CN113896966A - 一种橡胶电缆料颗粒制备方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种橡胶电缆料颗粒制备方法及其装置，它包括以下重量份的原料：丁苯橡胶70‑85、纳米级阻燃剂80‑110、三甘醇二异辛酸酯3‑5、白炭黑2‑4、纳米高岭土9‑12、硬脂酸盐11‑14、硅烷偶联剂0.5‑2、三烯丙基异三聚氰酸酯2‑5、改性助剂4‑6；制备方法包括：1)塑炼：将丁苯橡胶单独在密炼机里进行塑炼，时间为5‑8分钟，然后下卷，放置8‑12h；2)混炼：先将塑炼好的丁苯橡胶投入密炼机进行第一次混炼，第一次混炼时间为0.5‑1.5min；加入硅烷偶联剂、硬脂酸盐、纳米高岭土和白炭黑进行第二次混炼，第二次混炼时间为4‑6min；加入纳米级阻燃剂、三甘醇二异辛酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯进行第三次混炼，第三次混炼混炼时间为5‑7min；加入改性助剂进行第四次混炼。本发明方法可以制备韧性好、阻燃性能优异的橡胶电缆料颗粒。

Description

一种橡胶电缆料颗粒制备方法及其装置
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，特别是涉及一种橡胶电缆料颗粒制备方法。
背景技术
电缆料是电线电缆绝缘及护套用塑料的统称，以橡胶、塑料、尼龙等材质作为基料，结合增塑剂、填料、色母料、抗氧剂等辅助成分制成。随着经济和科学技术的快速发展，人们的生活质量水平显著提高，保护火灾中人身和财产安全是人们关心的大事，因此在高层建筑、宾馆酒店、公共娱乐场所、大型超市、医院、车站、机场、地铁、轨道交通、煤矿、公共交通设施等人员密集区域，必须要做到保持电力电缆和通讯信号的正常运行，电缆料的阻燃性能至关重要。
另外随着国家对电力安全要求的进一步提高，对电缆的质量将越来越高。电缆是电力输送的载体，其使用场景非常广阔，也使得在不同的应用场景中对电缆性能的要求也不相同，特别是在一些比如低温环境下，现有的电缆在使用过程中面临诸多问题，比如在拖拽和弯折过程中，电缆容易损坏，而且在低温环境中，电缆外护套容易变碎，更易损坏。
橡胶电缆料颗粒制备常用到密炼机，即密闭式炼胶机。密炼机是一种设有一对特定形状并相对回转的转子、在可调温度和压力的密闭状态下间隙性地对聚合物材料进行塑炼和混炼的机械，主要由密炼室、转子、转子密封装置、加料压料装置、卸料装置、传动装置及机座等部分组成。
橡胶电缆料颗粒加工时需要有辅料进行添加以提高综合性能，现有添加方式是通过人工将辅料直接投放入密炼机内部进行混合，由于投放位置较为集中，导致混合过程复杂，生产工作效率较低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明目的之一是提供一种韧性好、阻燃性能优异的橡胶电缆料颗粒制备方法。
本发明目的之二是提供一种韧性好、阻燃性能优异的橡胶电缆料颗粒制备方法所用装置，提高装置密炼效率，增加密炼混合均匀度。
本发明的第一技术目的是通过以下方案实现的：
一种橡胶电缆料颗粒制备方法，包括以下重量份的原料：丁苯橡胶70-85、纳米级阻燃剂80-110、三甘醇二异辛酸酯3-5、白炭黑2-4、纳米高岭土9-12、硬脂酸盐11-14、硅烷偶联剂0.5-2、三烯丙基异三聚氰酸酯2-5、改性助剂4-6；
制备方法包括：
1)塑炼：将丁苯橡胶单独在密炼机里进行塑炼，时间为5-8分钟，然后下卷，放置8-12h；
2)混炼：先将塑炼好的丁苯橡胶投入密炼机进行第一次混炼，第一次混炼时间为0.5-1.5min；
加入硅烷偶联剂、硬脂酸盐、纳米高岭土和白炭黑进行第二次混炼，第二次混炼时间为4-6min；
加入纳米级阻燃剂、三甘醇二异辛酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯进行第三次混炼，第三次混炼混炼时间为5-7min；
加入改性助剂进行第四次混炼，第四次混炼混炼时间为2-3min；
所述改性助剂包括下述重量份的原料：氯化聚乙烯60-80、松节油8-10、聚丙烯酸钠4-7、过氧化物硫化剂2-3、氮化铝2-6、癸二酸二辛酯1-2。
本发明纳米级有机阻燃剂经过硅烷表面处理，增多了表面羟基数量，使得它们在混炼过程中更易分散，其分散均匀度也更加优良，提高了其对橡胶的补强作用，有助于提高阻燃性和物理机械性能；三甘醇二异辛酸酯和改性助剂的加入进一步提高了配方中各组份与树脂的充分结合，保证混合材料的各项性能，进一步提高了抗韧性和阻燃性。本发明产品具有优良阻燃性和韧性，原料易得，产品稳定等优点，能满足各类环境条件的使用要求。
作为优选，所述纳米级阻燃剂为表面经过硅烷偶联剂处理的纳米氢氧化铝和氢氧化镁的组合，粒径为纳米级；所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
本发明的第二技术目的是通过以下方案实现的：
一种橡胶电缆料颗粒制备装置，包括密炼机，所述密炼机包括密炼机构、支撑架、添加机构和传动机构，支撑架安装在密炼机构顶端，添加机构与支撑架配合连接，传动机构分别与支撑架和添加机构配合连接；添加机构包括集料仓、滑套、支撑梁、输送箱、螺旋输送桨、电机座和驱动电机，滑套安装在集料仓顶端通孔内部，支撑梁配合安装在支撑架槽腔内部，支撑梁与滑套配合滑动连接，输送箱顶端与集料仓底端连通，螺旋输送桨配合转动安装在输送箱空腔内部，驱动电机通过电机座安装在输送箱左端，驱动电机右侧输出端与螺旋输送桨同轴配合连接，输送箱底端设置有出料口，传动机构安装在集料仓右端，传动机构分别与螺旋输送桨和支撑架配合连接，驱动电机与密炼机构控制器电连接。
作为优选，传动机构包括安装座、第一轴承、驱动轴、从动锥齿轮和连接机构，第一轴承通过安装座安装在集料仓右端，驱动轴与第一轴承同轴配合连接，从动锥齿轮同轴安装在驱动轴底端，主动锥齿轮同轴安装在螺旋输送桨右端，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合传动连接，连接机构安装在支撑架槽腔顶端，连接机构与驱动轴配合连接。
作为优选，连接机构包括摆动框和连接臂，摆动框顶端安装在支撑架槽腔顶端，连接臂轴孔与驱动轴同轴配合连接，连接臂顶端设置有传动轴，连接臂传动轴与摆动框内腔配合滑动连接。
作为优选，还包括添加漏斗，添加漏斗底端与集料仓顶端添加口连通。
作为优选，还包括齿轮箱，齿轮箱安装在输送箱右端，从动锥齿轮和主动锥齿轮位于齿轮箱工作腔内部。
作为优选，还包括第二轴承，第二轴承与连接臂连接轴同轴配合连接，第二轴承与摆动框内腔配合滑动连接。
作为优选，还包括阻尼套，阻尼套对称安装在集料仓左右两端，阻尼套与支撑梁配合滑动连接。
作为优选，还包括筋条，筋条分别对称安装在密炼机构和支撑架左右两端。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
1、本发明纳米级有机阻燃剂经过硅烷表面处理，增多了表面羟基数量，使得它们在混炼过程中更易分散，其分散均匀度也更加优良，提高了其对橡胶的补强作用，有助于提高阻燃性和物理机械性能；三甘醇二异辛酸酯和改性助剂的加入进一步提高了配方中各组份与树脂的充分结合，保证混合材料的各项性能，进一步提高了抗韧性和阻燃性。本发明产品具有优良阻燃性和韧性，原料易得，产品稳定等优点，能满足各类环境条件的使用要求；
2、通过支撑架使添加机构和传动机构稳定支撑在密炼机顶部，通过滑套和支撑梁配合使集料仓滑动支撑在密炼机顶端，通过集料仓使添加辅料进行储存，通过电机座使驱动电机与输送箱稳定连接，通过驱动电机带动电机座7转动使集料仓腔内的辅料进行稳定向密炼箱内添加，通过螺旋输送桨与传动机构连接使输送箱提供摆动动力，通过输送箱摆动使集料仓内的辅料进行均匀等量添加，提高装置密炼效率，增加密炼混合均匀度。
附图说明
图1是本发明的正视结构示意图；
图2是本发明的剖视结构示意图；
图3是图2中H部放大结构示意图；
图4是图2中X部零件结构示意图；
附图中标记：1、密炼机构；2、支撑架；3、集料仓；4、滑套；5、支撑梁；6、输送箱；7、螺旋输送桨；8、电机座；9、驱动电机；10、安装座；11、第一轴承；12、驱动轴；13、从动锥齿轮；14、主动锥齿轮；15、摆动框；16、连接臂；17、添加漏斗；18、齿轮箱；19、第二轴承；20、阻尼套；21、筋条。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
橡胶电缆料颗粒制备方法，包括以下重量份的原料：丁苯橡胶70、纳米级阻燃剂80、三甘醇二异辛酸酯3、白炭黑2、纳米高岭土9、硬脂酸盐11、硅烷偶联剂0.5、三烯丙基异三聚氰酸酯2、改性助剂6；
制备方法包括：
1)塑炼：将丁苯橡胶单独在密炼机里进行塑炼，时间为5-8分钟，然后下卷，放置8h；
2)混炼：先将塑炼好的丁苯橡胶投入密炼机进行第一次混炼，第一次混炼时间为0.5min；
加入硅烷偶联剂、硬脂酸盐、纳米高岭土和白炭黑进行第二次混炼，第二次混炼时间为4min；
加入纳米级阻燃剂、三甘醇二异辛酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯进行第三次混炼，第三次混炼混炼时间为5min；
加入改性助剂进行第四次混炼，第四次混炼混炼时间为2min；
改性助剂包括下述重量份的原料：氯化聚乙烯60、松节油8、聚丙烯酸钠4、过氧化物硫化剂2、氮化铝2、癸二酸二辛酯1；
纳米级阻燃剂为表面经过硅烷偶联剂处理的纳米氢氧化铝和氢氧化镁的组合，粒径为纳米级；硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
实施例2
橡胶电缆料颗粒制备方法，包括以下重量份的原料：丁苯橡胶85、纳米级阻燃剂110、三甘醇二异辛酸酯5、白炭黑4、纳米高岭土12、硬脂酸盐14、硅烷偶联剂2、三烯丙基异三聚氰酸酯5、改性助剂4；
制备方法包括：
1)塑炼：将丁苯橡胶单独在密炼机里进行塑炼，时间为5分钟，然后下卷，放置8h；
2)混炼：先将塑炼好的丁苯橡胶投入密炼机进行第一次混炼，第一次混炼时间为0.5min；
加入硅烷偶联剂、硬脂酸盐、纳米高岭土和白炭黑进行第二次混炼，第二次混炼时间为4min；
加入纳米级阻燃剂、三甘醇二异辛酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯进行第三次混炼，第三次混炼混炼时间为5min；
加入改性助剂进行第四次混炼，第四次混炼混炼时间为2min；
改性助剂包括下述重量份的原料：氯化聚乙烯60、松节油8-10、聚丙烯酸钠4、过氧化物硫化剂2、氮化铝2、癸二酸二辛酯2；
纳米级阻燃剂为表面经过硅烷偶联剂处理的纳米氢氧化铝和氢氧化镁的组合，粒径为纳米级；硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
实施例3
橡胶电缆料颗粒制备方法，包括以下重量份的原料：丁苯橡胶75、纳米级阻燃剂90、三甘醇二异辛酸酯4、白炭黑3、纳米高岭土10、硬脂酸盐13、硅烷偶联剂1、三烯丙基异三聚氰酸酯4、改性助剂5；
制备方法包括：
1)塑炼：将丁苯橡胶单独在密炼机里进行塑炼，时间为6分钟，然后下卷，放置9h；
2)混炼：先将塑炼好的丁苯橡胶投入密炼机进行第一次混炼，第一次混炼时间为1min；
加入硅烷偶联剂、硬脂酸盐、纳米高岭土和白炭黑进行第二次混炼，第二次混炼时间为4-6min；
加入纳米级阻燃剂、三甘醇二异辛酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯进行第三次混炼，第三次混炼混炼时间为6min；
加入改性助剂进行第四次混炼，第四次混炼混炼时间为2.5min；
改性助剂包括下述重量份的原料：氯化聚乙烯70、松节油9、聚丙烯酸钠6、过氧化物硫化剂2.5、氮化铝4、癸二酸二辛酯1.5；
纳米级阻燃剂为表面经过硅烷偶联剂处理的纳米氢氧化铝和氢氧化镁的组合，粒径为纳米级；硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
实施例4
同实施例1，不同的是步骤2）所用密炼机采用本发明特定的装置机构，如图1至图4所示，包括密炼机构1、支撑架2、添加机构和传动机构，支撑架2安装在密炼机构1顶端，添加机构与支撑架2配合连接，传动机构分别与支撑架2和添加机构配合连接；添加机构包括集料仓3、滑套4、支撑梁5、输送箱6、螺旋输送桨7、电机座8和驱动电机9，滑套4安装在集料仓3顶端通孔内部，支撑梁5配合安装在支撑架2槽腔内部，支撑梁5与滑套4配合滑动连接，输送箱6顶端与集料仓3底端连通，螺旋输送桨7配合转动安装在输送箱6空腔内部，驱动电机9通过电机座8安装在输送箱6左端，驱动电机9右侧输出端与螺旋输送桨7同轴配合连接，输送箱6底端设置有出料口，传动机构安装在集料仓3右端，传动机构分别与螺旋输送桨7和支撑架2配合连接，驱动电机9与密炼机构1控制器电连接；通过支撑架2使添加机构和传动机构稳定支撑在密炼机1顶部，通过滑套4和支撑梁5配合使集料仓3滑动支撑在密炼机1顶端，通过集料仓3使添加辅料进行储存，通过电机座8使驱动电机9与输送箱6稳定连接，通过驱动电机9带动电机座87转动使集料仓3腔内的辅料进行稳定向密炼箱内添加，通过螺旋输送桨7与传动机构连接使输送箱6提供摆动动力，通过输送箱6摆动使集料仓3内的辅料进行均匀等量添加，提高装置密炼效率，增加密炼混合均匀度。
传动机构包括安装座10、第一轴承11、驱动轴12、从动锥齿轮13和连接机构，第一轴承11通过安装座10安装在集料仓3右端，驱动轴12与第一轴承11同轴配合连接，从动锥齿轮13同轴安装在驱动轴12底端，主动锥齿轮14同轴安装在螺旋输送桨7右端，主动锥齿轮14与从动锥齿轮13啮合传动连接，连接机构安装在支撑架2槽腔顶端，连接机构与驱动轴12配合连接；通过安装座10和第一轴承11配合使驱动轴12转动安装在集料仓3右端，通过从动锥齿轮13和主动锥齿轮14啮合传动连接使驱动电机9带动驱动轴12同步转动，通过驱动轴12带动连接机构转动使输送箱6提供左右往复摆动动力，增加装置功能多样性，提高装置添加均匀性，增加密炼工作效率。
连接机构包括摆动框15和连接臂16，摆动框15顶端安装在支撑架2槽腔顶端，连接臂16轴孔与驱动轴12同轴配合连接，连接臂16顶端设置有传动轴，连接臂16传动轴与摆动框15内腔配合滑动连接；通过驱动轴12带动连接臂16顶端的传动轴转动与摆动框15内腔配合使集料仓3提供移动动力，增加装置功能多样性，提高装置传动稳定性。
本发明的橡胶电缆料颗粒制备用的密炼装置，还包括添加漏斗17，添加漏斗17底端与集料仓3顶端添加口连通；通过添加漏斗17使辅料向集料仓3空腔添加难度降低，提高装置调节效率，增加装置使用便捷性。还包括齿轮箱18，齿轮箱18安装在输送箱6右端，从动锥齿轮13和主动锥齿轮14位于齿轮箱18工作腔内部；通过齿轮箱18使装置传动稳定性增加，提高装置使用安全性，增加装置美观性。还包括第二轴承19，第二轴承19与连接臂16连接轴同轴配合连接，第二轴承19与摆动框15内腔配合滑动连接；通过第二轴承19使连接臂16与摆动框15内腔滑动摩擦力降低，减少装置摩擦损耗，提高装置传动精度，增加装置工作稳定性。还包括阻尼套20，阻尼套20对称安装在集料仓3左右两端，阻尼套20与支撑梁5配合滑动连接；通过阻尼套20使滑套4与支撑梁5配合滑动阻力增加，防止装置的自动摆动，提高装置工作稳定性，提高装置使用寿命。还包括筋条21，筋条21分别对称安装在密炼机构1和支撑架2左右两端；通过筋条21使密炼机构1和支撑架2连接强度增加，提高装置工作稳定，提高装置使用寿命。
本发明的一种橡胶电缆料颗粒制备装置，其安装方式、连接方式或设置方式均为常见机械方式，只要能够达成其有益效果的均可进行实施；本发明的一种橡胶电缆料颗粒制备方法的驱动电机9为市面上采购，本行业内技术人员只需按照其附带的使用说明书进行安装和操作即可。
对比例1
同实施例3，不同的是橡胶电缆料颗粒原料配方中不含有硅烷偶联剂、三烯丙基异三聚氰酸酯和改性助剂。
对比例2
同实施例3，不同的是橡胶电缆料颗粒原料配方中的重量份数为：丁苯橡胶65、三甘醇二异辛酸酯8、硬脂酸盐5，其余原料配方同实施例3；且制备时未经过分步进行的四次混炼，而是在第一次混炼后将剩余原料全部加入进行第二次混炼，即制备中共只有两次混炼。
表1实施例1-4和对比例1-2的橡胶电缆料颗粒性能测试数据
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
其中，参数抗拉强度和断裂伸长率反映橡胶电缆料颗粒的韧性。
从实施例检测数据对比可得出，本发明实施例1-4的橡胶电缆料颗粒韧性和阻燃性能优于对比例1-2；实施例4的橡胶电缆料颗粒韧性和阻燃性能优于实施例1-3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种橡胶电缆料颗粒制备方法，其特征在于，包括以下重量份的原料：丁苯橡胶70-85、纳米级阻燃剂80-110、三甘醇二异辛酸酯3-5、白炭黑2-4、纳米高岭土9-12、硬脂酸盐11-14、硅烷偶联剂0.5-2、三烯丙基异三聚氰酸酯2-5、改性助剂4-6；
制备方法包括：
1)塑炼：将丁苯橡胶单独在密炼机里进行塑炼，时间为5-8分钟，然后下卷，放置8-12h；
2)混炼：先将塑炼好的丁苯橡胶投入密炼机进行第一次混炼，第一次混炼时间为0.5-1.5min；
加入硅烷偶联剂、硬脂酸盐、纳米高岭土和白炭黑进行第二次混炼，第二次混炼时间为4-6min；
加入纳米级阻燃剂、三甘醇二异辛酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯进行第三次混炼，第三次混炼混炼时间为5-7min；
加入改性助剂进行第四次混炼，第四次混炼混炼时间为2-3min；
所述改性助剂包括下述重量份的原料：氯化聚乙烯60-80、松节油8-10、聚丙烯酸钠4-7、过氧化物硫化剂2-3、氮化铝2-6、癸二酸二辛酯1-2。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶电缆料颗粒制备方法，其特征在于，所述纳米级阻燃剂为表面经过硅烷偶联剂处理的纳米氢氧化铝和氢氧化镁的组合，粒径为纳米级；所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的橡胶电缆料颗粒制备方法所用的装置，其特征在于，步骤2）所述密炼机包括密炼机构（1）、支撑架（2）、添加机构和传动机构，支撑架（2）安装在密炼机构（1）顶端，添加机构与支撑架（2）配合连接，传动机构分别与支撑架（2）和添加机构配合连接；
添加机构包括集料仓（3）、滑套（4）、支撑梁（5）、输送箱（6）、螺旋输送桨（7）、电机座（8）和驱动电机（9），滑套（4）安装在集料仓（3）顶端通孔内部，支撑梁（5）配合安装在支撑架（2）槽腔内部，支撑梁（5）与滑套（4）配合滑动连接，输送箱（6）顶端与集料仓（3）底端连通，螺旋输送桨（7）配合转动安装在输送箱（6）空腔内部，驱动电机（9）通过电机座（8）安装在输送箱（6）左端，驱动电机（9）右侧输出端与螺旋输送桨（7）同轴配合连接，输送箱（6）底端设置有出料口，传动机构安装在集料仓（3）右端，传动机构分别与螺旋输送桨（7）和支撑架（2）配合连接，驱动电机（9）与密炼机构（1）控制器电连接。
4.如权利要求3所述的一种橡胶电缆料颗粒制备装置，其特征在于，传动机构包括安装座（10）、第一轴承（11）、驱动轴（12）、从动锥齿轮（13）和连接机构，第一轴承（11）通过安装座（10）安装在集料仓（3）右端，驱动轴（12）与第一轴承（11）同轴配合连接，从动锥齿轮（13）同轴安装在驱动轴（12）底端，主动锥齿轮（14）同轴安装在螺旋输送桨（7）右端，主动锥齿轮（14）与从动锥齿轮（13）啮合传动连接，连接机构安装在支撑架（2）槽腔顶端，连接机构与驱动轴（12）配合连接。
5.如权利要求4所述的一种橡胶电缆料颗粒制备装置，其特征在于，连接机构包括摆动框（15）和连接臂（16），摆动框（15）顶端安装在支撑架（2）槽腔顶端，连接臂（16）轴孔与驱动轴（12）同轴配合连接，连接臂（16）顶端设置有传动轴，连接臂（16）传动轴与摆动框（15）内腔配合滑动连接。
6.如权利要求5所述的一种橡胶电缆料颗粒制备装置，其特征在于，还包括添加漏斗（17），添加漏斗（17）底端与集料仓（3）顶端添加口连通。
7.如权利要求6所述的一种橡胶电缆料颗粒制备装置，其特征在于，还包括齿轮箱（18），齿轮箱（18）安装在输送箱（6）右端，从动锥齿轮（13）和主动锥齿轮（14）位于齿轮箱（18）工作腔内部。
8.如权利要求7所述的一种橡胶电缆料颗粒制备装置，其特征在于，还包括第二轴承（19），第二轴承（19）与连接臂（16）连接轴同轴配合连接，第二轴承（19）与摆动框（15）内腔配合滑动连接。
9.如权利要求8所述的一种橡胶电缆料颗粒制备装置，其特征在于，还包括阻尼套（20），阻尼套（20）对称安装在集料仓（3）左右两端，阻尼套（20）与支撑梁（5）配合滑动连接。
10.如权利要求9所述的一种橡胶电缆料颗粒制备装置，其特征在于，还包括筋条（21），筋条（21）分别对称安装在密炼机构（1）和支撑架（2）左右两端。
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