CN115124791A - 一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料及其制备方法和一种耐酸碱腐蚀电缆 - Google Patents

一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料及其制备方法和一种耐酸碱腐蚀电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆护套材料技术领域，提供了一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料。本发明提供电缆护套材料的制备原料包括以下组分：氯化聚乙烯橡胶100份；高活性氧化镁8～12份；环保稳定剂4～5份；微晶蜡5～6份；耐酸碱填充剂90～120份；三氧化二锑5～10份；双叔丁基过氧化二异丙苯1.5～3份；N，N’‑间苯撑双马来酰亚胺0.5～1.5份；2，2，4‑三甲基‑1，2‑二氢化喹啉聚合体1～2份；癸二酸二辛酯10～20份；颜填料13～25份。本发明通过调整电缆护套制备原料的种类和配比，使电缆护套材料具有良好的耐酸碱腐蚀性能和机械性能，适合用于制备在酸碱环境下使用的电缆。

Description

一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料及其制备方法和一种耐酸碱腐 蚀电缆
技术领域
本发明涉及电缆护套材料技术领域，尤其涉及一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料及其制备方法和一种耐酸碱腐蚀电缆。
背景技术
作为一种用于传输电能的装置，电缆由内至外一般由导体线芯、绝缘层以及护套组成。其中，护套直接与电缆的使用环境接触，用于保护内部的绝缘层以及导线线芯，如果护套被破坏，内部的绝缘层会与外部使用环境直接接触，进而被破坏而影响电缆的正常运行。因此，电缆护套性能的好坏直接影响着电缆的使用情况。
在现有的工业领域中，诸如废水处理厂、化工厂、火电站、金属冶炼厂等生产场合，对于使用的电缆的要求更加严格，通常需要电缆具有良好的耐腐蚀性能，同时，要求电缆具有优异的机械性能。现有的电缆护套材料很难同时满足上述两种要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料及其制备方法和一种耐酸碱腐蚀电缆。本发明提供的耐腐蚀电缆护套材料具有良好的耐腐蚀性能和优异的机械性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料，以质量份数计，制备原料包括以下组分：
Figure BDA0003729960330000011
Figure BDA0003729960330000021
所述高活性氧化镁用柠檬酸标示的活性为12～20s。
优选的，所述环保稳定剂包括环保钙锌稳定剂。
优选的，所述耐酸碱填充剂包括碳酸镁、氢氧化铝或硫酸钡。
本发明还提供了上述技术方案所述护套材料的制备方法，包括以下步骤：
将氯化聚乙烯橡胶、高活性氧化镁、环保稳定剂、微晶蜡、耐酸碱填充剂、三氧化二锑、癸二酸二辛酯和颜填料进行第一混炼，得到混炼胶片；
将所述混炼胶片、双叔丁基过氧化二异丙苯、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺和2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体进行第二混炼，得到所述护套材料。
优选的，所述第一混炼的温度为150～170℃，时间为6～10分钟。
优选的，所述第二混炼的温度为110～120℃，时间为45～60秒。
本发明提供了一种耐酸碱腐蚀电缆，所述电缆包括绝缘线芯和包覆在所述绝缘线芯外部的护套层，所述绝缘线芯包括导体和包覆在所述导体表面的绝缘层，所述护套层由上述技术方案所述的护套材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的护套材料制备得到。
优选的，所述导体为采用圆铜丝通过束绞和复绞制成的软结构导体，所述绝缘层的材料为乙丙橡胶。
本发明提供了一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料，以质量份数计，制备原料包括以下组分：氯化聚乙烯橡胶100份；高活性氧化镁8～12份；环保稳定剂4～5份；微晶蜡5～6份；耐酸碱填充剂90～120份；三氧化二锑5～10份；双叔丁基过氧化二异丙苯1.5～3份；N，N’-间苯撑双马来酰亚胺0.5～1.5份；2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1～2份；癸二酸二辛酯10～20份；颜填料13～25份；所述高活性氧化镁用柠檬酸标示的活性为12～20s。在本发明中，氯化聚乙烯橡胶具有良好的机械性能、加工性能和耐寒性能，采用双叔丁基过氧化二异丙苯(BIPB)、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺(PDM)分别作为硫化剂和助硫化剂，增强了氯化聚乙烯橡胶的交联效果，提高了护套材料的机械性能。本发明选用高活性氧化镁作为助硫化剂的活化剂，可以在保证活化效果的同时降低氧化镁的用量，减少酸碱对于护套性能的不利影响，同时，氧化镁可吸收氯化聚乙烯橡胶使用过程中分解生成的氯化氢，作为稳定剂减缓护套材料的老化，本发明还通过添加环保稳定剂进一步提高稳定效果。本发明选用三氧化二锑作为阻燃剂，一方面可以大大提高护套材料的阻燃效果，另一方面，由于三氧化二锑与碱不发生反应，虽然与酸可以发生反应，但阻燃效果好，因此可以少量添加，从而降低酸碱环境对护套材料机械性能的影响。本发明通过添加耐酸碱填充剂提高了护套材料的耐酸碱性。本发明通过添加微晶蜡作为增塑剂，提高护套材料的加工性能，同时提高护套材料的耐臭氧性，并通过添加癸二酸二辛酯(DOS)进一步提高护套材料的加工性能和耐酸碱腐蚀性能。在本发明中，2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体(RD)可以提高电缆的耐热老化性能，且对硫化影响较小，有利于使护套材料具有良好的机械性能。
本发明还提供了上述方案所述耐腐蚀电缆护套材料的制备方法。本发明提供的制备方法通过采用两步混炼的方式，使各组分均匀混合以及充分交联反应，提高了护套材料的耐酸碱腐蚀性能以及机械性能。
本发明还提供了一种耐酸碱腐蚀电缆，所述电缆包括绝缘线芯和所述绝缘线芯外部的护套材料，所述绝缘线芯包括导体和所述导体表面的绝缘层，所述护套材料为上述技术方案所述的护套材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的护套材料。本发明的实施例表明，采用本发明护套材料制备得到的电缆具有良好的耐酸碱腐蚀性能和机械性能，满足相关国家标准。
附图说明
图1为实施例1制备得到的电缆内部结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料，以质量份数计，制备原料包括以下组分：
Figure BDA0003729960330000031
Figure BDA0003729960330000041
如无特殊说明，本发明使用的制备原料均为市售。
以质量份数计，本发明提供的护套材料的制备原料包括氯化聚乙烯橡胶100份。在本发明中，所述氯化聚乙烯橡胶优选为高门尼粘度的氯化聚乙烯橡胶，所述氯化聚乙烯橡胶的门尼粘度优选为50～70，更优选为60～70，进一步优选为70。所述高门尼粘度的氯化聚乙烯橡胶的氯含量优选为30～40％，更优选为35％。本发明优选上述门尼粘度和氯含量的橡胶可以使护套材料具有良好的机械性能、加工性能和耐寒性能。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括高活性氧化镁8～12份，优选为9～11份，更优选为10份；所述高活性氧化镁的活性为用柠檬酸标示的活性(CAA值)为12～20s，更优选为12～18s，进一步优选为13～15s。本发明将高活性氧化镁作为助硫化剂的活化剂使用，可以在保证活化效果的同时降低氧化镁的用量，以减少酸碱对于护套性能的不利影响，同时，氧化镁可吸收氯化聚乙烯橡胶使用过程中分解生成的氯化氢，作为稳定剂减缓护套材料的老化。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括环保稳定剂4～5份，优选为4～4.5份，更优选为4份。在本发明中，所述环保稳定剂优选包括环保钙锌稳定剂，在本发明的具体实施例中，所述环保钙锌稳定剂优选为上海纳奥新材料有限公司KH-8201型号的产品。本发明采用的环保钙锌稳定剂可以配合高活性氧化镁进一步提高稳定效果，同时，由于不含有铅元素，其与传统的含铅类稳定剂相比更具有环保性。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括微晶蜡5～6份，优选为5～5.5份，更优选为5份。在本发明中，微晶蜡作为增塑剂可以提高护套材料的加工性能，同时增强护套材料的耐臭氧性。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括耐酸碱填充剂90～120份，更优选为95～110份，进一步优选为98～100份，最优选为100份。在本发明中，所述耐酸碱填充剂优选包括碳酸镁、氢氧化铝或硫酸钡，更优选为氢氧化铝或硫酸钡，最优选为硫酸钡。在本发明中，硫酸钡是一种与酸碱不发生任何反应的组分，可以提高护套的耐酸碱性能，同时，其吸油性低，添加到氯化聚乙烯橡胶中能够提高橡胶材料的致密性。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括三氧化二锑5～10份，更优选为5.5～8份，进一步优选为6～7份，更优选为6份。在本发明中，所述三氧化二锑作为阻燃剂使用，一方面可以大大提高护套材料的阻燃效果，另一方面，由于三氧化二锑与碱不发生反应，虽然与酸可以发生反应，但阻燃效果好，因此可以少量添加，从而降低酸碱环境对护套材料机械性能的影响。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括双叔丁基过氧化二异丙苯1.5～3份，更优选为1.6～2.5份，进一步优选为1.7～2份。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括N，N’-间苯撑双马来酰亚胺0.5～1.5份，更优选为0.6～1.2份，进一步优选为0.7～1.0份。本发明优选采用双叔丁基过氧化二异丙苯(BIPB)、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺(PDM)分别作为硫化剂和助硫化剂，增强了氯化聚乙烯橡胶的交联效果，提高了护套材料的机械性能。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1～2份，更优选为1.1～1.7，进一步优选为1.2～1.5份。在本发明中，2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体(RD)可以提高电缆的耐热老化性能，且对硫化反应的影响较小，有利于使护套材料具有良好的机械性能。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括癸二酸二辛酯10～20份，更优选为12～18份，进一步优选为13～15份。本发明优选添加上述含量的癸二酸二辛酯(DOS)能够进一步提高护套材料的加工性能和耐酸碱腐蚀性能。
以氯化聚乙烯橡胶的质量分数为基准，本发明提供的护套材料的制备原料包括颜填料13～25份。在本发明中，当所述护套材料的颜色为黑色时，所述颜填料优选为15～24份，更优选为16～23份，进一步优选为18～20份，所述颜填料优选为炭黑，所述炭黑的型号优选为N330；当所述护套的材料的颜色优选为彩色时，所述颜填料优选为17～23份，更优选为18～22份，进一步优选为19～21份，所述颜填料优选为纳米硅土和彩色颜料的混合物，所述彩色颜料优选为耐晒黄或耐晒红，所述纳米硅土和所述彩色颜料的质量比优选为2～6.7:1，进一步优选为3～5.5:1，更优选为3.5～4.5:1。
本发明还提供了上述技术方案所述护套材料的制备方法，包括以下步骤：
将氯化聚乙烯橡胶、高活性氧化镁、环保稳定剂、微晶蜡、耐酸碱填充剂、三氧化二锑、癸二酸二辛酯和颜填料进行第一混炼，得到混炼胶片；
将所述混炼胶片、双叔丁基过氧化二异丙苯、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺和2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体进行第二混炼，得到所述护套材料。
本发明将氯化聚乙烯橡胶、高活性氧化镁、环保稳定剂、微晶蜡、耐酸碱填充剂、三氧化二锑、癸二酸二辛酯和颜填料进行第一混炼，得到混炼胶片。在本发明中，所述第一混炼优选在密炼机中进行，所述密炼机优选为包含上顶栓的密炼机。在本发明中，所述第一混炼的温度优选为150～170℃，更优选为155～160℃，时间优选为6～10分钟。本发明具体实施例进行所述第一混炼时，优选先在上顶栓处于放下状态的条件下混炼3～5分钟，之后提起上顶栓，混炼1～2分钟，再将上顶栓放下，混炼2～3分钟，得到混合料；然后将所述混合料依次进行薄通打卷、辗片和冷却，得到混炼胶片。在本发明中，所述薄通打卷和辗片为本领域技术人员熟知的常规技术手段，所述冷却优选在室温下进行，所述冷却的时间优选为6～10小时。本发明优选通过上述第一混炼，使原料在搅拌的过程充分分散，同时使氯化聚乙烯橡胶中的原分子结构破坏，为第二混炼中的反应作准备。
得到混炼胶片后，本发明将所述混炼胶片、双叔丁基过氧化二异丙苯、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺和2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体进行第二混炼，得到所述护套材料。在本发明中，所述第二混炼优选在密炼机中进行，所述密炼机优选为包含上顶栓的密炼机。本发明具体实施例优选在上顶栓放下的状态下进行第二混炼，所述第二混炼的温度优选为110～120℃，更优选为113～115℃；所述第二混炼的时间优选为45～60秒，更优选为47～55秒，进一步优选为48～50秒。本发明优选通过上述第二混炼使氯化聚乙烯橡胶分子和硫化剂以及助硫化剂充分混合和反应，提高了橡胶内部分子的交联效果，提高了护套材料的机械性能。在本发明中，所述第二混炼后还包括依次进行的薄通打卷和辗片，所述薄通打卷和辗片为本领域技术人员熟知的常规技术手段，所述辗片得到的胶片的宽度优选为20～30mm，厚度优选为0.4～0.6mm。
本发明还提供了一种耐酸碱腐蚀电缆，所述电缆包括绝缘线芯和包覆在所述绝缘线芯外部的护套层，所述绝缘线芯包括导体和包覆在所述导体表面的绝缘层，所述护套层由上述技术方案所述的护套材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的护套材料制备得到。本发明的具体实施例优选通过挤包的方式在所述绝缘线芯外部制备所述护套层，所述挤包时所用硫化管道的压力优选为1.1～1.5Mpa，所述挤包时的挤出速度优选为6～10m/min。在本发明中，所述导体优选为采用圆铜丝通过束绞和复绞制成的软结构导体，所述绝缘层的材料优选为乙丙橡胶。在本发明中，所述护套层的标称厚度优选为4.2～4.6mm，更优选为4.4mm。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种黑色耐化学腐蚀橡胶电缆的制备方法，包括以下步骤：
(1)导体采用268根直径为0.40mm细圆铜丝进行制备，采用40根*1股和38根*6股结构束绞，之后采用1+6结构进行排列复绞，每层股线和该层复绞绞向相同，最外层绞向为左向，相邻层绞向相反，绞合制成导体；
(2)在步骤(1)制成的导体外表面挤包绝缘层，绝缘层采用乙丙橡胶绝缘材料，绝缘层的标称厚度为1.4mm，挤包时硫化管道压力控制在1.1～1.5MPa之间，生产速度控制在30～34m/min之间；
(3)将步骤(2)制备得到的绝缘线芯进行绞合成缆，得到缆芯；
(4)在步骤(3)制成的缆芯外挤包护套层，护套层采用耐酸碱腐蚀护套材料制备，护套层的标称厚度为4.4mm，生产时硫化管道压力控制在1.1～1.5MPa之间，生产速度控制在6～10m/min之间。制备得到的电缆横截面结构如图1所示，图1为实施例1制备得到的电缆横截面结构示意图。其中，电缆包括绝缘线芯和包覆在所述绝缘线芯外部的护套层3，所述绝缘线芯包括导体1和包覆在所述导体表面的绝缘层2。
耐酸碱腐蚀护套材料的原料如下：
50千克氯化聚乙烯橡胶(氯含量为35％，门尼粘度为65)、5.0千克高活性氧化镁(活性以柠檬酸标示，具体值为12s。)、2.0千克环保钙锌稳定剂、2.5千克微晶蜡、9.0千克炭黑N330、50千克硫酸钡、3.0千克三氧化二锑、0.9千克BIPB、0.4千克PDM、0.75千克RD、9.0千克DOS。
耐酸碱腐蚀护套材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50千克氯化聚乙烯橡胶、9.0千克炭黑N330、50千克硫酸钡、3.0千克三氧化二锑、5.0千克高活性氧化镁、2.0千克环保钙锌稳定剂、2.5千克微晶蜡和9.0千克DOS加入到密炼机中，放下上顶栓，密炼温度控制在155℃，密炼3分钟，然后提起上顶栓，1分钟后再次放下上顶栓，密炼2分钟，提起上顶栓，打开下料门，将混合料卸出，转入开炼机薄通打卷，在室温下停放冷却8小时，得到混炼胶片；
(2)将130.5千克混炼胶片、0.9千克BIPB、0.4千克PDM和0.75千克RD投入密炼机中，放下上顶栓，密炼温度控制在110℃，密炼45秒，提起上顶栓，打开下料门，将混合料卸出，转入开炼机薄通打卷；
(3)将薄通后打成的胶卷投入辗页机，开启冷却水后，将切割后的胶片一次穿过八个冷却滚筒，再穿过隔离粉槽，最后制成宽度为20mm，厚度为0.5mm的胶片。
实施例2
一种红色耐化学腐蚀橡胶电缆的制备方法，包括以下步骤：
(1)导体采用268根直径为0.40mm细圆铜丝进行制备，采用40根*1股和38根*6股结构束绞，之后采用1+6结构进行排列复绞，每层股线和该层复绞绞向相同，最外层绞向为左向，相邻层绞向相反，绞合制成导体；
(2)在步骤(1)制成的导体外表面挤包绝缘层，绝缘层采用乙丙橡胶绝缘材料，绝缘层的标称厚度为1.4mm，挤包时硫化管道压力控制在1.1～1.5MPa之间，生产速度控制在30～34m/min之间；
(3)将步骤(2)制备得到的绝缘线芯进行绞合成缆，得到缆芯；
(4)在步骤(3)制成的缆芯外挤包护套层，护套层采用耐酸碱腐蚀护套材料制备，护套层的标称厚度为4.4mm，生产时硫化管道压力控制在1.1～1.5MPa之间，生产速度控制在6～10m/min之间。
耐酸碱腐蚀护套材料的原料如下：
50千克氯化聚乙烯橡胶(氯含量为35％，门尼粘度为60)、5.0千克高活性氧化镁(活性以柠檬酸标示，具体值为14s。)、2.0千克环保钙锌稳定剂、2.5千克微晶蜡、7.5千克纳米硅土、50千克硫酸钡、3.0千克三氧化二锑、0.75千克BIPB、0.25千克PDM、0.5千克RD、5.0千克DOS、2.0千克耐晒红。
耐酸碱腐蚀护套材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50千克氯化聚乙烯橡胶、5.0千克高活性氧化镁、2.0千克环保钙锌稳定剂、2.5千克微晶蜡、7.5千克纳米硅土、50千克硫酸钡、3.0千克三氧化二锑、2.0千克耐晒红和5.0千克DOS加入到密炼机中，放下上顶栓，密炼温度控制在150℃，密炼3分钟，然后提起上顶栓，1分钟后再次放下上顶栓，密炼2分钟，提起上顶栓，打开下料门，将混合料卸出，转入开炼机薄通打卷，在室温下停放冷却8小时，得到混炼胶片；
(2)将127.0千克混炼胶片、0.75千克BIPB、0.25千克PDM和0.5千克RD投入密炼机中，放下上顶栓，密炼温度控制在110℃，密炼45秒，提起上顶栓，打开下料门，将混合料卸出，转入开炼机薄通打卷；
(3)将薄通后打成的胶卷投入辗页机，开启冷却水后，将切割后的胶片一次穿过八个冷却滚筒，再穿过隔离粉槽，最后制成宽度为20mm，厚度为0.5mm的胶片。
对实施例1和实施例2制备得到的电缆(规格均为YCW 450/750V 4×35mm2)进行护套实验，进行护套性能试验所依据的标准为GB/T 5013-2008及JB/T 8735-2016。其护套性能试验结果见表1。
表1实施例1～2电缆护套性能实验结果
Figure BDA0003729960330000101
从表1可以看出，本发明制备得到的电缆护套经酸碱浸泡后，最大抗张强度变化率较低，且最小断裂伸长率处于较高水平，表明具有良好的耐酸碱腐蚀性能。同时，其机械性能、耐老化性能、耐油性能以及耐低温性能优良。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐酸碱腐蚀电缆护套材料，其特征在于，以质量份数计，制备原料包括以下组分：
Figure FDA0003729960320000011
所述高活性氧化镁用柠檬酸标示的活性为12～20s。
2.根据权利要求1所述的护套材料，其特征在于，所述环保稳定剂包括环保钙锌稳定剂。
3.根据权利要求1所述的护套材料，其特征在于，所述耐酸碱填充剂包括碳酸镁、氢氧化铝或硫酸钡。
4.权利要求1～3任一项所述护套材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氯化聚乙烯橡胶、高活性氧化镁、环保稳定剂、微晶蜡、耐酸碱填充剂、三氧化二锑、癸二酸二辛酯和颜填料进行第一混炼，得到混炼胶片；
将所述混炼胶片、双叔丁基过氧化二异丙苯、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺和2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体进行第二混炼，得到所述护套材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一混炼的温度为150～170℃，时间为6～10分钟。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二混炼的温度为110～120℃，时间为45～60秒。
7.一种耐酸碱腐蚀电缆，其特征在于，所述电缆包括绝缘线芯和包覆在所述绝缘线芯外部的护套层，所述绝缘线芯包括导体和包覆在所述导体表面的绝缘层，所述护套层由权利要求1～3任一项所述的护套材料或权利要求4～6任一项所述制备方法制备得到的护套材料制备得到。
8.根据权利要求7所述的电缆，其特征在于，所述导体为采用圆铜丝通过束绞和复绞制成的软结构导体，所述绝缘层的材料为乙丙橡胶。
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