CN115160674A - 一种环保电缆绝缘材料的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电缆加工技术领域，具体涉及一种环保电缆绝缘材料的加工方法，一种环保电缆绝缘材料的加工方法，该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：S1：将聚乙烯、白炭黑、增塑剂、碳酸酯、稳定剂、偶联剂和碳纤维进行混炼，混炼完成之后将进行硫化，得到基料A；本发明通过在制备原料中的助剂替代现有技术中的粘合剂，降低了现有技术中酚醛树脂的制造成本，同时避免了电缆保护套中过量使用酚醛树脂粘合剂而导致污染较为严重的问题，且由此制备的绝缘保护套的机械性能有显著提高，显然其对于橡胶分子间的粘合力更强。
Description
技术领域
本发明属于电缆加工技术领域，具体涉及一种环保电缆绝缘材料的加工方法。
背景技术
电缆绝缘料和护套料俗称电缆料，包括橡胶、树脂、尼龙、数量等多个品种。电缆绝缘料的作用在于保护电缆导线，其具有较好的绝缘性能和机械性能，同时也具备一定的阻燃、耐热性能。
随着社会的进步、环保观念的重视程度加深，对电缆绝缘料的无卤无毒要求也越来越高，老式毒卤性质的电缆绝缘料逐渐被淘汰，环保型电缆绝缘料也逐渐被开发，但也存在一定问题，通过采用环保材料对老式电缆绝缘料内的毒性组分进行替换，会大幅度降低电缆绝缘料的使用性能，比如降低电缆的机械性能(拉伸强度和断裂伸长率)和绝缘性等，因此，在保证甚至提高电缆绝缘料使用性能的前提下，替换合适的环保型材料，是电缆绝缘料发展的重要方向。
发明内容
本发明的目的就在于为了提供一种环保电缆绝缘材料的加工方法，已解决背景技术中提出的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种环保电缆绝缘材料的加工方法，该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：
S1：将聚乙烯、白炭黑、增塑剂、碳酸酯、稳定剂、偶联剂和碳纤维进行混炼，混炼完成之后将进行硫化，得到基料A；
S2：将聚乙烯、玻璃纤维、防老剂、钛酸钾晶须、和助剂进行混炼，得到基料B；
S3：将得到的基料A、基料B均进行挤出造粒得到橡胶粒料，并将得到的橡胶粒料进行塑化造粒；
S4：将塑化好的粒料模压后经辐照交联后即得绝缘保护套。
作为本发明的进一步优化方案，所述S1中偶联剂由共混的腰果酚聚氧乙烯醚、硫化物的组分反应制备得到。
作为本发明的进一步优化方案，所述腰果酚聚氧乙烯醚选自羟基值为65-70的腰果酚聚氧乙烯醚；所述硫化物选自硫磺、双巯基化合物中的至少一种。
作为本发明的进一步优化方案，所述偶联剂的制备步骤包括：
S11：将腰果酚聚氧乙烯醚和硫化物分散均匀，得到混合物；
S12：将S11中得到的混合物加热反应，即得所述偶联剂。
作为本发明的进一步优化方案，所述助剂由木质素磺酸盐经羟甲基化反应得到。
作为本发明的进一步优化方案，所述助剂的制备步骤包括：
S21：磺酸钠、磺酸铵、磺酸钙为原料，进行超滤处理得高分子量基础料；
S22：将S21中得到的高分子量基础料与甲醛水溶液在45-95℃、PH值＝8-12的条件下反应0.5-2小时，得到木质素助剂；
S23：将S22中得到的木质素助剂加入到酚醛树脂粘合剂水溶液中，其中木质素助剂与酚醛树脂的质量比例为3-10:7，即得所述助剂。
作为本发明的进一步优化方案，所述增塑剂选自环氧乙酰蓖麻油酸甲酯、偏苯三酸三辛酯中的一种。
作为本发明的进一步优化方案，所述稳定剂选自三盐基硫酸铅和2—乙基乙酸铅中的一种。
作为本发明的进一步优化方案，所述防老剂选自防老剂D、防老剂4010NA、防老剂AW、防老剂RD、防老剂BLE中的一种。
作为本发明的进一步优化方案，所述辐照交联的具体步骤为：将塑化好的粒料模压后经过电子加速器辐照交联，制得低烟无卤阻燃辐照交联绝缘保护套，其中辐照剂量为25-30MRad。
本发明的有益效果在于：
1)本发明通过在制备原料中的助剂替代现有技术中的粘合剂，降低了现有技术中酚醛树脂的制造成本，同时避免了电缆保护套中过量使用酚醛树脂粘合剂而导致污染较为严重的问题，且由此制备的绝缘保护套的机械性能有显著提高，显然其对于橡胶分子间的粘合力更强；
2)本发明通过在基础原料中添加白炭黑和偶联剂，能大幅提高保护套材料的电性能和机械性能，这是由于本申请通过偶联剂长链中聚氧乙烯醚部分，易与白炭黑表面硅羟基形成氢键作用，氢键的存在，利于偶联剂分子在混炼过程中向白炭黑表面迁移，提高偶联剂与白炭黑表面作用的机率，进而提高偶联剂对白炭黑表面的改性效果，从而能够增加白炭黑表面的疏水性，提高与橡胶间亲和性从而提高白炭黑的分散，并且偶联剂含有的多硫键或者巯基官能团在橡胶硫化时可以与橡胶分子链形成化学结合，进一步提升填料与橡胶基体的界面结合作用，从而提高材料的机械性能；
3)本发明中钛酸钾晶须的加入能大幅提高该保护套材料的抗形变能力，这是由于钛酸钾晶须的加入能实现对高分子绝缘保护套的增强，提高了绝缘电缆保护套抵抗形变的能力，由于形变量小，从而体积电阻率(电性能)也有一定程度的提高；
4)本发明中通过在基料A添加白炭黑和偶联剂，并与基料B通过中橡胶造粒机机中得到良好的分散，在材料后期辐照交联过程中起到交联网格点的作用，从而使保护套材料具有更加完善的三维网状结构，提高材料的机械性能和耐油性能，使材料具有更高的长期使用温度，更长的使用寿命；依次使用造粒机、模压进行混炼、挤出、造粒，较传统加工方式其塑化效果及混炼均匀性均有明显提升，并可大幅度提高生产效率，提高保护套材料质量稳定性。
具体实施方式
下面对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种环保电缆绝缘材料的加工方法，该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：
S1：将聚乙烯、白炭黑、环氧乙酰蓖麻油酸甲酯、碳酸酯、三盐基硫酸铅、偶联剂和碳纤维等混合物加入至密炼机内进行混炼，混炼完成之后将混合物投入到硫化仪中将进行硫化，得到基料A；
S2：将聚乙烯、玻璃纤维、防老剂D、酚醛树脂、钛酸钾晶须和助剂加入至密炼机内进行混炼，得到基料B；
S3：将得到的基料A、基料B均置于橡胶造粒机中挤出造粒得到橡胶粒料，并将得到的橡胶粒料在挤出机中进行塑化造粒；
S4：将塑化好的粒料模压后经过电子加速器辐照交联，制得低烟无卤阻燃辐照交联绝缘保护套，其中辐照剂量为25MRad。
其中，偶联剂的制备步骤包括：
S11：将羟基值为65的腰果酚聚氧乙烯醚和硫磺分散均匀，得到混合物；
S12：将S11中得到的混合物加热反应，即得所述偶联剂。
助剂的制备步骤包括：
S21：磺酸钠、磺酸铵、磺酸钙为原料，进行超滤处理得高分子量基础料；
S22：将S21中得到的高分子量基础料与甲醛水溶液在45℃、PH值为8的条件下反应0.5小时，得到木质素助剂；
S23：将S22中得到的木质素助剂加入到酚醛树脂粘合剂水溶液中，其中木质素助剂与酚醛树脂的质量比例为3:7，即得所述助剂。
实施例2
一种环保电缆绝缘材料的加工方法，该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：
S1：将聚乙烯、白炭黑、偏苯三酸三辛酯、碳酸酯、2—乙基乙酸铅、偶联剂和碳纤维等混合物加入至密炼机内进行混炼，混炼完成之后将混合物投入到硫化仪中将进行硫化，得到基料A；
S2：将聚乙烯、玻璃纤维、防老剂4010NA、酚醛树脂、钛酸钾晶须和助剂加入至密炼机内进行混炼，得到基料B；
S3：将得到的基料A、基料B均置于橡胶造粒机中挤出造粒得到橡胶粒料，并将得到的橡胶粒料在挤出机中进行塑化造粒；
S4：将塑化好的粒料模压后经过电子加速器辐照交联，制得低烟无卤阻燃辐照交联绝缘保护套，其中辐照剂量为27MRad。
其中，偶联剂的制备同实施例1，区别在于：选用羟基值为70的腰果酚聚氧乙烯醚。
助剂的制备步骤同实施例1，区别在于：S23中助剂与酚醛的质量比例为5:7。
实施例3
一种环保电缆绝缘材料的加工方法，该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：
S1：将聚乙烯、白炭黑、偏苯三酸三辛酯、碳酸酯、2—乙基乙酸铅、偶联剂和碳纤维等混合物加入至密炼机内进行混炼，混炼完成之后将混合物投入到硫化仪中将进行硫化，得到基料A；
S2：将聚乙烯、玻璃纤维、防老剂AW、酚醛树脂、钛酸钾晶须和助剂加入至密炼机内进行混炼，得到基料B；
S3：将得到的基料A、基料B均置于橡胶造粒机中挤出造粒得到橡胶粒料，并将得到的橡胶粒料在挤出机中进行塑化造粒；
S4：将塑化好的粒料模压后经过电子加速器辐照交联，制得低烟无卤阻燃辐照交联绝缘保护套，其中辐照剂量为30MRad。
其中，偶联剂的制备同实施例1，区别在于：选用羟基值为70的腰果酚聚氧乙烯醚。
助剂的制备步骤同实施例1，区别在于：S23中木质素助剂与酚醛树脂的质量比例为10:7。
对比例1
一种环保电缆绝缘材料的加工方法，该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：
S1：将聚乙烯、白炭黑、环氧乙酰蓖麻油酸甲酯、碳酸酯、三盐基硫酸铅、偶联剂和碳纤维等混合物加入至密炼机内进行混炼，混炼完成之后将混合物投入到硫化仪中将进行硫化，得到基料A；
S2：将聚乙烯、玻璃纤维、防老剂D、酚醛树脂、钛酸钾晶须和助剂加入至密炼机内进行混炼，得到基料B；
S3：将得到的基料A、基料B均置于橡胶造粒机中挤出造粒得到橡胶粒料，并将得到的橡胶粒料在挤出机中进行塑化造粒；
S4：将塑化好的粒料模压后经过电子加速器辐照交联，制得低烟无卤阻燃辐照交联绝缘保护套，其中辐照剂量为25MRad。
其中，偶联剂的制备步骤包括：
S11：将羟基值为65的腰果酚聚氧乙烯醚和硫磺分散均匀，得到混合物；
S12：将S11中得到的混合物加热反应，即得所述偶联剂。
其中，助剂选用常规酚醛树脂粘合剂。
对比例2
一种环保电缆绝缘材料的加工方法，该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：
S1：将聚乙烯、白炭黑、偏苯三酸三辛酯、碳酸酯、2—乙基乙酸铅、和碳纤维等混合物加入至密炼机内进行混炼，混炼完成之后将混合物投入到硫化仪中将进行硫化，得到基料A；
S2：将聚乙烯、玻璃纤维、防老剂4010NA、酚醛树脂、钛酸钾晶须和助剂加入至密炼机内进行混炼，得到基料B；
S3：将得到的基料A、基料B均置于橡胶造粒机中挤出造粒得到橡胶粒料，并将得到的橡胶粒料在挤出机中进行塑化造粒；
S4：将塑化好的粒料模压后经过电子加速器辐照交联，制得低烟无卤阻燃辐照交联绝缘保护套，其中辐照剂量为27MRad。
助剂的制备步骤同实施例1，区别在于：S23中助剂与酚醛的质量比例为5:7。
对比例3
一种环保电缆绝缘材料的加工方法，该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：
S1：将聚乙烯、白炭黑、偏苯三酸三辛酯、碳酸酯、2—乙基乙酸铅、偶联剂和碳纤维等混合物加入至密炼机内进行混炼，混炼完成之后将混合物投入到硫化仪中将进行硫化，得到基料A；
S2：将聚乙烯、玻璃纤维、防老剂AW、酚醛树脂和助剂加入至密炼机内进行混炼，得到基料B；
S3：将得到的基料A、基料B均置于橡胶造粒机中挤出造粒得到橡胶粒料，并将得到的橡胶粒料在挤出机中进行塑化造粒；
S4：将塑化好的粒料模压后经过电子加速器辐照交联，制得低烟无卤阻燃辐照交联绝缘保护套，其中辐照剂量为30MRad。
其中，偶联剂的制备同实施例1，区别在于：选用羟基值为70的腰果酚聚氧乙烯醚。
助剂的制备步骤同实施例1，区别在于：S23中木质素助剂与酚醛树脂的质量比例为10:7。
使用常规方法检测实施例1-3以及对比例1-3制备的电缆绝缘材料的性能如下表所示：
1、验证机械性能(拉伸强度和断裂伸长率)试验
取实施例1-3以及对比例1-3制备的电缆绝缘材料的成品进行试验，在万能电子试验机中，表征聚合物的力学性能，测试标准符合GB/T1040.2-2006，拉伸速度为50mm/min，拉力为30KN；
2、电性能(体积电阻率)试验
取实施例1-3以及对比例1-3制备的电缆绝缘材料的成品用以进行试验，按GB/T1410-1989规定进行测试，试样大小为400mm×400mm，表面电阻测试采用绝缘基材，体积电阻测试采用导电良好的金属基材；
3、低温断裂伸长率试验
取实施例1-3以及对比例1-3制备的电缆绝缘材料的成品用以进行试验，参考标准EN60811-505进行测试，在万能电子试验机中，表征聚合物的力学性能，拉伸速度为50mm/min，拉力为50KN，温度控制在-55±2℃。
从上表数据实施例1和对比例1的数据可以看出，本申请通过在绝缘保护套的制备原来中添加助剂替代现有技术中电缆生产原料中的酚醛树脂粘合剂，且在助剂的制备过程中使木质素助剂替代部分酚醛树脂的量，使得得到的粘合剂(助剂)醛含量更低，在降低粘合剂生产成本的同时，绝缘保护套的机械性能有显著提高，显然其对于橡胶分子间的粘合力更强，同时还可大大提高粘合剂的的环保性能；
从实施例2和对比例2的数据可以看出，由于在基础原料中添加白炭黑和偶联剂，能大幅提高保护套材料的电性能和机械性能，这是由于本申请通过偶联剂长链中聚氧乙烯醚部分，易与白炭黑表面硅羟基形成氢键作用，氢键的存在，利于偶联剂分子在混炼过程中向白炭黑表面迁移，提高偶联剂与白炭黑表面作用的机率，进而提高偶联剂对白炭黑表面的改性效果，从而能够增加白炭黑表面的疏水性，提高与橡胶间亲和性从而提高白炭黑的分散，并且偶联剂含有的多硫键或者巯基官能团在橡胶硫化时可以与橡胶分子链形成化学结合，进一步提升填料与橡胶基体的界面结合作用，从而提高材料的机械性能；
从实施例3和对比例3的试验数据可以看出，钛酸钾晶须的加入能大幅提高该保护套材料的抗形变能力，这是由于钛酸钾晶须的加入能实现对高分子绝缘保护套的增强，提高了绝缘电缆保护套抵抗形变的能力，由于形变量小，从而体积电阻率(电性能)也有一定程度的提高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：该绝缘材料包括外层绝缘保护套，所述绝缘保护套由基料A、基料B辐射交联制成，具体步骤包括：
S1：将聚乙烯、白炭黑、增塑剂、碳酸酯、稳定剂、偶联剂和碳纤维进行混炼，混炼完成之后将进行硫化，得到基料A；
S2：将聚乙烯、玻璃纤维、防老剂、钛酸钾晶须、和助剂进行混炼，得到基料B；
S3：将得到的基料A、基料B均进行挤出造粒得到橡胶粒料，并将得到的橡胶粒料进行塑化造粒；
S4：将塑化好的粒料模压后经辐照交联后即得绝缘保护套。
2.根据权利要求1所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述S1中偶联剂由共混的腰果酚聚氧乙烯醚、硫化物的组分反应制备得到。
3.根据权利要求2所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述腰果酚聚氧乙烯醚选自羟基值为65-70的腰果酚聚氧乙烯醚；所述硫化物选自硫磺、双巯基化合物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述偶联剂的制备步骤包括：
S11：将腰果酚聚氧乙烯醚和硫化物分散均匀，得到混合物；
S12：将S11中得到的混合物加热反应，即得所述偶联剂。
5.根据权利要求1所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述助剂由木质素磺酸盐经羟甲基化反应得到。
6.根据权利要求5所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述助剂的制备步骤包括：
S21：磺酸钠、磺酸铵、磺酸钙为原料，进行超滤处理得高分子量基础料；
S22：将S21中得到的高分子量基础料与甲醛水溶液在45-95℃、PH值＝8-12的条件下反应0.5-2小时，得到木质素助剂；
S23：将S22中得到的木质素助剂加入到酚醛树脂粘合剂水溶液中，其中木质素助剂与酚醛树脂的质量比例为3-10:7，即得所述助剂。
7.根据权利要求1所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述增塑剂选自环氧乙酰蓖麻油酸甲酯、偏苯三酸三辛酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述稳定剂选自三盐基硫酸铅和2—乙基乙酸铅中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述防老剂选自防老剂D、防老剂4010NA、防老剂AW、防老剂RD、防老剂BLE中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种环保电缆绝缘材料的加工方法，其特征在于：所述辐照交联的具体步骤为：将塑化好的粒料模压后经过电子加速器辐照交联，制得低烟无卤阻燃辐照交联绝缘保护套，其中辐照剂量为25-30MRad。
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