CN115181370A - 阻燃耐老化电缆材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种阻燃耐老化电缆材料及其制备工艺。一种阻燃耐老化电缆材料，包括以下重量份原料制成：包括25‑35份氯丁橡胶、35‑40份乙丙橡胶、3‑5份硫化剂、5‑12份阻燃剂、1‑3份抗紫外线剂、2‑8份气凝胶粉体、12‑20份聚乙烯醇和20‑30份无水乙醇。本申请的阻燃耐老化电缆具有优异的耐紫外线老化性能和耐热老化性能。本申请提供的阻燃耐老化电缆材料的制备方法工艺流程简单，便于批量生产。
Description
技术领域
本申请涉及电缆材料的技术领域，特别是涉及一种阻燃耐老化电缆材料及其制备工艺。
背景技术
电缆材料是一种应用于电线电缆绝缘及防护的高分子材料，主要分为橡胶、塑料、尼龙等多个种类。对于电缆材料的研发通常需要考虑到电缆的使用环境，尤其是在环境恶劣的地区，电缆铺设于室外受到阳光直射、高温低温以及腐蚀的影响。使得对于电缆材料的要求有别于日常用品使用的高分子材料，现有的电缆材料普遍具有较佳的阻燃性能，但是抗紫外线性能较差，在长时间的户外环境下，电缆材料的性能明显下降，极易发生开裂或脆化的情况，存在安全隐患。
因此，发明人认为亟需提供一种阻燃耐老化电缆材料及其制备工艺。
发明内容
基于此，提供一种阻燃耐老化电缆材料及其制备工艺，改善现有技术中电缆材料耐紫外线老化和耐热老化效果较差的问题。
一方面，一种燃耐老化电缆材料，包括以下重量份原料制成：包括25-35份氯丁橡胶、35-40份乙丙橡胶、3-5份硫化剂、5-12份阻燃剂、1-3份抗紫外线剂、2-8份气凝胶粉体、12-20份聚乙烯醇和20-30份无水乙醇。
进一步地，所述气凝胶粉体可采用二氧化硅气凝胶粉体或三氧化铝气凝胶粉体。优选地，所述气凝胶粉体为二氧化硅气凝胶粉体。
氯丁橡胶和乙丙橡胶掺杂时具有较佳的共容性，两者混溶后可一定程度提高橡胶的耐光性，提高橡胶的耐老化性能。聚乙烯醇加入氯丁橡胶和乙丙橡胶混溶后，聚乙烯醇的分子链与橡胶分子缠绕，能显著提高电缆材料的拉伸强度和断裂拉伸率，但是在氯丁橡胶和乙丙橡胶混溶的橡胶体系中加入过量的聚乙烯醇，会使得电缆材料的热稳定性下降，影响电缆材料的耐热老化性能。气凝胶粉体混溶于氯丁橡胶和乙丙橡胶混溶的橡胶体系后可明显提高橡胶体系的耐热性能，并且气凝胶粉末与聚乙烯醇可协同提高耐紫外线和耐热性能，耐老化性能相比于传统仅加入抗紫外线剂更好。
在其中一个实施例中，还包括1-5份氧化钇和3-10份硬脂酸。
氧化钇和气凝胶粉末一同加入氯丁橡胶和乙丙橡胶混溶的橡胶体系后，氧化钇可显著提升橡胶体系的耐热老化性能，并且氧化钇不经可吸收紫外线，还可反射紫外线，从而使橡胶体系具有较高的抗紫外线老化的性能。硬脂酸可促进氧化钇的分散，减少氧化钇微粒自身团聚的现象或者氧化钇微粒与气凝胶粉体团聚的现象，使氧化钇和气凝胶粉体在橡胶体系中能均匀混合。
在其中一个实施例中，包括以下重量份原料制成：包括29份氯丁橡胶、37份乙丙橡胶、3份硫化剂、7份阻燃剂、2份抗紫外线剂、7份气凝胶粉体、18份聚乙烯醇、3份氧化钇、5份硬脂酸和28份无水乙醇。
在其中一个实施例中，所述阻燃剂为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、聚磷酸哌嗪中的一种或多种的组合。
优选地，所述阻燃剂选用磷酸二氢铵。
在其中一个实施例中，所述抗紫外线剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮中的一种或多种的组合。
优选地，所述抗紫外线剂选用2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮。
在其中一个实施例中，所述硫化剂为氧化二异丙苯、双(叔-丁基过氧化)异丙苯、2，5二甲基2，5二(叔-丁基过氧化)已烷中的一种或多种。
优选地，所述硫化剂选用双(叔-丁基过氧化)异丙苯。
另一方面，提供了一种阻燃耐老化电缆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将气凝胶粉体加入无水乙醇中搅拌混匀制成混合溶液；
步骤二：向聚乙烯醇加入去离子水加热溶解后，缓慢加入所述混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物；
步骤三：将氯丁橡胶、乙丙橡胶和阻燃剂加入密炼机中，以130-150℃下混炼10-20min后，加入硫化剂、聚乙烯醇固化物和抗紫外线剂混炼1-5min，得混合胶；
步骤四：将混合胶送入挤出机中挤出造粒，得阻燃耐老化电缆材料。
在其中一个实施例中，包括以下步骤：
步骤一：将气凝胶粉体和硬脂酸加入无水乙醇中搅拌混匀后，加入氧化钇搅拌混匀，制成混合溶液；
步骤二：向聚乙烯醇加入去离子水加热溶解后，缓慢加入所述混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物；
步骤三：将氯丁橡胶、乙丙橡胶和阻燃剂加入密炼机中，以130-150℃下混炼10-20min后，加入硫化剂、聚乙烯醇固化物和抗紫外线剂混炼1-5min，得混合胶；
步骤四：将混合胶送入挤出机中挤出造粒，得阻燃耐老化电缆材料。
在其中一个实施例中，所述步骤二还包括将所述聚乙烯醇固化物粉碎至300-400目，得聚乙烯醇粉末；
所述步骤三为将氯丁橡胶、乙丙橡胶和阻燃剂加入密炼机中，以130-150℃下混炼10-20min后，加入硫化剂、聚乙烯醇粉末和抗紫外线剂混炼1-5min，得混合胶。
在其中一个实施例中，所述挤出机为双螺杆挤出机，输送段温度为105-110℃，压缩段温度为110-120℃，均化段115-125℃，机头温度125-130℃，螺杆转速为100-200r/min。
综上所述，本申请的阻燃耐老化电缆材料及其制备工艺具备以下效果：
1、本申请提供的阻燃耐老化电缆材料通过氯丁橡胶和乙丙橡胶的复合使用，提高的橡胶体系本身的耐光性，再通过聚乙烯醇的加入提升电缆材料的拉伸强度，并一定程度提高橡胶的耐热老化性能；而加入的气凝胶不经可明显提高电缆材料的耐热性，还复配抗紫外线剂，提高电缆材料的耐紫外线老化性能。
2、本申请提供的阻燃耐老化电缆材料的制备方法工艺流程简单，便于批量生产。并且可使得气凝胶粉体和氧化钇能较好的溶于橡胶体系中，使得制得的电缆材料不仅强度上不会有明显下降，还能提升电缆材料的耐老化性能。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例1
步骤一：将2份二氧化硅气凝胶粉体加入20份无水乙醇中以200r/min搅拌5min制成混合溶液备用；
步骤二：向12份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，缓慢加入步骤一中制得的混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至300目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤三：将25份氯丁橡胶、35份乙丙橡胶和5份磷酸二氢铵加入密炼机中，以130℃下混炼10min后，加入3份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤二制得的聚乙烯醇粉末和1份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼1min，得混合胶；
步骤四：将步骤三中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为105℃，压缩段温度为110℃，均化段115℃，机头温度125℃，螺杆转速为100r/min，得阻燃耐老化电缆材料。
实施例2
步骤一：将8份二氧化硅气凝胶粉体加入30份无水乙醇中以200r/min搅拌5min制成混合溶液备用；
步骤二：向20份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，缓慢加入步骤一中制得的混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至400目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤三：将35份氯丁橡胶、40份乙丙橡胶和12份磷酸二氢铵加入密炼机中，以150℃下混炼20min后，加入5份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤二制得的聚乙烯醇粉末和3份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼5min，得混合胶；
步骤四：将步骤三中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为110℃，压缩段温度为120℃，均化段125℃，机头温度130℃，螺杆转速为200r/min，得阻燃耐老化电缆材料。
实施例3
步骤一：将8份二氧化硅气凝胶粉体和3份硬脂酸加入30份无水乙醇中以200r/min搅拌5min后，加入1份氧化钇搅拌10min，制成混合溶液；
步骤二：向20份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，缓慢加入步骤一中制得的混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至400目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤三：将35份氯丁橡胶、40份乙丙橡胶和12份磷酸二氢铵加入密炼机中，以150℃下混炼20min后，加入5份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤二制得的聚乙烯醇粉末和3份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼5min，得混合胶；
步骤四：将步骤三中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为110℃，压缩段温度为120℃，均化段125℃，机头温度130℃，螺杆转速为200r/min，得阻燃耐老化电缆材料。
实施例4
步骤一：将8份二氧化硅气凝胶粉体和10份硬脂酸加入30份无水乙醇中以200r/min搅拌5min后，加入5份氧化钇搅拌10min，制成混合溶液；
步骤二：向20份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，缓慢加入步骤一中制得的混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至400目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤三：将35份氯丁橡胶、40份乙丙橡胶和12份磷酸二氢铵加入密炼机中，以150℃下混炼20min后，加入5份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤二制得的聚乙烯醇粉末和3份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼5min，得混合胶；
步骤四：将步骤三中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为110℃，压缩段温度为120℃，均化段125℃，机头温度130℃，螺杆转速为200r/min，得阻燃耐老化电缆材料。
实施例5
步骤一：将7份二氧化硅气凝胶粉体和5份硬脂酸加入28份无水乙醇中以200r/min搅拌5min后，加入3份氧化钇搅拌10min，制成混合溶液；
步骤二：向18份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，缓慢加入步骤一中制得的混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至400目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤三：将29份氯丁橡胶、37份乙丙橡胶和7份磷酸二氢铵加入密炼机中，以150℃下混炼20min后，加入3份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤二制得的聚乙烯醇粉末和2份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼5min，得混合胶；
步骤四：将步骤三中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为110℃，压缩段温度为120℃，均化段125℃，机头温度130℃，螺杆转速为200r/min，得阻燃耐老化电缆材料。
对比例1
步骤一：向12份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，加入无水乙醇，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至300目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤二：将25份氯丁橡胶、35份乙丙橡胶和5份磷酸二氢铵加入密炼机中，以130℃下混炼10min后，加入3份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤一制得的聚乙烯醇粉末和1份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼1min，得混合胶；
步骤三：将步骤二中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为105℃，压缩段温度为110℃，均化段115℃，机头温度125℃，螺杆转速为100r/min，得电缆材料。
对比例2
步骤一：将2份二氧化硅气凝胶粉体加入20份无水乙醇中以200r/min搅拌5min制成混合溶液备用；
步骤二：将25份氯丁橡胶、35份乙丙橡胶和5份磷酸二氢铵加入密炼机中，以130℃下混炼10min后，加入3份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤一制得的混合溶液和1份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼1min，得混合胶；
步骤三：将步骤二中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为105℃，压缩段温度为110℃，均化段115℃，机头温度125℃，螺杆转速为100r/min，得电缆材料。
对比例3
步骤一：向12份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，加入2份二氧化硅气凝胶粉体，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至300目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤二：将25份氯丁橡胶、35份乙丙橡胶和5份磷酸二氢铵加入密炼机中，以130℃下混炼10min后，加入3份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤一制得的聚乙烯醇粉末和1份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼1min，得混合胶；
步骤三：将步骤二中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为105℃，压缩段温度为110℃，均化段115℃，机头温度125℃，螺杆转速为100r/min，得电缆材料。
对比例4
步骤一：向18份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，加入7份二氧化硅气凝胶粉体、5份硬脂酸、28份无水乙醇和3份氧化钇，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至400目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤二：将29份氯丁橡胶、37份乙丙橡胶和7份磷酸二氢铵加入密炼机中，以150℃下混炼20min后，加入3份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤一制得的聚乙烯醇粉末和2份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼5min，得混合胶；
步骤三：将步骤二中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为110℃，压缩段温度为120℃，均化段125℃，机头温度130℃，螺杆转速为200r/min，得电缆材料。
对比例5
步骤一：将7份二氧化硅气凝胶粉体加入28份无水乙醇中以200r/min搅拌5min后，制成混合溶液；
步骤二：向18份聚乙烯醇加入聚乙烯醇自身3重量份的去离子水加热至95℃溶解后，缓慢加入步骤一中制得的混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物，将聚乙烯醇固化物粉碎至400目，得聚乙烯醇粉末备用；
步骤三：将29份氯丁橡胶、37份乙丙橡胶、5份硬脂酸、3份氧化钇和7份磷酸二氢铵加入密炼机中，以150℃下混炼20min后，加入3份双(叔-丁基过氧化)异丙苯和步骤二制得的聚乙烯醇粉末和2份2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮混炼5min，得混合胶；
步骤四：将步骤三中的混合胶送入双螺杆挤出机中挤出造粒，输送段温度为110℃，压缩段温度为120℃，均化段125℃，机头温度130℃，螺杆转速为200r/min，得电缆材料。
性能检测试验
以上实施例和对比例制备的电缆材料的性能测试方法如下：
拉伸强度、断裂伸长率、热老化后拉伸强度变化率和热老化后断裂伸长率变化率：按照《GB/T 2951-2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》进行测定。
紫外线老化后拉伸强度变化率和紫外线老化后断裂伸长率变化率：按照《GB/T16585-1996硫化橡胶人工气候老化(荧光紫外灯)试验方法》进行测定。
表1各实施例和对比例制得的电缆材料的性能测试结果
根据实施例1和对比例1-3，并结合表1可以得出，实施例1的制得的电缆材料各项性能均明显优于对比例1-3，对比例1相比实施例1并未加入气凝胶粉体，热老化后拉伸强度和断裂拉伸率明显下降，表明二氧化硅气凝胶可起到提高电缆材料耐热的效果；对比例2相比实施例1未加入聚乙烯醇，电缆材料的拉伸强度和断裂拉伸率明显下降；对比例3中二氧化硅气凝胶粉体直接加入聚乙烯醇中混合，使得二氧化硅气凝胶粉体与橡胶体系并没有较好的相融，一定程度上影响了电缆材料的各项性能。
根据实施例2和3，并结合表1可以得出，实施例3加入氧化钇和硬脂酸后，虽然拉伸强度有稍微下降，但是在紫外线老化试验和热老化试验后各项性能改变幅度较小，表明氧化钇加入后电缆材料的耐紫外线老化能力和耐热老化能力均得到明显的提高。
根据实施例3-5，并结合表1可以得出，实施例5采用了本申请的制备方法以及最优的组分配比，制得的电缆材料综合性能最优。
根据实施例5和对比例4-5，并结合表1可以得出，实施例5采用了本申请的制备方法，制得的电缆材料性能明显由于对比例4和对比例5。对比例4中改变了本申请制备方法中步骤一和步骤二，将二氧化硅气凝胶粉末和氧化钇引入材料中，但是制得的电缆材料各项性能均较差，二氧化硅气凝胶粉末和氧化钇在体系中容易团聚，使其不能均匀分散于橡胶材料中，明显影响了电缆材料的性能，虽然同样添加了氧化钇，但所起到的效果并不明显。对比例5直接将氧化钇和硬脂酸加入密炼机中，制得的电缆材料性能极差，氧化钇难以均匀的混溶，使得电缆材料的结构强度明显下降，难以起到抗老化的性能。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种阻燃耐老化电缆材料，其特征在于，包括以下重量份原料制成：包括25-35份氯丁橡胶、35-40份乙丙橡胶、3-5份硫化剂、5-12份阻燃剂、1-3份抗紫外线剂、2-8份气凝胶粉体、12-20份聚乙烯醇和20-30份无水乙醇。
2.根据权利要求1所述的阻燃耐老化电缆材料，其特征在于，还包括1-5份氧化钇和3-10份硬脂酸。
3.根据权利要求2所述的阻燃耐老化电缆材料，其特征在于，包括以下重量份原料制成：包括29份氯丁橡胶、37份乙丙橡胶、3份硫化剂、7份阻燃剂、2份抗紫外线剂、7份气凝胶粉体、18份聚乙烯醇、3份氧化钇、5份硬脂酸和28份无水乙醇。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的阻燃耐老化电缆材料，其特征在于，所述阻燃剂为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、聚磷酸哌嗪中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的阻燃耐老化电缆材料，其特征在于，所述抗紫外线剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的阻燃耐老化电缆材料，其特征在于，所述硫化剂为氧化二异丙苯、双(叔-丁基过氧化)异丙苯、2，5二甲基2，5二(叔-丁基过氧化)已烷中的一种或多种。
7.权利要求1-6中任意一项所述的阻燃耐老化电缆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将气凝胶粉体加入无水乙醇中搅拌混匀制成混合溶液；
步骤二：向聚乙烯醇加入去离子水加热溶解后，缓慢加入所述混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物；
步骤三：将氯丁橡胶、乙丙橡胶和阻燃剂加入密炼机中，以130-150℃下混炼10-20min后，加入硫化剂、聚乙烯醇固化物和抗紫外线剂混炼1-5min，得混合胶；
步骤四：将混合胶送入挤出机中挤出造粒，得阻燃耐老化电缆材料。
8.权利要求7所述的阻燃耐老化电缆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将气凝胶粉体和硬脂酸加入无水乙醇中搅拌混匀后，加入氧化钇搅拌混匀，制成混合溶液；
步骤二：向聚乙烯醇加入去离子水加热溶解后，缓慢加入所述混合溶液，并持续加热搅拌，直至固化干结，得聚乙烯醇固化物；
步骤三：将氯丁橡胶、乙丙橡胶和阻燃剂加入密炼机中，以130-150℃下混炼10-20min后，加入硫化剂、聚乙烯醇固化物和抗紫外线剂混炼1-5min，得混合胶；
步骤四：将混合胶送入挤出机中挤出造粒，得阻燃耐老化电缆材料。
9.权利要求8所述的阻燃耐老化电缆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二还包括将所述聚乙烯醇固化物粉碎至300-400目，得聚乙烯醇粉末；
所述步骤三为将氯丁橡胶、乙丙橡胶和阻燃剂加入密炼机中，以130-150℃下混炼10-20min后，加入硫化剂、聚乙烯醇粉末和抗紫外线剂混炼1-5min，得混合胶。
10.权利要求8或9所述的阻燃耐老化电缆材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机，输送段温度为105-110℃，压缩段温度为110-120℃，均化段115-125℃，机头温度125-130℃，螺杆转速为100-200r/min。
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