CN114921029B - 一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，其中，电缆料按照质量分数计算，包括如下组分：经过表面粗糙处理的玄武岩纤维16～20份，乙丙橡胶25‑30份、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末5～9份、碳酸钙晶须7～10份、热塑性弹性体8～13份、碳黑8～12份、石蜡油6～8份、硬脂酸1～3份、交联剂1～3份、氧化锌1～3份、硫化剂1～3份，本发明中制备的电缆料在提高电缆料耐油性、防水性的同时还能兼顾电缆的柔韧性，具有显著的进步。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法。
背景技术
现如今电缆使用场景的增加，比如地铁隧道、涵洞施工以及石油矿井等，对电缆料提出了新的要求，尤其是需要对电缆耐油性和防水性的提升。
然而目前电缆料进行性能提升时，主要采用的方式，向里面添加相应的添加剂来实现其功能，然而当添加一种组分后，很容易产生其他负面影响，比如各种无机填料的加入，虽然能提升电缆料的整体强度，但是也会造成电缆料的柔韧性变差。
鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，在提高电缆料耐油性、防水性的同时还能兼顾电缆的柔韧性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，按照质量分数计算，包括如下组分：经过表面粗糙处理的玄武岩纤维16～20份，乙丙橡胶25-30份、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末5～9份、碳酸钙晶须7～10份、热塑性弹性体8～13份、碳黑8～12份、石蜡油6～8份、硬脂酸1～3份、交联剂1～3份、氧化锌1～3份、硫化剂1～3份。
需要说明的是，本申请尤其在组分中选用经过表面粗糙处理的玄武岩纤维，区别于其他纤维成分，玄武岩纤维不仅强度高、而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，而且玄武岩纤维在产品废弃后，可直接在环境中降解，无任何危害，用于电缆料中可有效增强电缆的柔韧性、抗拉伸以及抗裂性，在经过表面粗糙处理后，玄武岩纤维与其他组分之间的物理结合力更强，进一步提高电缆料的力学性能，本申请在组分中尤其还选用乙丙橡胶作为主要成分，乙丙橡胶因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，故其耐老化特性、耐候性、耐热性、耐热水性和耐辐射性能优异，用于电缆料，可以有效提高电缆料的耐热水性及抗老化性能等。
进一步地，玄武岩纤维表面粗糙处理的方法是：先将玄武岩纤维置入质量分数为35％的丙烯酸溶液中浸润处理，取出干燥后，再通过电子束辐照处理。
需要说明的是，本申请中采用丙烯酸溶液来对玄武岩纤维进行浸润处理，主要是利用丙烯酸与水和有机溶剂的混溶性均好，而且丙烯酸中富含有机酸根，在与本申请中的碱性填料进行混合时，可以增加化学结合力，增加连接强度。
进一步地，玄武岩纤维还经过软化处理，具体方法是：
(1)在去离子水中加入pH调节剂，将水的pH值调节至3至5，然后搅拌下加入有机硅偶联剂，继续搅拌至澄清为止；
(2)向步骤(1)得到的澄清水溶液中依次加入有机硅乳液、环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和阳离子表面活性剂，搅拌30分钟以上后，得到混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液于50～60℃下水热反应5-8小时，之后取出得到软化剂溶液；
(4)将玄武岩纤维置入到软化剂溶液中，于40～55℃加热条件下，反应30min以上，捞出；
(5)采用低温烘干处理步骤(4)捞出的玄武岩纤维。
需要说明的是，本申请中尤其通过有机硅偶联剂来对玄武岩纤维进行软化处理，可以进一步提高玄武岩纤维表面与树脂之间的结合强度，通过对玄武岩界面进行化学改性，来增加与树脂之间的化学结合强度，进一步提高连接牢固性，通过有机硅乳液、环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和阳离子表面活性剂等对玄武岩纤维表面的附着，一方面来提升玄武岩纤维的自身的柔韧性，防止断裂，另一方面来提升玄武岩纤维的亲油性，保证玄武岩纤维表面能够有效与其他组分进行结合。
进一步地，玄武岩纤维还经过附着处理，具体方法是：按照1:3的比例分别称取粒径为1.5～5μm的蒙脱石粉末和经过软化处理的玄武岩纤维加入到密炼机中进行共混，时间为5～8min，温度为120～150℃。
需要特别注意的是，本申请中在对玄武岩纤维进行附着处理的蒙脱石粉末的粒径是1.5～5μm，区别于先前加入的粒径为6～10μm的蒙脱石粉末，采用粒径为6～10μm的蒙脱石粉末是为了作为骨架进行填充，有效支撑起电缆料内的物理结构，而附着有粒径为1.5～5μm的蒙脱石粉末的玄武岩纤维在制备过程中，填充到粒径为6～10μm的蒙脱石粉末之间的间隙内部，一方面是为了起到结构增强的作用，增加抗压性，另一方面，玄武岩纤维通过表面附着的1.5～5μm的蒙脱石粉末来增大与粒径为6～10μm的蒙脱石粉末之间的摩擦，在电缆受到弯折以及拉伸过程中，可以防止玄武岩纤维和粒径为6～10μm的蒙脱石粉末的发生相对移动，提高电缆料的抗弯折性能等。
进一步地，所述玄武岩纤维的直径为8μm～15μm，长度为5mm～12mm。
进一步地，所述热塑性弹性体为聚烯烃热塑性弹性体。
需要说明的是，本申请中采用聚烯烃热塑性弹性体可以有效增加电缆料的绝缘性能、抗拉伸强度和断裂伸长率性能。
进一步地，所述交联剂为PL500交联剂。
一种高韧性耐油防水电缆料制备方法，用于对前述电缆料进行制备，包括：
(1)按照组分配比分别称量出经过表面粗糙处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体、碳黑、石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌、硫化剂；
(2)将经过表面粗糙处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体进行混合，混合均匀后，从第一进料口加入到挤出机内；
(3)接着将碳黑从第二进料口加入到挤出机内；
(4)最后，将石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌和硫化剂进行混合，混合均匀后，从第三进料口加入到挤出机内；
(5)挤出成型，即得。
进一步地，挤出机各段温区依次设置为：温区一80～95℃、温区二120～130℃、温区三135～150℃、温区四140～160℃、温区五170～185℃、温区六160～170℃、温区七145～155℃、温区八130～140℃，机头温度130～150℃。
进一步地，在温区一上方设置有第一进料口、在温区二上方设置有第二进料口、在温区三或温区四上方设置有第三进料口。
需要说明的是，在本申请的制备方法中，尤其采用前后三次进料的方式，其中在第一进料口中，首先加入混合后的经过表面粗糙处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须和热塑性弹性体，这些物料在温区一内实现的是混合均匀，以及初步加热，由于玄武岩纤维经过粗糙处理，表面极易附着碳黑，所以在玄武岩纤维与其他组分充分混合后，再单独加入碳黑，是为了防止碳黑过多的附着在玄武岩纤维上，而是达到有效分散，减少对玄武岩纤维性能的影响，最后，将石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌和硫化剂进行混合后，在温区三或温区四再加入进来，是为了前面反应物已经达到分散均匀性以及稳定后，同时升温也是为了加快反应进度，再通过交联剂和硫化剂来使橡胶以及弹性体发生交联以及硫化反应，增加了交联程度，耐水性。
本发明的有益效果为：本发明采用的组分对环境污染小、制备方法简单，尤其在组分中选用经过表面粗糙处理的玄武岩纤维，区别于其他纤维成分，玄武岩纤维不仅强度高、而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，用于电缆料中可有效增强电缆的柔韧性、抗拉伸以及抗裂性，在经过表面粗糙处理后，玄武岩纤维与其他组分之间的物理结合力更强，进一步提高电缆料的力学性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，按照质量分数计算，包括如下组分：经过表面粗糙处理的玄武岩纤维16份，乙丙橡胶25份、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末6份、碳酸钙晶须7份、聚烯烃热塑性弹性体12份、碳黑10份、石蜡油6份、硬脂酸2份、PL500交联剂1份、氧化锌1份、硫化剂3份。
其制备方法包括如下操作步骤：
(1)按照组分配比分别称量出经过表面粗糙处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体、碳黑、石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌、硫化剂；
(2)将经过表面粗糙处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体进行混合，混合均匀后，从第一进料口加入到挤出机内；
(3)接着将碳黑从第二进料口加入到挤出机内；
(4)最后，将石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌和硫化剂进行混合，混合均匀后，从第三进料口加入到挤出机内；
(5)挤出成型，即得。
具体的，玄武岩纤维表面粗糙处理的方法是：先将玄武岩纤维置入质量分数为35％的丙烯酸溶液中浸润处理，取出干燥后，再通过电子束辐照处理。
其中，挤出机各段温区依次设置为：温区一80～95℃、温区二120～130℃、温区三135～150℃、温区四140～160℃、温区五170～185℃、温区六160～170℃、温区七145～155℃、温区八130～140℃，机头温度130～150℃。
实施例2
一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，按照质量分数计算，包括如下组分：经过软化处理的玄武岩纤维20份，乙丙橡胶28份、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末8份、碳酸钙晶须7份、聚烯烃热塑性弹性体8份、碳黑9份、石蜡油8份、硬脂酸3份、PL500交联剂3份、氧化锌2份、硫化剂2份。
其制备方法包括如下操作步骤：
(1)按照组分配比分别称量出经过软化处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体、碳黑、石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌、硫化剂；
(2)将经过软化处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体进行混合，混合均匀后，从第一进料口加入到挤出机内；
(3)接着将碳黑从第二进料口加入到挤出机内；
(4)最后，将石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌和硫化剂进行混合，混合均匀后，从第三进料口加入到挤出机内；
(5)挤出成型，即得。
具体的，经过软化处理的玄武岩纤维制备方法具体包括：先将玄武岩纤维置入质量分数为35％的丙烯酸溶液中浸润处理，取出干燥后，再通过电子束辐照处理制得表面粗糙处理的玄武岩纤维，再通过以下步骤：
(1)在去离子水中加入pH调节剂，将水的pH值调节至3至5，然后搅拌下加入有机硅偶联剂，继续搅拌至澄清为止；
(2)向步骤(1)得到的澄清水溶液中依次加入有机硅乳液、环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和阳离子表面活性剂，搅拌30分钟以上后，得到混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液于50～60℃下水热反应5-8小时，之后取出得到软化剂溶液；
(4)将玄武岩纤维置入到软化剂溶液中，于40～55℃加热条件下，反应30min以上，捞出；
(5)采用低温烘干处理步骤(4)捞出的玄武岩纤维，即可获得经过软化处理的玄武岩纤维。
其中，挤出机各段温区依次设置为：温区一80～95℃、温区二120～130℃、温区三135～150℃、温区四140～160℃、温区五170～185℃、温区六160～170℃、温区七145～155℃、温区八130～140℃，机头温度130～150℃。
实施例三
一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，按照质量分数计算，包括如下组分：经过附着处理的玄武岩纤维19份，乙丙橡胶28份、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末7份、碳酸钙晶须7份、聚烯烃热塑性弹性体10份、碳黑12份、石蜡油8份、硬脂酸3份、PL500交联剂3份、氧化锌2份、硫化剂3份。
其制备方法包括如下操作步骤：
(1)按照组分配比分别称量出经过软化处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体、碳黑、石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌、硫化剂；
(2)将经过软化处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体进行混合，混合均匀后，从第一进料口加入到挤出机内；
(3)接着将碳黑从第二进料口加入到挤出机内；
(4)最后，将石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌和硫化剂进行混合，混合均匀后，从第三进料口加入到挤出机内；
(5)挤出成型，即得。
具体的，经过附着处理的玄武岩纤维制备方法具体包括：先将玄武岩纤维置入质量分数为35％的丙烯酸溶液中浸润处理，取出干燥后，再通过电子束辐照处理制得表面粗糙处理的玄武岩纤维，再通过以下步骤：
(1)在去离子水中加入pH调节剂，将水的pH值调节至3至5，然后搅拌下加入有机硅偶联剂，继续搅拌至澄清为止；
(2)向步骤(1)得到的澄清水溶液中依次加入有机硅乳液、环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和阳离子表面活性剂，搅拌30分钟以上后，得到混合溶液；
(3)将步骤(2)得到的混合溶液于50～60℃下水热反应5-8小时，之后取出得到软化剂溶液；
(4)将玄武岩纤维置入到软化剂溶液中，于40～55℃加热条件下，反应30min以上，捞出；
(5)采用低温烘干处理步骤(4)捞出的玄武岩纤维，即可获得经过软化处理的玄武岩纤维。
(6)按照1:3的比例分别称取粒径为1.5～5μm的蒙脱石粉末和经过软化处理的玄武岩纤维加入到密炼机中进行共混，时间为8min，温度为145℃，即可获得经过附着处理的玄武岩纤维。
其中，挤出机各段温区依次设置为：温区一80～95℃、温区二120～130℃、温区三135～150℃、温区四140～160℃、温区五170～185℃、温区六160～170℃、温区七145～155℃、温区八130～140℃，机头温度130～150℃。
对比例1
一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，按照质量分数计算，包括如下组分：玄武岩纤维16份，乙丙橡胶25份、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末6份、碳酸钙晶须7份、聚烯烃热塑性弹性体12份、碳黑10份、石蜡油6份、硬脂酸2份、PL500交联剂1份、氧化锌1份、硫化剂3份。
其制备方法包括如下操作步骤：
(1)按照组分配比分别称量出玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体、碳黑、石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌、硫化剂；
(2)将玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体进行混合，混合均匀后，从第一进料口加入到挤出机内；
(3)接着将碳黑从第二进料口加入到挤出机内；
(4)最后，将石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌和硫化剂进行混合，混合均匀后，从第三进料口加入到挤出机内；
(5)挤出成型，即得。
其中，挤出机各段温区依次设置为：温区一80～95℃、温区二120～130℃、温区三135～150℃、温区四140～160℃、温区五170～185℃、温区六160～170℃、温区七145～155℃、温区八130～140℃，机头温度130～150℃。
对比例2
一种高韧性耐油防水电缆料及其制备方法，按照质量分数计算，包括如下组分：经过表面粗糙处理的玄武岩纤维16份，乙丙橡胶25份、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末6份、碳酸钙晶须7份、聚烯烃热塑性弹性体12份、碳黑10份、石蜡油6份、硬脂酸2份、PL500交联剂1份、氧化锌1份、硫化剂3份。
其制备方法包括如下操作步骤：
(1)按照组分配比分别称量出经过表面粗糙处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体、碳黑、石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌、硫化剂；
(2)将以上称量好的组分混合均匀后，从第一进料口加入到挤出机内；
(3)挤出成型，即得。
其中，挤出机各段温区依次设置为：温区一80～95℃、温区二120～130℃、温区三135～150℃、温区四140～160℃、温区五170～185℃、温区六160～170℃、温区七145～155℃、温区八130～140℃，机头温度130～150℃。
将实施例1～3和对比例1～2得到的电缆料进行性能测试。
耐油测试：将使用该电缆料制得的电线电缆作为试样，将试样浸入121℃的油中进行耐油老化18h，测老化前后的拉伸力和断裂伸长率。
耐水测试：将使用该电缆料制得的电线电缆作为试样，将试样浸入95℃的水中进行防水测试，测老化前后的拉伸力和断裂伸长率。
相对电容率测试：将使用该电缆料制得的电线电缆作为试样，将试样浸入50℃水中，测试试样浸水1至14天、7至14天的电容变化率。
实施例1～3和对比例1～2得到的电缆料的测试结果如下表1所示。
表1
通过实施例1～3和对比例1的耐油性、耐水性和绝缘性测试数据可以得出，对玄武岩纤维的粗糙处理、软化处理和附着处理均能进一步提高电缆料的各种性能。
通过实施例1～3与对比例2的耐油性、耐水性和绝缘性测试数据可以得出，采用逐步加入物料的方式，要比把所有物料仅在第一进料口加入要效果更优，可能是碳黑直接在第一进料口加入后，容易发生团聚现象，从而导致玄武岩纤维与其他组分之间的结合力变弱，导致耐水性、以及耐油性降低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种高韧性耐油防水电缆料，其特征在于，按照质量分数计算，包括如下组分：经过表面粗糙处理的玄武岩纤维16～20份，乙丙橡胶25-30份、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末5～9份、碳酸钙晶须7～10份、热塑性弹性体8～13份、碳黑8～12份、石蜡油6～8份、硬脂酸1～3份、交联剂1～3份、氧化锌1～3份、硫化剂1～3份；
玄武岩纤维表面粗糙处理的方法是：先将玄武岩纤维置入质量分数为35％的丙烯酸溶液中浸润处理，取出干燥后，再通过电子束辐照处理；
玄武岩纤维还经过软化处理，具体方法是：
（1）在去离子水中加入pH调节剂，将水的pH值调节至3至5，然后搅拌下加入有机硅偶联剂，继续搅拌至澄清为止；
（2）向步骤（1）得到的澄清水溶液中依次加入有机硅乳液、环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和阳离子表面活性剂，搅拌30分钟以上后，得到混合溶液；
（3）将步骤（2）得到的混合溶液于50～60℃下水热反应5-8小时，之后取出得到软化剂溶液；
（4）将玄武岩纤维置入到软化剂溶液中，于40～55℃加热条件下，反应30min以上，捞出；
（5）采用低温烘干处理步骤（4）捞出的玄武岩纤维；
玄武岩纤维还经过附着处理，具体方法是：按照1:3的比例分别称取粒径为1.5～5μm的蒙脱石粉末和经过软化处理的玄武岩纤维加入到密炼机中进行共混，时间为5～8min，温度为120～150℃。
2.根据权利要求1所述的高韧性耐油防水电缆料，其特征在于， 所述玄武岩纤维的直径为8μm～15μm，长度为5mm～12mm。
3.根据权利要求1所述的高韧性耐油防水电缆料，其特征在于，所述热塑性弹性体为聚烯烃热塑性弹性体。
4.根据权利要求1所述的高韧性耐油防水电缆料，其特征在于，所述交联剂为PL500交联剂。
5.一种高韧性耐油防水电缆料制备方法，其特征在于，用于对权利要求1～4中任一项所述电缆料进行制备，包括：
（1）按照组分配比分别称量出经过表面粗糙处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体、碳黑、石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌、硫化剂；
（2）将经过表面粗糙处理的玄武岩纤维、乙丙橡胶、粒径为6～10μm的蒙脱石粉末、碳酸钙晶须、热塑性弹性体进行混合，混合均匀后，从第一进料口加入到挤出机内；
（3）接着将碳黑从第二进料口加入到挤出机内；
（4）最后，将石蜡油、硬脂酸、交联剂、氧化锌和硫化剂进行混合，混合均匀后，从第三进料口加入到挤出机内；
（5）挤出成型，即得。
6.根据权利要求5所述的高韧性耐油防水电缆料制备方法，其特征在于，挤出机各段温区依次设置为：温区一80～95℃、温区二120～130℃、温区三135～150℃、温区四140～160℃、温区五170～185℃、温区六160～170℃、温区七145～155℃、温区八130～140℃，机头温度130～150℃。
7.根据权利要求5所述的高韧性耐油防水电缆料制备方法，其特征在于， 在温区一上方设置有第一进料口、在温区二上方设置有第二进料口、在温区三或温区四上方设置有第三进料口。
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