CN114381063B - 一种耐高温柔软电线材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温柔软电线材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电线材料技术领域，具体公开了一种耐高温柔软电线材料及其制备方法；所述耐高温柔软电线材料包括如下重量份的原料：乙烯‑四氟乙烯共聚物50‑80份、增塑剂5‑15份、抗氧化剂0.5‑3份、交联剂0.5‑3份、无机填料1‑5份；所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二烯酯和环氧甘油三酸酯；本申请制备的电线材料具有较软的材质和较好的耐高温性能。

Description

一种耐高温柔软电线材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及电线材料技术领域，更具体地说，它涉及一种耐高温柔软电线材料及其制备方法。
背景技术
电线是指传输电能的导线，通常是由一根或几根柔软的导线组成。电线一般包括芯线、绝缘包皮和保护外皮三个部分组成，芯线是电线的导电部分，用来输送电能，是电线电缆的主要部分；绝缘包皮主要起绝缘保护的作用；保护外皮的作用是保护电线免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏内部芯线。
目前电线的保护外皮多采用橡胶套，这种橡胶套可在90℃的温度条件下使用，但是其材质较硬，在使用时由于弯曲等外力作用下，保护外皮容易开裂，导致内部芯线容易断裂，安全性能较差。
针对上述中的相关技术，发明人认为现有的电线材料材质较硬，耐高温性能较差，在高温环境下容易发生老化，影响电线的使用效果。
发明内容
为了提高电线保护外皮的柔软度和耐高温性能，本申请提供一种耐高温柔软电线材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种耐高温柔软电线材料，采用如下的技术方案：
一种耐高温柔软电线材料，其包括如下重量份的原料：乙烯-四氟乙烯共聚物50-80份、增塑剂5-15份、抗氧化剂0.5-3份、交联剂0.5-3份、无机填料1-5份；所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二烯酯和环氧甘油三酸酯。
通过采用上述技术方案，本申请制备的耐高温柔软电线材料，在乙烯-四氟乙烯共聚物的基础上添加增塑剂和抗氧化剂，同时加入交联剂和无机填料用于耐高温柔软电线材料的制备，提高了耐高温柔软电线材料的力学性能和耐老化性能；增塑剂的作用机理是增塑剂分子插进到聚合物分子链之间，削弱了聚合物分子链间的应力，结果增加了聚合物分子链的移动性、降低了聚合物分子链的结晶度，从而使聚合物的塑性增加；邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二烯酯和环氧甘油三酸酯为高沸点的较难挥发的液体，通常它们不与乙烯-四氟乙烯共聚物起化学反应，和乙烯-四氟乙烯共聚物的相互作用主要是在升高温度时的溶胀作用，与乙烯-四氟乙烯共聚物形成一种固体溶液，把它们添加到增塑的耐高温柔软电线材料内，可增加耐高温柔软电线材料的塑性。
作为优选，所述保护层包括如下重量份的原料：乙烯-四氟乙烯共聚物60-70份、增塑剂8-12份、抗氧化剂1-2份、交联剂1.5-2份、无机填料2-4份。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化耐高温柔软电线材料的各原料用量，使耐高温柔软电线材料原料用量在此范围内时，所制备的耐高温柔软电线材料的拉伸强度、断裂伸长率和耐老化性均较好。
作为优选，所述增塑剂包括如下重量份的组分：邻苯二甲酸二辛酯5-10份、对苯二甲酸二烯酯4-8份、环氧甘油三酸酯2-6份。
通过采用上述技术方案，增塑剂可减弱树脂分子间的次价键，增加树脂分子键的移动性，降低树脂分子的结晶性，增加树脂分子的可塑性，使其柔韧性增强，从而赋予电线材料柔性，使其最终的材质更柔软。
作为优选，所述增塑剂还包括4-6重量份的邻苯二甲酸二丁酯。
通过采用上述技术方案，在增塑剂中还加入邻苯二甲酸二丁酯，可提高电线材料的拉伸强度和断裂伸长率，当邻苯二甲酸二丁酯添加量为5kg时，制得的电线材料拉伸强度达到16.4MPa，其力学强度提高，断裂伸长率达到262％。
作为优选，所述抗氧化剂包括如下重量份的组分：硫代二丙酸二(十八醇)酯5-15份、硫代二丙酸二(十二醇)酯5-10份、硫代二丙酸二(十四醇)酯4-8份。
通过采用上述技术方案，本申请中的硫代酯抗氧化剂分解氢过氧化物的过程中形成的次磺酸等，对氢过氧化物的分解有催化作用，加入到耐高温柔软电线材料的制备过程中，可提高耐高温柔软电线材料的抗氧化性及耐老化性能。
作为优选，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
通过采用上述技术方案，本申请中在原料中添加交联剂三烯丙基异氰脲酸酯，三烯丙基异氰脲酸酯可在分子间产生化学键，交联后可显著提高耐高温柔软电线材料的拉伸强度、断裂伸长率和耐老化性能。
作为优选，所述无机填料为氢氧化铝或氢氧化镁。
通过采用上述技术方案，无机填料氢氧化铝和氢氧化镁可提高电线材料的耐磨性，还能提高电线材料的力学强度，由于填料的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面区域内的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提高，从而提高电线材料的耐老化性能。
第二方面，本申请提供一种耐高温柔软电线材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种耐高温柔软电线材料的制备方法，其包括如下步骤：
1)按重量称取乙烯-四氟乙烯共聚物、增塑剂、抗氧化剂、交联剂、无机填料，混合均匀备用，得到第一混合物；
2)对第一混合物在150-160℃的温度条件下进行密炼15-20min，得到第二混合物；
3)当温度升至180-190℃时，将第二混合物挤出、切粒，得到最终的耐高温柔软电线材料。
通过采用上述技术方案，将乙烯-四氟乙烯共聚物、增塑剂、抗氧化剂、交联剂、无机填料经密炼、挤出造粒，最终制得耐高温柔软电线材料；耐高温柔软电线材料制备过程中，密炼温度和时间、挤出温度在上述范围内取值，对制备出来的耐高温柔软电线材料在性能上均无影响。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请制备的耐高温柔软电线材料，在乙烯-四氟乙烯共聚物的基础上添加增塑剂和抗氧化剂，同时加入交联剂和无机填料用于耐高温柔软电线材料的制备，提高了耐高温柔软电线材料的力学性能和耐老化性能；增塑剂的作用机理是增塑剂分子插进到聚合物分子链之间，削弱了聚合物分子链间的应力，结果增加了聚合物分子链的移动性、降低了聚合物分子链的结晶度，从而使聚合物的塑性增加；邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二烯酯和环氧甘油三酸酯为高沸点的较难挥发的液体，通常它们不与乙烯-四氟乙烯共聚物起化学反应，和乙烯-四氟乙烯共聚物的相互作用主要是在升高温度时的溶胀作用，与乙烯-四氟乙烯共聚物形成一种固体溶液，把它们添加到增塑的耐高温柔软电线材料内，可增加耐高温柔软电线材料的塑性。
2、本申请中采用无机填料氢氧化铝和氢氧化镁可提高电线材料的耐磨性，还能提高电线材料的力学强度，由于填料的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面区域内的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提高，从而提高电线材料的耐老化性能。
3、本申请制得的耐高温柔软电线材料，经拉伸强度、断裂伸长率和耐老化性能测试，最终拉伸强度可达到17.4MPa，断裂伸长率达到283％，且耐老化性能提高。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
乙烯-四氟乙烯共聚物：生产厂家为广州鸿程塑化有限公司；
增塑剂：邻苯二甲酸二辛酯：生产厂家为广州市弘旺化工有限公司；对苯二甲酸二烯酯：生产厂家为广州市启华化工有限公司；环氧甘油三酸酯：生产厂家为山东旭光化工有限公司；邻苯二甲酸二丁酯：生产厂家为广州市启华化工有限公司；
抗氧剂：硫代二丙酸二(十八醇)酯、硫代二丙酸二(十二醇)酯、硫代二丙酸二(十四醇)酯：生产厂家为山东省立帆化工有限公司；
三烯丙基异氰脲酸酯：生产厂家为湖北科沃德化工有限公司；
氢氧化铝：规格20nm，生产厂家为上海盈承新材料有限公司；氢氧化镁：规格800目，生产厂家为广州市润隆化工科技有限公司。
制备例
制备例1-3
制备例1-3的一种增塑剂，其各原料及各原料用量如表1所示，其制备步骤如下：
按照表1中用量称量各原料，然后将各原料搅拌均匀，即得增塑剂。
表1制备例1-3的增塑剂各原料及各原料用量(kg)
制备例1 制备例2 制备例3
邻苯二甲酸二辛酯 5 8 10
对苯二甲酸二烯酯 8 6 4
环氧甘油三酸酯 2 4 6
制备例4-6
制备例4-6的一种抗氧化剂，其各原料及各原料用量如表2所示，其制备步骤如下：
按照表2中用量称量各原料，然后将各原料搅拌均匀，即得抗氧化剂。
表2制备例4-6的抗氧化剂各原料及各原料用量(kg)
制备例4 制备例5 制备例6
硫代二丙酸二(十八醇)酯 5 10 15
硫代二丙酸二(十二醇)酯 10 8 5
硫代二丙酸二(十四醇)酯 4 6 8
实施例
实施例1-4
实施例1-4的一种耐高温柔软电线材料，其各原料及各原料用量如表3所示，其制备步骤如下：
1)按重量称取乙烯-四氟乙烯共聚物、增塑剂、抗氧化剂、交联剂、无机填料，混合均匀备用，得到第一混合物；
2)对第一混合物在155℃的温度条件下进行密炼15min，得到第二混合物；
3)当温度升至190℃时，将第二混合物挤出、切粒，得到最终的耐高温柔软电线材料。
其中，增塑剂来自制备例1，抗氧化剂来自制备例4，交联剂采用三烯丙基异氰脲酸酯，无机填料采用氢氧化铝。
表3实施例1-4的各原料及各原料用量(kg)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
乙烯-四氟乙烯共聚物 50 60 70 80
增塑剂 5 5 5 5
抗氧化剂 3 2 1 0.5
交联剂 0.5 1 2 3
无机填料 5 4 2.5 1
实施例5
一种耐高温柔软电线材料，与实施例3的不同之处在于，其添加的增塑剂来自制备例2，其余步骤与实施例3均相同。
实施例6
一种耐高温柔软电线材料，与实施例3的不同之处在于，其添加的增塑剂来自制备例3，其余步骤与实施例3均相同。
实施例7
一种耐高温柔软电线材料，与实施例5的不同之处在于，增塑剂中还添加有4kg的邻苯二甲酸二丁酯，其余步骤与实施例5均相同。
实施例8
一种耐高温柔软电线材料，与实施例5的不同之处在于，增塑剂中还添加有5kg的邻苯二甲酸二丁酯，其余步骤与实施例5均相同。
实施例9
一种耐高温柔软电线材料，与实施例5的不同之处在于，增塑剂中还添加有6kg的邻苯二甲酸二丁酯，其余步骤与实施例5均相同。
实施例10
一种耐高温柔软电线材料，与实施例8的不同之处在于，增塑剂的添加量为8kg，其余步骤与实施例8均相同。
实施例11
一种耐高温柔软电线材料，与实施例8的不同之处在于，增塑剂的添加量为12kg，其余步骤与实施例8均相同。
实施例12
一种耐高温柔软电线材料，与实施例8的不同之处在于，增塑剂的添加量为15kg，其余步骤与实施例8均相同。
实施例13
一种耐高温柔软电线材料，与实施例11的不同之处在于，其添加的抗氧化剂来自制备例5，其余步骤与实施例11均相同。
实施例14
一种耐高温柔软电线材料，与实施例11的不同之处在于，其添加的抗氧化剂来自制备例6，其余步骤与实施例11均相同。
实施例15
一种耐高温柔软电线材料，与实施例13的不同之处在于，其添加的无机填料为氢氧化镁，其余步骤与实施例13均相同。
对比例
对比例1
一种耐高温柔软电线材料，与实施例1的不同之处在于，增塑剂中的邻苯二甲酸二辛酯的添加量为0，其余步骤与实施例1均相同。
对比例2
一种耐高温柔软电线材料，与实施例1的不同之处在于，增塑剂中的对苯二甲酸二烯酯的添加量为0，其余步骤与实施例1均相同。
对比例3
一种耐高温柔软电线材料，与实施例1的不同之处在于，增塑剂中的环氧甘油三酸酯的添加量为0，其余步骤与实施例1均相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
按照实施例1-15和对比例1-3的制备方法制备耐高温柔软电线材料，然后按照如下检测方法进行检测，其检测结果如表4所示。
拉伸强度测试：按照GB/T1040-2006检测方法制备试样，并进行拉伸性能测试；
断裂伸长率测试：按照GB/T1040-2006检测方法制备试样，并进行断裂伸长率测试；
热老化性能测试：将力学拉伸样条放置在烘箱中，在140℃进行热老化，用拉伸强度下降至原始强度50％的时间t1表示耐热性能，t1值越大，热老化性能越好。
表4实施例1-15和对比例1-3的检测结果
从表4的数据可以看出，本申请的耐高温柔软电线材料，乙烯-四氟乙烯共聚物、增塑剂、抗氧化剂、交联剂、无机填料添加到电线材料的制备过程中，得到耐高温柔软电线材料，本申请制得的电线材料材质柔软且具有较好的耐老化性能。
结合实施例3和实施例5-6的检测数据可以看出，制备例2的增塑剂配比比较优，制备例2的增塑剂加入到电线材料的制备过程中后，电线材料的耐老化性能得到了提高，且电线材料的拉伸强度和断裂伸长率均增大，说明电线材料的材质更为柔软。
结合实施例5和实施例7-9的检测数据可以看出，增塑剂中添加邻苯二甲酸二丁酯可提高制得的电线材料的拉伸强度、断裂伸长率，当邻苯二甲酸二丁酯的添加量为5kg时，制得的电线材料拉伸强度达到16.4MPa，其力学强度提高，断裂伸长率达到262％。
结合实施例8和实施例10-12的检测数据可以看出，当增塑剂的添加量为12kg时，本申请制备的电线材料拉伸强度达到17.0MPa，其力学强度提高，断裂伸长率达到272％，同时，材料经热老化性能测试，耐老化性提高到370h。
再结合对比例1-3的检测结果可以看出，当邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二烯酯和环氧甘油三酸酯其中一个添加量为0时，得到的电线材料的拉伸强度、断裂伸长率和耐老化性能均有所下降，说明邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二烯酯和环氧甘油三酸酯对电线材料耐老化性能和力学性能的提高具有协同作用。
结合实施例11和实施例13-14的检测数据可以看出，制备例5的抗氧化剂配比比较优，制备例5的抗氧化剂加入到电线材料的制备过程中后，电线材料的耐老化性能提高到387h，且电线材料的拉伸强度和断裂伸长率均增大，说明电线材料的材质柔软且具有较好的耐老化性能。
结合实施例13和实施例15的检测数据可以看出，当交联剂采用三烯丙基异腈脲酸脂、无机填料采用氢氧化铝时，制得的电线材料力学性能和耐老化性能均较好。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种耐高温柔软电线材料，其特征在于：其包括如下重量份的原料：乙烯-四氟乙烯共聚物50-80份、增塑剂12份、抗氧化剂0.5-3份、交联剂0.5-3份、无机填料1-5份；所述增塑剂包括如下重量份的组分：邻苯二甲酸二辛酯5-10份、对苯二甲酸二烯酯4-8份、环氧甘油三酸酯2-6份和邻苯二甲酸二丁酯5份。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温柔软电线材料，其特征在于：所述耐高温柔软电线材料包括如下重量份的原料：乙烯-四氟乙烯共聚物60-70份、增塑剂8-12份、抗氧化剂1-2份、交联剂1.5-2份、无机填料2-4份。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温柔软电线材料，其特征在于：所述抗氧化剂包括如下重量份的组分：硫代二丙酸二（十八醇）酯5-15份、硫代二丙酸二（十二醇）酯5-10份、硫代二丙酸二（十四醇）酯4-8份。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温柔软电线材料，其特征在于：所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温柔软电线材料，其特征在于：所述无机填料为氢氧化铝或氢氧化镁。
6.一种权利要求1-5任一所述的一种耐高温柔软电线材料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
1）按重量称取乙烯-四氟乙烯共聚物、增塑剂、抗氧化剂、交联剂、无机填料，混合均匀备用，得到第一混合物；
2）对第一混合物在150-160℃的温度条件下进行密炼15-20min，得到第二混合物；
3）当温度升至180-190℃时，将第二混合物挤出、造粒，得到最终的耐高温柔软电线材料。
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CN110415869A (zh) * 2019-06-14 2019-11-05 广州凯恒特种电线电缆有限公司 一种软质电缆被覆材料及其铝合金软电缆与制备方法

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黎厚斌.包装应用化学.印刷工业出版社,2014,(第1版),第73-75页. *

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