～3h制得预制溶液，向反应釜中加入预制溶液质量6～10%的钛酸酯偶联剂，升高反应釜内温度至80～90℃，继续搅拌50～60min制得改性产物；按重量份数计，将8～10份上述改性产物、25～27份聚氨酯树脂、11～13份丁腈橡胶、1.0～1.2份氯化钙、20～24份二甲苯、18～22份环己酮投入共混机中，在温度为80～100℃的条件下搅拌混合30～40min，搅拌后投入混炼机中，在温度为110～115℃的条件下混炼10～15min，出料即得抗拉伸耐候电缆料。

反应浆液的制备：将甘蔗渣与质量分数为10%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为30℃的水浴锅中，恒温静置1h制得混合液，将混合液置于反应釜中，将反应釜密闭，升高反应釜内温度至160℃，恒温静置50min制得反应浆液；

碱性浆液的制备：

按重量份数计，将30份上述反应浆液、3份二氧化硅粉末和1份氧化铝粉末投入烧杯中，用搅拌装置以500r/min的转速混合搅拌30min制得混合浆液，向烧杯中滴加质量分数为3%的氢氧化钠溶液调节pH值至11，继续用搅拌装置混合搅拌30min制得碱性浆液；

热处理浆液的制备：

向上述烧杯中滴加质量分数为10%的硫酸溶液调节pH值至6.0，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为35kHz的条件下振荡1h，振荡后将烧杯置于微波反应器中，在功率为600W的条件下热处理20min制得热处理浆液；

煅烧产物的制备：

将上述热处理浆液投入抽滤机中抽滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3次，将滤渣投入烘箱中在温度为100℃的条件下干燥1h得到干燥物料，将干燥物料投入马弗炉中，将马弗炉内充满氮气，在氮气氛围下，升高马弗炉内温度至350℃，恒温静置30min制得煅烧产物；

改性产物的制备：

按重量份数计，将6份上述煅烧产物、1.0份柠檬酸、20份质量分数为6%的乙酸溶液投入反应釜中，将反应釜内温度升高至50℃，用搅拌装置以500r/min的转速混合搅拌2h制得预制溶液，向反应釜中加入预制溶液质量6%的钛酸酯偶联剂，升高反应釜内温度至80℃，继续搅拌50min制得改性产物；

抗拉伸耐候电缆料的制备：

按重量份数计，将8份上述改性产物、25份聚氨酯树脂、11份丁腈橡胶、1.0份氯化钙、20份二甲苯、18份环己酮投入共混机中，在温度为80℃的条件下搅拌混合30min，搅拌后投入混炼机中，在温度为110℃的条件下混炼10min，出料即得抗拉伸耐候电缆料。

反应浆液的制备：将甘蔗渣与质量分数为11%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为35℃的水浴锅中，恒温静置1.5h制得混合液，将混合液置于反应釜中，将反应釜密闭，升高反应釜内温度至170℃，恒温静置55min制得反应浆液；

碱性浆液的制备：

按重量份数计，将31份上述反应浆液、4份二氧化硅粉末和1.5份氧化铝粉末投入烧杯中，用搅拌装置以550r/min的转速混合搅拌35min制得混合浆液，向烧杯中滴加质量分数为4%的氢氧化钠溶液调节pH值至11.5，继续用搅拌装置混合搅拌35min制得碱性浆液；

热处理浆液的制备：

向上述烧杯中滴加质量分数为12.5%的硫酸溶液调节pH值至6.25，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为37.5kHz的条件下振荡1.5h，振荡后将烧杯置于微波反应器中，在功率为700W的条件下热处理25min制得热处理浆液；

煅烧产物的制备：

将上述热处理浆液投入抽滤机中抽滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣4次，将滤渣投入烘箱中在温度为105℃的条件下干燥1.5h得到干燥物料，将干燥物料投入马弗炉中，将马弗炉内充满氮气，在氮气氛围下，升高马弗炉内温度至375℃，恒温静置35min制得煅烧产物；

改性产物的制备：

按重量份数计，将7份上述煅烧产物、1.1份柠檬酸、21份质量分数为8%的乙酸溶液投入反应釜中，将反应釜内温度升高至55℃，用搅拌装置以550r/min的转速混合搅拌2.5h制得预制溶液，向反应釜中加入预制溶液质量8%的钛酸酯偶联剂，升高反应釜内温度至85℃，继续搅拌55min制得改性产物；

抗拉伸耐候电缆料的制备：

按重量份数计，将9份上述改性产物、26份聚氨酯树脂、12份丁腈橡胶、1.1份氯化钙、23份二甲苯、20份环己酮投入共混机中，在温度为90℃的条件下搅拌混合35min，搅拌后投入混炼机中，在温度为112.5℃的条件下混炼12.5min，出料即得抗拉伸耐候电缆料。

反应浆液的制备：将甘蔗渣与质量分数为12%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为40℃的水浴锅中，恒温静置2h制得混合液，将混合液置于反应釜中，将反应釜密闭，升高反应釜内温度至180℃，恒温静置60min制得反应浆液；

碱性浆液的制备：

按重量份数计，将32份上述反应浆液、5份二氧化硅粉末和2份氧化铝粉末投入烧杯中，用搅拌装置以600r/min的转速混合搅拌40min制得混合浆液，向烧杯中滴加质量分数为5%的氢氧化钠溶液调节pH值至12，继续用搅拌装置混合搅拌40min制得碱性浆液；

热处理浆液的制备：

向上述烧杯中滴加质量分数为15%的硫酸溶液调节pH值至6.5，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为40kHz的条件下振荡2h，振荡后将烧杯置于微波反应器中，在功率为800W的条件下热处理30min制得热处理浆液；

煅烧产物的制备：

将上述热处理浆液投入抽滤机中抽滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣5次，将滤渣投入烘箱中在温度为110℃的条件下干燥2h得到干燥物料，将干燥物料投入马弗炉中，将马弗炉内充满氮气，在氮气氛围下，升高马弗炉内温度至400℃，恒温静置40min制得煅烧产物；

改性产物的制备：

按重量份数计，将8份上述煅烧产物、1.2份柠檬酸、22份质量分数为10%的乙酸溶液投入反应釜中，将反应釜内温度升高至60℃，用搅拌装置以600r/min的转速混合搅拌3h制得预制溶液，向反应釜中加入预制溶液质量10%的钛酸酯偶联剂，升高反应釜内温度至90℃，继续搅拌60min制得改性产物；

抗拉伸耐候电缆料的制备：

按重量份数计，将10份上述改性产物、27份聚氨酯树脂、13份丁腈橡胶、1.2份氯化钙、24份二甲苯、22份环己酮投入共混机中，在温度为100℃的条件下搅拌混合40min，搅拌后投入混炼机中，在温度为115℃的条件下混炼15min，出料即得抗拉伸耐候电缆料。

对比例1与实例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少热处理浆液。

对比例2与实例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少改性产物。

对比例3上海某公司生产的电缆线。

分别对本发明和对比例中的进行性能检测，检测结果如表1所示：

检测方法：

拉伸强度参照GB/T1040-2006的标准进行检测。

断裂伸长率参照GB/T1040-2006的标准进行检测。

熔融指数参照GB/T3682-2002的标准进行检测。

表1电缆料性能测定结果

测试项目	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3
							拉伸强度（MPa）	18.7	19.6	20.3	13.2	14.5	15.2
断裂伸长率（%）	279	285	290	138	152	186
							熔融指数（g/10min）190℃×2.16kg	0.22	0.21	0.18	0.56	0.49	0.38
200℃下热稳定时间（min）	238	245	250	185	196	206

通过表1能够看出，本发明制备的电缆料抗拉伸强度良好，耐候性佳，提高了电缆料的使用寿命，热稳定性能良好，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

将改性产物、聚氨酯树脂、丁腈橡胶、氯化钙、二甲苯、环己酮投入共混机中，在温度为80～100℃的条件下搅拌混合30～40min，搅拌后投入混炼机中，在温度为110～115℃的条件下混炼10～15min，出料即得抗拉伸耐候电缆料；

所述的改性产物的具体制备步骤为：

（1）将热处理浆液投入抽滤机中抽滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次，将滤渣投入烘箱中在温度为100～110℃的条件下干燥1～2h得到干燥物料，将干燥物料投入马弗炉中，将马弗炉内充满氮气，在氮气氛围下，升高马弗炉内温度恒温静置30～40min制得煅烧产物；

（2）将煅烧产物、柠檬酸、质量分数为6～10%的乙酸溶液投入反应釜中，将反应釜内温度升高至50～60℃，用搅拌装置以500～600r/min的转速混合搅拌2～3h制得预制溶液，向反应釜中加入钛酸酯偶联剂，升高反应釜内温度至80～90℃，继续搅拌50～60min制得改性产物；

所述的热处理浆液的具体制备步骤为：

（1）将甘蔗渣与质量分数为10～12%的盐酸投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为30～40℃的水浴锅中，恒温静置1～2h制得混合液，将混合液置于反应釜中，将反应釜密闭，升高反应釜内温度至160～180℃，恒温静置50～60min制得反应浆液；

（2）将反应浆液、二氧化硅粉末和氧化铝粉末投入烧杯中，用搅拌装置以500～600r/min的转速混合搅拌30～40min制得混合浆液，向烧杯中滴加质量分数为3～5%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，继续用搅拌装置混合搅拌30～40min制得碱性浆液；

（3）向烧杯中滴加质量分数为10～15%的硫酸溶液调节pH值至6.0～6.5，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为35～40kHz的条件下振荡1～2h，振荡后将烧杯置于微波反应器中，在功率为600～800W的条件下热处理20～30min制得热处理浆液。

2.根据权利要求1所述的一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于：优选的按重量份数计，所述的改性产物为8～10份、聚氨酯树脂为25～27份、丁腈橡胶为11～13份、氯化钙为1.0～1.2份、二甲苯为20～24份、环己酮为18～22份。

3.根据权利要求1所述的一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于：改性产物的具体制备步骤（1）中所述的马弗炉内恒温静置时的温度为350～400℃。

4.根据权利要求1所述的一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于：改性产物的具体制备步骤（2）中优选的按重量份数计，所述的煅烧产物为6～8份、柠檬酸为1.0～1.2份、质量分数为6～10%的乙酸溶液为20～22份。

5.根据权利要求1所述的一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于：改性产物的具体制备步骤（2）中所述的向反应釜中加入的钛酸酯偶联剂的质量为预制溶液质量的6～10%。

6.根据权利要求1所述的一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于：改性产物的具体制备步骤（2）中所述的钛酸酯偶联剂进一步优选为异丙基三（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯、三异硬脂酸钛酸异丙酯、四异丙基二（二辛基亚磷酸酰氧基）钛酸酯其中的一种或多种按任意比例混合。

7.根据权利要求1所述的一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于：热处理浆液的具体制备步骤（1）中所述的甘蔗渣与质量分数为10～12%的盐酸的质量比为1:10。

8.根据权利要求1所述的一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于：热处理浆液的具体制备步骤（2）中优选的按重量份数计，所述的反应浆液为30～32份、二氧化硅粉末为3～5份、氧化铝粉末为1～2份。

9.根据权利要求1所述的一种抗拉伸耐候电缆料的制备方法，其特征在于：热处理浆液的具体制备步骤（3）中所述的pH值进一步优选为6.0～6.2。