CN110885503A - 一种环保型阻燃、绝缘、无游离硫的三元乙丙橡胶及其应用 - Google Patents

一种环保型阻燃、绝缘、无游离硫的三元乙丙橡胶及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保型阻燃、绝缘、无游离硫的三元乙丙橡胶及其应用，涉及橡胶材料技术领域，由以下重量份数的原料制成：三元乙丙橡胶80‑120份、补强剂120‑160份、软化剂15‑25份、配合剂5‑15份、硫化促进剂1‑10份；本发明以三元乙丙橡胶作为主料，辅以4种功能助剂制得新型三元乙丙橡胶，该橡胶的加工成型性好，能够被加工成不同形状的橡胶制品；该橡胶不仅具有良好的力学性能，还具有优异的阻燃、绝缘性能，同时该橡胶不含游离硫，安全环保性强，尤其适用于作为电动汽车充电桩电缆的加工材料。

Description

一种环保型阻燃、绝缘、无游离硫的三元乙丙橡胶及其应用
技术领域：
本发明涉及橡胶材料技术领域，具体涉及一种环保型阻燃、绝缘、无游离硫的三元乙丙橡胶及其应用。
背景技术：
电动汽车充电电缆用于连接电动汽车充电装置与充电基础设施，从而对电动汽车进行电力传输，并配备一定数量的信号线、控制线、电源辅助线等来确保整个充电过程控制准确、操作安全无误。近年来，对电缆的使用性能要求不仅限于柔软、耐磨等力学性能，而更多的要求其具有良好的阻燃性和绝缘性，在意外灾害情况下仍能保证或暂时保证其正常运行，提高使用安全性，避免造成生命财产损失。
三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，是乙丙橡胶的一种，以EPDM表示，因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候、耐老化等性能优异。
为了赋予三元乙丙橡胶良好的阻燃和绝缘性能以满足电动汽车充电桩电缆的使用需求，需要配合使用功能助剂。另外，硫化剂属于橡胶加工的常用功能助剂，用得最普遍的硫化剂是元素硫和含硫化合物，利用这些硫化剂加工制得的橡胶含有结合硫和游离硫，而游离硫的存在会严重影响橡胶的使用环保性。针对这一问题，本发明提供了一种环保型阻燃、绝缘、无游离硫的三元乙丙橡胶，所制橡胶能够更适用于电动汽车充电桩电缆的使用需求。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型三元乙丙橡胶，该橡胶不含游离硫，使用环保性强，并且具有优异的阻燃性能和绝缘性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种环保型阻燃、绝缘、无游离硫的三元乙丙橡胶，由以下重量份数的原料制成：
三元乙丙橡胶80-120份、补强剂120-160份、软化剂15-25份、配合剂5-15份、硫化促进剂1-10份。
所述补强剂包含炭黑、陶土、白炭黑和阻燃剂。
所述阻燃剂选用有机磷酸酯类阻燃剂。
所述软化剂包含工业白油和硅烷偶联剂。
所述配合剂包含氧化锌、硬脂酸和活性剂。
所述活性剂选用聚乙二醇。本发明以聚乙二醇作为活性剂，提高橡胶的力学性能，同时还可改善补强剂的分散性。
所述硫化促进剂包含交联剂和硫化剂。
所述交联剂选用过氧化二异丙苯，硫化剂选用硫化剂BIBP。
上述三元乙丙橡胶的制备方法包括以下步骤：
(1)一段混炼：先将三元乙丙橡胶投入密炼机中混炼，再投入配合剂混炼，然后投入补强剂和软化剂混炼，下料，经开炼机出片；
(2)二段混炼：将一段混炼所得胶料投入密炼机中，并投入硫化促进剂混炼，下料，开炼机对胶料薄通、翻胶，出片，经冷却后包装。
所述活性剂还可以选用N-羟乙基丙烯酰胺。以N-羟乙基丙烯酰胺替代聚乙二醇，能够取得明显优于聚乙二醇的性能效果。
本发明为了进一步增强所制橡胶的绝缘性能，对补强剂的成分进行了优化，将白炭黑经过膨化处理，具体操作是：先将白炭黑加水润湿后加入高压反应釜中，并加热至130-140℃保温搅拌，再加压至5-10MPa后保温保压处理，然后加入六羟甲基三聚氰胺六甲醚，搅拌下继续于温度130-140℃、压力5-10MPa下保温保压处理，泄压后自然冷却至60℃以下，出料。所述白炭黑、水、六羟甲基三聚氰胺六甲醚的质量比为20:5-15:1-10。
六羟甲基三聚氰胺六甲醚在本领域中常作为橡胶粘合剂使用，而本发明在膨化处理时添加六羟甲基三聚氰胺六甲醚的作用机理是：在高温高压条件下，六羟甲基三聚氰胺六甲醚渗入到膨化后的白炭黑的内部孔道中，通过提高白炭黑在橡胶中的均匀分散性以使白炭黑充分发挥其阻燃性能。并且，经上述膨化处理后的白炭黑在橡胶中的均匀分散性是常规的胶料混炼操作无法达到的，这是因为经上述膨化处理后的白炭黑与三元乙丙橡胶之间的作用力由排斥力转变为吸引力。
为了从橡胶的加工工艺入手来优化其使用性能，本发明在上述的一段混炼工序与二段混炼工序之间增加了热处理工序，即上述三元乙丙橡胶的制备方法包括以下步骤：
(1)一段混炼：先将三元乙丙橡胶投入密炼机中混炼，再投入配合剂混炼，然后投入补强剂和软化剂混炼，下料，经开炼机出片；
(2)热处理：将一段混炼所得胶料加热至熔融状态保温搅拌，再通入冷空气使胶料以不低于20℃/min的降温速度冷却至10℃以下，然后再加热至熔融状态保温搅拌，最后自然冷却至70℃以下；
(3)二段混炼：将热处理后的胶料投入密炼机中，并投入硫化促进剂混炼，下料，开炼机对胶料薄通、翻胶，出片，经冷却后包装。
本发明将合金加工领域的热处理方式应用到橡胶的加工，在不改变加工原料的条件下仅通过温度的变化就能显著优化橡胶的使用性能。
上述三元乙丙橡胶在电动汽车充电桩电缆中的应用。由于上述所制三元乙丙橡胶具有突出的阻燃、绝缘、无游离硫的特点，因此尤其适用于作为电动汽车充电桩电缆的加工材料。
本发明的有益效果是：本发明以三元乙丙橡胶作为主料，辅以4种功能助剂制得新型三元乙丙橡胶，该橡胶的加工成型性好，能够被加工成不同形状的橡胶制品；该橡胶不仅具有良好的力学性能，还具有优异的阻燃、绝缘性能，同时该橡胶不含游离硫，安全环保性强，尤其适用于作为电动汽车充电桩电缆的加工材料。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
以下实施例中的三元乙丙橡胶3092PM和三元乙丙橡胶4045M来自中石化三井公司，炭黑N550来自龙星化工股份有限公司，陶土DB-80来自山西金宇科林科技有限公司，白炭黑255来自南吉化学工业有限公司，阻燃剂FR-680来自淮安优聚橡胶有限公司，工业白油P500来自上海海的润滑油有限公司，硅烷偶联剂SI-69来自上海科茂化工有限公司，氧化锌ZNO来自新际金属有限公司，硬脂酸SA来自杭州油脂化工有限公司，PEG4000来自亚东石化(扬州)有限公司，交联剂DCP来自中国石化上海高桥石油化工公司，交联剂TAIC和硫化剂BIBP来自昆山海丽控股集团有限公司，N-羟乙基丙烯酰胺来自广州润邦化工材料有限公司，六羟甲基三聚氰胺六甲醚来自江苏国立化工科技有限公司。
实施例1
(1)一段混炼：先将50g三元乙丙橡胶3092PM、50g三元乙丙橡胶4045M投入密炼机中混炼10min，再投入5g氧化锌ZNO、1g硬脂酸SA、2g PEG4000混炼10min，然后投入30g炭黑N550、20g陶土DB-80、20g白炭黑255、80g阻燃剂FR-680和20g工业白油P500、1.2g硅烷偶联剂SI-69混炼10min，混炼温度在80℃，下料，经开炼机出片；
(2)二段混炼：将一段混炼所得胶料投入密炼机中，并投入1g交联剂DCP、1.25g交联剂TAIC、3g硫化剂BIBP混炼15min，下料，开炼机对胶料薄通3次、翻胶3次，出片，经20℃空气冷却后包装。
实施例2
(1)一段混炼：先将50g三元乙丙橡胶3092PM、50g三元乙丙橡胶4045M投入密炼机中混炼10min，再投入5g氧化锌ZNO、1g硬脂酸SA、3g PEG4000混炼10min，然后投入30g炭黑N550、20g陶土DB-80、20g白炭黑255、80g阻燃剂FR-680和20g工业白油P500、1.2g硅烷偶联剂SI-69混炼10min，混炼温度在80℃，下料，经开炼机出片；
(2)二段混炼：将一段混炼所得胶料投入密炼机中，并投入1g交联剂DCP、1.25g交联剂TAIC、3g硫化剂BIBP混炼15min，下料，开炼机对胶料薄通3次、翻胶3次，出片，经20℃空气冷却后包装。
实施例3
将实施例1中的PEG4000替换为等量的N-羟乙基丙烯酰胺，其余操作同实施例1。
实施例4
将实施例1中的白炭黑经过膨化处理，具体操作是：先将20g白炭黑加10g水润湿后加入高压反应釜中，并加热至130℃保温搅拌5min，再加压至6MPa后保温保压处理15min，然后加入5g六羟甲基三聚氰胺六甲醚，搅拌下继续于温度130℃、压力6MPa下保温保压处理15min，泄压后自然冷却至55℃，出料；其余操作同实施例1。
实施例5
将实施例1中一段混炼所得胶料进行热处理后再进行二段混炼，热处理的具体操作是：将一段混炼所得胶料加热至熔融状态保温搅拌10min，再通入冷空气使胶料以25℃/min的降温速度冷却至5℃，然后再加热至熔融状态保温搅拌15min，最后自然冷却至60℃；其余操作同实施例1。
本发明分别利用上述实施例制备橡胶，并依照GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》测定拉伸强度和拉断伸长率，依照GB/T 10707-2008《橡胶燃烧性能的测定》垂直燃烧法测定阻燃等级，依照GB/T11210-2014《硫化橡胶或热塑性橡胶抗静电和导电制品电阻的测定》测定绝缘电阻，依照GB/T 15251-2008《橡胶游离硫的测定》亚硫酸钠法测定游离硫含量，测定结果如表1所示。
表1本发明橡胶的使用性能测定结果
测定项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
拉伸强度/MPa 11.2 11.3 11.5 12.7 13.1
拉断伸长率/％ 354 359 376 398 415
阻燃等级 FV-0 FV-0 FV-0 FV-0 FV-0
绝缘电阻/Ω 3.1×10<sup>9</sup> 3.1×10<sup>9</sup> 3.5×10<sup>9</sup> 4.2×10<sup>9</sup> 3.8×10<sup>9</sup>
游离硫含量/％ ＜0.005％ ＜0.005％ ＜0.005％ ＜0.005％ ＜0.005％
由表1可知，实施例3通过以N-羟乙基丙烯酰胺作为活性剂、实施例4通过对白炭黑的膨化处理、实施例5通过对一段混炼所得胶料的热处理均能不同程度地优化橡胶的力学性能和绝缘性能，并且橡胶的阻燃等级能够达到FV-0级，游离硫含量低于0.005％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种环保型阻燃、绝缘、无游离硫的三元乙丙橡胶，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：
三元乙丙橡胶80-120份、补强剂120-160份、软化剂15-25份、配合剂5-15份、硫化促进剂1-10份。
2.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶，其特征在于：所述补强剂包含炭黑、陶土、白炭黑和阻燃剂。
3.根据权利要求2所述的三元乙丙橡胶，其特征在于：所述阻燃剂选用有机磷酸酯类阻燃剂。
4.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶，其特征在于：所述软化剂包含工业白油和硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶，其特征在于：所述配合剂包含氧化锌、硬脂酸和活性剂。
6.根据权利要求5所述的三元乙丙橡胶，其特征在于：所述活性剂选用聚乙二醇。
7.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶，其特征在于：所述硫化促进剂包含交联剂和硫化剂。
8.根据权利要求7所述的三元乙丙橡胶，其特征在于：所述交联剂选用过氧化二异丙苯，硫化剂选用硫化剂BIBP。
9.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
(1)一段混炼：先将三元乙丙橡胶投入密炼机中混炼，再投入配合剂混炼，然后投入补强剂和软化剂混炼，下料，经开炼机出片；
(2)二段混炼：将一段混炼所得胶料投入密炼机中，并投入硫化促进剂混炼，下料，开炼机对胶料薄通、翻胶，出片，经冷却后包装。
10.权利要求1-9任一项所述的三元乙丙橡胶在电动汽车充电桩电缆中的应用。
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