CN111333939A - 一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃tpe材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，包括以下成分：聚乙烯树脂、改性氧化石墨烯、丙烯‑乙烯共聚物、直链二元酸酯、超细石英砂、磷氮类阻燃剂和乙烯‑醋酸乙烯共聚物。该TPE材料加入直链二元酸酯可以显著提升材料的耐低温性能，加入超细石英砂可以显著提升材料的耐酸碱性能；而为了进一步提升材料的耐低温性能和耐酸碱性能，本发明中加入了通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯，该改性氧化石墨烯材料可以提升材料的致密程度；加入磷氮类阻燃剂，将材料的阻燃级别提升至UL94 V‑0。本发明的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料非常适合制备应用于电气铁路和≤20千伏电网的绝缘子伞套。
Description
技术领域
本发明涉及TPE材料技术领域，尤其涉及一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料。
背景技术
热塑性弹性体TPE/TPR，又称人造橡胶或合成橡胶。其产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点。可采用注塑、挤出、吹塑等加工方式生产，既简化加工过程，又降低加工成本，因此热塑性弹性体TPE/TPR材料已成为取代传统橡胶的最新材料。
复合绝缘子在重量、测零值、耐污闪电压等方面，尤其是污闪电压高上相比瓷质绝缘子有很大的优越性，因此越来越受到行业的青睐。传统环氧树脂，其电气机械性能和加工工艺性能都十分优良，因此可以作为结构性绝缘材料用作绝缘子的伞套。在国外，环氧树脂在电力行业的应用已经有40年的成功使用经验。但是为了提高绝缘子伞套在耐酸碱、耐低温等恶劣应用环境下的性能，有必要研究一种应用于电气铁路和≤20千伏电网的绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种电气铁路和≤20千伏电网的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料。
本发明的技术方案如下：
一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，包括以下成分：聚乙烯树脂、改性氧化石墨烯、丙烯-乙烯共聚物、直链二元酸酯、超细石英砂、磷氮类阻燃剂和乙烯-醋酸乙烯共聚物。
优选的，所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，由以下重量百分比的成分组成：
聚乙烯树脂35-45％
改性氧化石墨烯0.1-0.3％
丙烯-乙烯共聚物8-15％
直链二元酸酯6-10％
超细石英砂0.2-0.5％
磷氮类阻燃剂25-32％
乙烯-醋酸乙烯共聚物余量。
优选的，所述的聚乙烯树脂为采用低压法生产的高密度聚乙烯颗粒，其重均分子量为600000-1000000。
优选的，所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺、磷化物和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。
优选的，所述的丙烯-乙烯共聚物是采用茂金属催化剂和新型溶液聚合工艺生产出来的共聚物颗粒，其中乙烯的含量为重量百分比为12-20％，其熔体流动指数为320-400g/10min。
优选的，所述的直链二元酸酯为已二酸二壬酯或癸二酸二辛酯中的任意一种。
优选的，超细石英砂的粒径为20-50μm。
优选的，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为重量百分比15-30％，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔体流动指数为15-40g/10min。
所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将长链脂肪胺、磷化物和硅烷偶联剂溶于乙醇中，混合均匀后，将其倒入含有氧化石墨烯水溶液中，加热反应，之后自然冷却到室温，将反应固体物滤出，用乙醇洗涤固体物，滤饼干燥，即可得到改性氧化石墨烯；
B、将改性的氧化石墨烯、直链二元酸酯和超细石英砂混合后，采用干磨法对原料进行球磨30-60min，得到混合粉；
C、将混合粉与聚乙烯树脂、丙烯-乙烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物按配比进行配料；将配好的料在混合机中混合均匀后出料，采用挤出机造粒，即可。
优选的，所述的长链脂肪胺为十二烷基胺，十四烷基胺，十六烷基胺，十八烷基胺中的任意一种或者多种的组合。
本发明的有益之处在于：本发明提供了一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，包括以下成分：聚乙烯树脂、改性氧化石墨烯、丙烯-乙烯共聚物、直链二元酸酯、超细石英砂、磷氮类阻燃剂和乙烯-醋酸乙烯共聚物。该TPE材料在传统的TPE材料的基础上加入了改性氧化石墨烯、直链二元酸酯和超细石英砂；其中加入直链二元酸酯可以显著提升材料的耐低温性能，而加入超细石英砂可以显著提升材料的耐酸碱性能；而为了进一步提升材料的耐低温性能和耐酸碱性能，本发明中加入了通过表面用长链脂肪族胺和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯，该改性氧化石墨烯材料可以与TPE材料中的其它有机成分有效结合，从而提升材料的致密程度，故可以进一步提升TPE材料的耐低温性能和耐酸碱性能；本发明还加入了磷氮类阻燃剂，从而将材料的阻燃级别提升至UL94 V-0。本发明的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料非常适合制备应用于电气铁路和≤20千伏电网的绝缘子伞套。
具体实施方式
实施例1
一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，由以下重量百分比的成分组成：
聚乙烯树脂38％
改性氧化石墨烯0.15％
丙烯-乙烯共聚物10％
直链二元酸酯8％
超细石英砂0.3％
磷氮类阻燃剂30％
乙烯-醋酸乙烯共聚物余量。
所述的聚乙烯树脂为采用低压法生产的高密度聚乙烯颗粒，其重均分子量为600000-1000000。
所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺、磷化物和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。
所述的丙烯-乙烯共聚物是采用茂金属催化剂和新型溶液聚合工艺生产出来的共聚物颗粒，其中乙烯的含量为重量百分比为16％，其熔体流动指数为365g/10min。
所述的直链二元酸酯为已二酸二壬酯。
超细石英砂的粒径为20-50μm。
所述的磷氮类阻燃剂为苏州安鸿泰生产的WR03。
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为重量百分比24％，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔体流动指数为24g/10min。
所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将500g的不同的十二烷基胺、3g磷酸胆碱和50g KH570溶于50L的95v/v％乙醇中，超声分散1小时，配成均一溶液，将其迅速倒入含有50L的10mg/mL的氧化石墨烯水溶液带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，100℃加热，反应2h，之后自然冷却到室温，将反应固体物滤出，用乙醇作溶剂与固体物混合，将产物在9000r/min下离心30min，重复离心三次，除去未反应的有机胺，真空抽滤产物，并用大量去离子水冲洗三次，将滤饼在真空30℃下干燥过夜，最后得到浅黑色粉末长链脂肪胺改性的氧化石墨烯；
B、将改性的氧化石墨烯、直链二元酸酯和超细石英砂混合后，采用干磨法对原料进行球磨40min，得到混合粉；
C、将混合粉与聚乙烯树脂、丙烯-乙烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物按配比进行配料；将配好的料在混合机中混合均匀后出料，采用挤出机造粒，即可。
实施例2
一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，由以下重量百分比的成分组成：
聚乙烯树脂45％
改性氧化石墨烯0.1％
丙烯-乙烯共聚物8％
直链二元酸酯10％
超细石英砂0.2％
磷氮类阻燃剂25％
乙烯-醋酸乙烯共聚物余量。
所述的聚乙烯树脂为采用低压法生产的高密度聚乙烯颗粒，其重均分子量为600000-1000000。
所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺、磷化物和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。
所述的丙烯-乙烯共聚物是采用茂金属催化剂和新型溶液聚合工艺生产出来的共聚物颗粒，其中乙烯的含量为重量百分比为20％，其熔体流动指数为320g/10min。
所述的直链二元酸酯为癸二酸二辛酯。
超细石英砂的粒径为20-50μm。
所述的磷氮类阻燃剂为苏州安鸿泰生产的WR02。
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为重量百分比30％，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔体流动指数为15g/10min。
所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将500g的不同的十四烷基胺、5g聚氧乙烯基磷酸酯和50g KH570溶于50L的95v/v％乙醇中，超声分散1.5小时，配成均一溶液，将其迅速倒入含有50L的12mg/mL的氧化石墨烯水溶液带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，100℃加热，反应2.5h，之后自然冷却到室温，将反应固体物滤出，用乙醇作溶剂与固体物混合，将产物在10000r/min下离心25min，重复离心三次，除去未反应的有机胺，真空抽滤产物，并用大量去离子水冲洗三次，将滤饼在真空30℃下干燥过夜，最后得到浅黑色粉末长链脂肪胺改性的氧化石墨烯；
B、将改性的氧化石墨烯、直链二元酸酯和超细石英砂混合后，采用干磨法对原料进行球磨60min，得到混合粉；
C、将混合粉与聚乙烯树脂、丙烯-乙烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物按配比进行配料；将配好的料在混合机中混合均匀后出料，采用挤出机造粒，即可。
实施例3
一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，由以下重量百分比的成分组成：
聚乙烯树脂35％
改性氧化石墨烯0.3％
丙烯-乙烯共聚物15％
直链二元酸酯6％
超细石英砂0.5％
磷氮类阻燃剂32％
乙烯-醋酸乙烯共聚物余量。
所述的聚乙烯树脂为采用低压法生产的高密度聚乙烯颗粒，其重均分子量为600000-1000000。
所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺、磷化物和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。
所述的丙烯-乙烯共聚物是采用茂金属催化剂和新型溶液聚合工艺生产出来的共聚物颗粒，其中乙烯的含量为重量百分比为12％，其熔体流动指数为400g/10min。
所述的直链二元酸酯为已二酸二壬酯。
超细石英砂的粒径为20-50μm。
所述的磷氮类阻燃剂为苏州安鸿泰生产的WR02。
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为重量百分比15％，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔体流动指数为40g/10min。
所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将500g的不同的十八烷基胺、3g磷酸胆碱和50g KH570溶于50L的95v/v％乙醇中，超声分散50min，配成均一溶液，将其迅速倒入含有50L的10mg/mL的氧化石墨烯水溶液带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，100℃加热，反应2.5h，之后自然冷却到室温，将反应固体物滤出，用乙醇作溶剂与固体物混合，将产物在8500r/min下离心35min，重复离心三次，除去未反应的有机胺，真空抽滤产物，并用大量去离子水冲洗三次，将滤饼在真空30℃下干燥过夜，最后得到浅黑色粉末长链脂肪胺改性的氧化石墨烯；
B、将改性的氧化石墨烯、直链二元酸酯和超细石英砂混合后，采用干磨法对原料进行球磨30min，得到混合粉；
C、将混合粉与聚乙烯树脂、丙烯-乙烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物按配比进行配料；将配好的料在混合机中混合均匀后出料，采用挤出机造粒，即可。
对比例1
将实施例1中的改性氧化石墨烯替换为未改性的氧化石墨烯，其余配比和制备方法不变。
对比例2
将实施例1中的改性氧化石墨烯去除，其余配比和制备方法不变。
以下对实施例1-3和对比例1-2的材料进行对比测试，具体测试方法参考DL/T376-2010，具体测试结果见表1。
表1：实施例1-3和对比例1的材料测试结果；
由以上测试数据可以知道，本发明的应用于绝缘子伞套的TPE材料中加入改性氧化石墨烯，可以显著提升材料的各项性能。
以下对实施例1的材料进行-60℃低温处理1000h，然后再次进行性能测试，并与常温性能进行对比，结果如下，具体测试结果见表2。
表2：实施例1的材料耐低温对比测试结果；
由以上测试数据可以知道，本发明的应用于绝缘子伞套的TPE材料具有非常好的耐低温性能。
以下对实施例1-3和对比例1-2的材料进行耐酸碱性能测试，结果如下，具体测试结果见表3。
耐酸性测试方法：将样品浸入98％的浓硫酸中放置30天，测试样品是否溶解；
耐碱性测试方法：将样品浸入2mol/L的氢氧化钠溶液中放置30天，测试样品是否溶解。
表3：实施例1-3和对比例1-2的材料耐酸碱测试结果；
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 耐酸性测试 | 不溶解 | 不溶解 | 不溶解 | 部分溶解 | 部分溶解 |
| 耐碱性测试 | 不溶解 | 不溶解 | 不溶解 | 部分溶解 | 部分溶解 |
由以上测试结果可以知道，本发明的应用于绝缘子伞套的TPE材料中加入改性氧化石墨烯，可以显著提升材料的耐酸碱性能。
以下对实施例1-3和对比例1-2的材料进行UL94阻燃测试，结果如下，具体测试结果见表4。
表4：实施例1-3和对比例1-2的材料阻燃测试结果；
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| UL94阻燃测试 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 |
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，包括以下成分：聚乙烯树脂、改性氧化石墨烯、丙烯-乙烯共聚物、直链二元酸酯、超细石英砂、磷氮类阻燃剂和乙烯-醋酸乙烯共聚物。
2.如权利要求1所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，由以下重量百分比的成分组成：
聚乙烯树脂35-45％
改性氧化石墨烯0.1-0.3％
丙烯-乙烯共聚物8-15％
直链二元酸酯6-10％
超细石英砂0.2-0.5％
磷氮类阻燃剂25-32％
乙烯-醋酸乙烯共聚物余量。
3.如权利要求1所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，所述的聚乙烯树脂为采用低压法生产的高密度聚乙烯颗粒，其重均分子量为600000-1000000。
4.如权利要求1所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，所述的改性氧化石墨烯为通过表面用长链脂肪族胺、磷化物和硅烷偶联剂修饰后得到的氧化石墨烯。
5.如权利要求1所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，所述的丙烯-乙烯共聚物是采用茂金属催化剂和新型溶液聚合工艺生产出来的共聚物颗粒，其中乙烯的含量为重量百分比为12-20％，其熔体流动指数为320-400g/10min。
6.如权利要求1所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，所述的直链二元酸酯为已二酸二壬酯或癸二酸二辛酯中的任意一种。
7.如权利要求1所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，超细石英砂的粒径为20-50μm。
8.如权利要求1所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为重量百分比15-30％，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的熔体流动指数为15-40g/10min。
9.如权利要求1-8任一所述的应用于绝缘子伞套的耐酸碱、耐低温阻燃TPE材料，其特征在于，其制备方法，包括以下步骤：
A、将长链脂肪胺、磷化物和硅烷偶联剂溶于乙醇中，混合均匀后，将其倒入含有氧化石墨烯水溶液中，加热反应，之后自然冷却到室温，将反应固体物滤出，用乙醇洗涤固体物，滤饼干燥，即可得到改性氧化石墨烯；
B、将改性的氧化石墨烯、直链二元酸酯和超细石英砂混合后，采用干磨法对原料进行球磨30-60min，得到混合粉；
C、将混合粉与聚乙烯树脂、丙烯-乙烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物按配比进行配料；将配好的料在混合机中混合均匀后出料，采用挤出机造粒，即可。
优选的，所述的长链脂肪胺为十二烷基胺，十四烷基胺，十六烷基胺，十八烷基胺中的任意一种或者多种的组合。
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