CN115011043B - 一种乙丙橡胶绝缘组合物及其制备方法 - Google Patents

一种乙丙橡胶绝缘组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于通信电缆技术领域，具体涉及一种乙丙橡胶绝缘组合物及其制备方法。所述组合物的原料包括如下重量份数的组分：二元乙丙橡胶100‑120份，补强填充剂70‑75份、增塑剂5.0‑12.0份，硫化剂3.5‑7.5份，硬脂酸1.0‑2.0份，防老剂2.5‑5.0份，氧化锌8‑10份，钛白粉4‑5份和助剂3‑8份；所述补强填充剂为质量比1:0.2‑0.5的硅烷煅烧陶土和长石粉复配而成。制备方法为先将二元乙丙橡胶密炼，然后再与其他原料混炼，排胶，冷却，滤胶，收片；返炼即得。本发明制备的乙丙橡胶绝缘组合物抗拉强度大、拉伸率强，且绝缘性能佳，适合于船用、海洋工程等耐弯曲电缆绝缘层的制备。

Description

一种乙丙橡胶绝缘组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于通信电缆技术领域，具体涉及一种乙丙橡胶绝缘组合物及其制备方法。
背景技术
船用电缆是各类船舶、海上石油平台及水上建筑物的电力、照明、控制、通信等系统专用的电线电缆。由于使用环境较严酷，则要求电缆安全可靠、寿命长、体积小、重量轻，并具有优良的耐温、耐火、阻燃、耐油防潮、耐海水，优良的电气和机械性能等要求。由于船舱及平台空间较小，电缆穿线空间更加有限，所以在敷设电缆时会有不可避免的弯曲，这对船用电缆提出了更高的抗拉强度、拉伸率和耐弯曲性能的要求。
中国发明专利申请CN102347103A公开了一种船舶及海洋用硬质乙丙橡胶绝缘仪表电缆及其制造方法，硬质乙丙橡胶绝缘层的原料组分如下:乙丙橡胶2470:11份，乙丙橡胶4044:9份，熔融指数为2.0的高压聚乙烯:1.0～1.5份，过氧化二异丙苯DCP:0.5～1.0份，三烯丙基异三聚氧酸酯TAIC-70:0.3～0.4份，2-硫醇基苯并咪唑MB:0.5～0.8份，钛白粉:1～1.5份，石蜡油:1.0～1.5份，氧化锌:1.0～1.5份，微晶石蜡:0.6～1.0份，硬脂酸:0.2～0.5份，白炭黑:1～2份，超细滑石粉:10～15份，改性煅烧陶土:12～16份。但是其制备的绝缘材料的绝缘性能和强度有待进一步提高。
中国发明专利申请CN112625364A公开了一种耐高温低压变高电阻EPDM混炼胶，组成成分如下:三元乙丙橡胶EPDM100份，炭黑N774 15-25份，炭黑N770 20-30份，钛白粉10-20份，煅烧陶土10-15份，氧化锌1-5份，环烷油10-15份，硬脂酸1-3份，硫磺0.5-1.5份，防老剂124 0.3-1.0份，防老剂DTPD 0.5-1份，促进剂ZDBC 0.5-1.5份，促进剂CZ 0.4-0.8份,硅烷偶联剂1-2份。本发明具有优良的基础物理性能，但是热空气老化后其伸长率和拉伸强度变化较大，不利于其高温使用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种电阻率高、抗拉强度大、拉伸率强，且抗老化能力强的乙丙橡胶绝缘组合物，适合于船用、海洋工程等耐弯曲电缆绝缘层的制备。
为了实现本发明目的，采用的技术方案如下：
所述组合物的原料包括如下重量份数的组分：二元乙丙橡胶100-120份，补强填充剂70-75份、增塑剂5.0-12.0份，硫化剂3.5-7.5份，硬脂酸1.0-2.0份，防老剂2.5-5.0份，氧化锌8-10份，钛白粉4-5份和助剂3-8份。
优选地，所述补强填充剂选自硅烷煅烧陶土、滑石粉、长石粉、改性二氧化硅中的一种或几种；所述补强填充剂优选为质量比1:0.2-0.5的硅烷煅烧陶土和长石粉复配而成。
优选地，所述防老剂选自胺类或对苯二胺类；
优选地，所述增塑剂选自环烷油、甘油、微晶蜡、松香甘油酯和1,3,3-三甲基-1-苯基茚满中的两种及以上。
优选地，所述硫化剂选自过氧化二异丙苯、三烯丙基异氰脲酸酯中的至少一种；
优选地，所述硅烷煅烧陶土的制备方法包括将煅烧陶土和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷混合搅拌；然后抽滤，烘干，在球磨机中研磨粉碎为硅烷煅烧陶土。
优选地，所述硅烷煅烧陶土、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷的质量比为1：0.5-0.8：0.1-0.2。
优选地，所述硫化剂为质量比为1:3-6的过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯的混合物；
优选地，所述增塑剂为质量比1：0.2-0.5的松香甘油酯和1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的混合物。
优选地，所述助剂为微粉硅胶和硬脂酸铝以质量比为1:2-4混合复配而成。
本发明再一目是提供上述乙丙橡胶绝缘组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将二元乙丙橡胶密炼；然后加入30-45％硅烷煅烧陶土和长石粉混炼，再加入防老剂、硬脂酸和增塑剂混炼；
(2)加入20-40％硅烷煅烧陶土、氧化锌和助剂混炼；
(3)加入剩余硅烷煅烧陶土和钛白粉混炼，排胶，冷却，滤胶，收片，得一段料；
(4)将一段料放置8小时以上，密炼，加入硫化剂混炼，排胶，冷却收片。
优选地，步骤(1)操作为将二元乙丙橡胶密炼0.5-5min；然后加入30-45％的硅烷煅烧陶土混炼0.5-5min，再加入防老剂、硬脂酸和增塑剂混炼0.5-5min。
优选地，步骤(2)混炼的时间为0.5-2min；
优选地，步骤(3)中所述排胶为待混炼的温度达到125℃后进行；
优选地，步骤(4)具体操作为将一段料加入密炼机密炼，待温度达到60℃时加入硫化剂，待温度达到90℃时排胶，冷却收片。
本发明还有一个目的是提供一种高耐弯曲电缆，所述缆心为圆形，以圆心为基准分为内中外三层，内层为1束橡皮填充条，中层为7束线芯，外层为12束线芯，所有线芯由内到外依次为导体、绝缘层和绕包层，所述绝缘层的材料包括上述乙丙橡胶绝缘组合物，所述绕包层的材料包括彩色棉布袋。
优选地，所述橡皮填充条的外径为1根导体外径的1-1.5倍。
优选地，所述绝缘层和绕包层间的缝隙，以及线芯间缝隙均加入滑石粉填充。
本发明还有一个目的是提供上述乙丙橡胶绝缘组合物在制备船用或海洋用电缆中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明通过采用二元乙丙橡胶722，具有高的乙烯含量，电性能和机械性能优良。本发明采用将长石粉和硅烷煅烧陶土复配，对绝缘橡胶的增硬、补强效果、以及绝缘性能显著增强，且特定配比的过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯的混合物以及增塑剂的配伍，使硫化胶产生合适的偶极矩，橡胶的电绝缘性和抗拉强度进一步增强。
(2)本发明还对助剂进行了研究，意外发现在混炼时加入微粉硅胶和硬脂酸铝，不仅降低了硫化胶的磨擦系数，且可以明显提高绝缘橡胶的拉伸强度和抗拉强度。
(3)本发明进一步对芯线缆心进行研究，在成缆结构为1+6+12时做弯曲试验时中心线导体最易断芯，经考察，当成缆结构为0+7+12时，电缆的耐弯曲最强。此时，中心橡皮条在电缆弯曲时起到了有鲁昂的缓冲泄力和支撑各导线的作用。
(4)成缆时加滑石粉是提高耐弯曲能力的关键，绕包棉布袋及绞合导线时均加入滑石粉，滑石粉充满整个绝缘线芯的缝隙。此时，在做弯曲试验时线芯能够自由滑动，线芯整体做自由移动，解决了现有技术在做弯曲试验时始终在弯曲某一个固定点，容易将固定点处的铜导体弯断的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例5线芯的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例乙丙橡胶绝缘组合物，配方为二元乙丙橡胶110份，补强填充剂72份、增塑剂8份，硫化剂5份，硬脂酸1份，防老剂2.5份，氧化锌9份，钛白粉4份和助剂5份。
其中二元乙丙橡胶采用美国埃克森公司生产的二元乙丙722；
补强填充剂为质量比1:0.3的硅烷煅烧陶土和长石粉复配而成；硅烷煅烧陶土的制备方法为将煅烧陶土和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷按质量比1：0.6：0.1混合，在40℃下搅拌50min；然后抽滤，105℃烘干，在高能行星式球磨机中研磨粉碎，过400目筛，即得。煅烧陶土的供应商为福建省漳平市振福化工有限公司，长石粉供应商为北京市津同乐泰化工产品有限公司；
增塑剂为质量比1：0.3的松香甘油酯和1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的混合物；1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的供应商为无锡市佳盛高新改性材料有限公司；
硫化剂为质量比为1:5的过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯的混合物；
防老剂为防老剂RD；
助剂为微粉硅胶和硬脂酸铝以质量比为1:3混合复配而成。
本实施例乙丙橡胶绝缘组合物的制备方法如下：
(1)将二元乙丙橡胶密炼1min，然后加入35％硅烷煅烧陶土和长石粉混炼0.5min，再加入防老剂、硬脂酸和增塑剂混炼2min；
(2)加入30％硅烷煅烧陶土、氧化锌和助剂混炼2min；
(3)加入剩余硅烷煅烧陶土和钛白粉混炼，待混炼温度达到125℃后排胶，冷却，滤胶，收片，得一段料；
(4)放置9小时，将一段料加入密炼机密炼，待温度达到60℃时加入硫化剂，待温度达到90℃时排胶，冷却收片即得。
实施例2
本实施例乙丙橡胶绝缘组合物，配方为二元乙丙橡胶100份，补强填充剂70份、增塑剂5.0份，硫化剂3.5份，硬脂酸1.0份，防老剂2.5份，氧化锌8份，钛白粉4份和助剂3份。
其中二元乙丙橡胶采用美国埃克森公司生产的二元乙丙722；
补强填充剂为质量比1:0.2的硅烷煅烧陶土和长石粉复配而成；硅烷煅烧陶土的制备方法为将煅烧陶土和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷按质量比1：0.5：0.15混合，在40℃下搅拌30min；然后抽滤，105℃烘干，在高能行星式球磨机中研磨粉碎，过400目筛，即得。煅烧陶土的供应商为福建省漳平市振福化工有限公司，长石粉供应商为北京市津同乐泰化工产品有限公司；
增塑剂为质量比1：0.2的松香甘油酯和1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的混合物；1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的供应商为无锡市佳盛高新改性材料有限公司；
硫化剂为质量比为1:3的过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯的混合物；
防老剂为防老剂RD；
助剂为微粉硅胶和硬脂酸铝以质量比为1:2混合复配而成。
本实施例乙丙橡胶绝缘组合物的制备方法如下：
(1)将二元乙丙橡胶密炼5min，然后加入35％的硅烷煅烧陶土和长石粉混炼5min，再加入防老剂、硬脂酸和增塑剂混炼0.5min；
(2)加入20％硅烷煅烧陶土、氧化锌和助剂混炼2min；
(3)加入剩余硅烷煅烧陶土和钛白粉混炼，待混炼温度达到125℃后排胶，冷却，滤胶，收片，得一段料；
(4)放置10小时，将一段料加入密炼机密炼，待温度达到60℃时加入硫化剂，待温度达到90℃时排胶，冷却收片即得。
实施例3
本实施例乙丙橡胶绝缘组合物，配方为二元乙丙橡胶120份，补强填充剂75份、增塑剂5份，硫化剂7.5份，硬脂酸2.0份，防老剂5.0份，氧化锌10份，钛白粉5份和助剂8份。
其中二元乙丙橡胶采用美国埃克森公司生产的二元乙丙722；
补强填充剂为质量比1:0.5的硅烷煅烧陶土和长石粉复配而成；硅烷煅烧陶土的制备方法为将煅烧陶土和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷按质量比1：0.8：0.2混合，在40℃下搅拌30min；然后抽滤，105℃烘干，在高能行星式球磨机中研磨粉碎，过400目筛，即得。煅烧陶土的供应商为福建省漳平市振福化工有限公司，长石粉供应商为北京市津同乐泰化工产品有限公司；
增塑剂为质量比1：0.5的松香甘油酯和1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的混合物；1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的供应商为无锡市佳盛高新改性材料有限公司；
硫化剂为质量比为1:6的过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯的混合物；
防老剂为防老剂RD；
助剂为微粉硅胶和硬脂酸铝以质量比为1:4混合复配而成。
本实施例乙丙橡胶绝缘组合物的制备方法如下：
(1)将二元乙丙橡胶密炼5min，然后加入45％的硅烷煅烧陶土和长石粉混炼2min，再加入防老剂、硬脂酸和增塑剂混炼5min；
(2)加入40％硅烷煅烧陶土、氧化锌和助剂混炼0.5min；
(3)加入剩余硅烷煅烧陶土和钛白粉混炼，待混炼温度达到125℃后排胶，冷却，滤胶，收片，得一段料；
(4)放置10小时，将一段料加入密炼机密炼，待温度达到60℃时加入硫化剂，待温度达到90℃时排胶，冷却收片即得。
实施例4
本实施例乙丙橡胶绝缘组合物，配方为二元乙丙橡胶100份，补强填充剂75份、增塑剂8份，硫化剂5份，硬脂酸1.5份，防老剂3.5份，氧化锌8份，钛白粉4.5份和助剂5份。
其中二元乙丙橡胶采用美国埃克森公司生产的二元乙丙722；
补强填充剂为质量比1:0.4的硅烷煅烧陶土和长石粉复配而成；硅烷煅烧陶土的制备方法为将煅烧陶土和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷按质量比1：0.75：0.12混合，在40℃下搅拌30min；然后抽滤，105℃烘干，在高能行星式球磨机中研磨粉碎，过400目筛，即得。煅烧陶土的供应商为福建省漳平市振福化工有限公司，长石粉供应商为北京市津同乐泰化工产品有限公司；
增塑剂为质量比1：0.4的松香甘油酯和1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的混合物；1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的供应商为无锡市佳盛高新改性材料有限公司；
硫化剂为质量比为1:5的过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯的混合物；
防老剂为防老剂RD；
助剂为微粉硅胶和硬脂酸铝以质量比为1:2混合复配而成。
本实施例乙丙橡胶绝缘组合物的制备方法如下：
(1)将二元乙丙橡胶密炼3min，然后加入30％硅烷煅烧陶土和长石粉混炼1min，再加入防老剂、硬脂酸和增塑剂混炼2min；
(2)加入20％硅烷煅烧陶土、氧化锌和助剂混炼5min；
(3)加入剩余硅烷煅烧陶土和钛白粉混炼，待混炼温度达到125℃后排胶，冷却，滤胶，收片，得一段料；
(4)放置12小时，将一段料加入密炼机密炼，待温度达到60℃时加入硫化剂，待温度达到90℃时排胶，冷却收片即得。
对比例1
本对比例与实施例1区别在于补强填充剂的组成不同，具体为质量比1:1的硅烷煅烧陶土和长石粉复配而成；其余按照实施例1进行制备。
对比例2
本对比例与实施例1区别在于区别在补强填充剂中硅烷煅烧陶土的制备；
其硅烷煅烧陶土的制备方法为将煅烧陶土和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、λ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷按质量比1：0.6：0.1混合，在40℃下搅拌30min；然后抽滤，105℃烘干，在高能行星式球磨机中研磨粉碎，过400目筛，即得。其余按照实施例1进行制备。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于增塑剂不同，其增塑剂为质量比1：0.3的松香甘油酯和微晶石蜡的混合物。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于助剂采用5份硬脂酸铝。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于助剂采用5份微粉硅胶。
实验一
(1)对实施例1-4的绝缘材料进行性能测试，结果见表1。
表1绝缘材料机械物理性能
Figure BDA0003690831750000071
(2)对比例1-5的绝缘材料进行性能测试，结果见表2。
表2绝缘材料机械物理性能
Figure BDA0003690831750000081
实施例5
(1)将导体(镀锡5类导体)表面挤包实施例1制备的乙丙绝缘绝缘材料，挤包工艺参数见表3，然后进行火花试验，配线打印序号(过离型剂)；
(2)然后在表面绕包彩色棉布带，搭盖率为30％，绕包应平整，无皱折，绕包后绝缘线芯过滑石粉；
(3)成缆(过滑石粉)：成缆时过滑石粉，成缆后绕包彩色棉布带，搭盖率50％，绕包应平整，无皱折，成缆排列按序号顺时针排列，按表4工艺执行，成缆结构为0+7+12，如图1所示。中心橡皮条在中间，得芯线；
(4)在芯线外周绕包彩色棉布带，再挤包辐照CPE护套，护套挤包工艺见表5，护套在挤橡机挤出后先冷却定型，然后打印公司名称、电缆型号规格等信息，擦离型剂(防止生胶彼此粘连)后卷绕在电缆盘上送去辐照。辐照时要用水喷淋，防止未交联的橡胶粘在束线轮上，辐照计量为：4.8Gy。
表3绝缘挤包工艺数据
Figure BDA0003690831750000082
Figure BDA0003690831750000091
表4成缆工艺数据
Figure BDA0003690831750000092
表5护套挤包工艺数据
Figure BDA0003690831750000093
(5)最后检验、包装、入库即得电缆。
实验二、对实施例5加工的电缆性能进行检测
(1)成品检验进行耐压试验(AC 3.5kV/5min)，检测时未击穿；
(2)成品进行弯曲试验：电缆应能经受20000次的弯曲试验，摆动角度为90°，60万次未断。
综上，该电缆完全满足设计要求并且耐弯曲性能优异。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种乙丙橡胶绝缘组合物，其特征在于，所述组合物的原料包括如下重量份数的组分：二元乙丙橡胶100-120份，补强填充剂70-75份、增塑剂5.0-12.0份，硫化剂3.5-7.5份，硬脂酸1.0-2.0份，防老剂2.5-5.0份，氧化锌8-10份，钛白粉4-5份和助剂3-8份；所述补强填充剂为质量比1:0.2-0.5的硅烷煅烧陶土和长石粉复配而成；
所述硅烷煅烧陶土的制备方法包括将煅烧陶土和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷混合搅拌；然后抽滤，烘干，在球磨机中研磨粉碎为改性纳米陶土；
所述增塑剂为质量比1：0.2-0.5的松香甘油酯和1,3,3-三甲基-1-苯基茚满的混合物；
所述助剂为微粉硅胶和硬脂酸铝以质量比为1:2-4混合复配而成。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述防老剂选自胺类或对苯二胺类。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述硅烷煅烧陶土、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、(3,3,3-三氟丙基)甲基二甲氧基硅烷的质量比为1：0.5-0.8：0.1-0.2。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述硫化剂为质量比为1:3-6的过氧化二异丙苯和三烯丙基异氰脲酸酯的混合物。
5.一种权利要求1-4任意一项所述的乙丙橡胶绝缘组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将二元乙丙橡胶密炼；然后加入30-45％的硅烷煅烧陶土混炼，再加入防老剂、硬脂酸和增塑剂混炼；
(2)加入20-40％硅烷煅烧陶土、氧化锌和助剂混炼；
(3)加入剩余硅烷煅烧陶土和钛白粉混炼，排胶，冷却，滤胶，收片，得一段料；
(4)放置8小时以上，将一段料密炼，加入硫化剂混炼，排胶，冷却收片。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述排胶为待混炼的温度达到125℃后进行；步骤(4)具体操作为将一段料放置8小时以上，然后加入密炼机，待温度达到60℃时加入硫化剂，温度到90℃时排胶，冷却收片。
7.一种高耐弯曲电缆，包括缆心和护套，其特征在于，所述缆心为圆形，以圆心为基准分为内中外三层，内层为1束橡皮填充条，中层为7束线芯，外层为12束线芯，所有线芯由内到外依次为导体、绝缘层和绕包层，所述绝缘层的材料包括权利要求1-4任意一项所述的乙丙橡胶绝缘组合物，所述绕包层的材料包括彩色棉布袋；所述橡皮填充条的外径为1根导体外径的1-1.5倍；所述绝缘层和绕包层间的缝隙，以及线芯间缝隙均加入滑石粉填充。
8.一种权利要求1-4任意一项所述的乙丙橡胶绝缘组合物在制备船用或海洋电缆中的应用。
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