CN115260640B - 一种耐高温电缆绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆绝缘材料技术领域，提出了一种耐高温电缆绝缘材料及其制备方法。所述的一种耐高温电缆绝缘材料，包括以下重量份数的组分A和组分B，组分A：低密度聚乙烯60~90份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物10~20份、苯撑硅橡胶10~20份、碳纳米管2~8份、钛酸钾晶须3~10份、二氧化硅微球5~10份、相容剂1~2份、阻燃剂140~160份、抗氧剂1.5~2.5份，组分B：低密度聚乙烯20~30份、硫化剂0.2~0.4份。通过上述技术方案，解决了现有技术中电缆材料阻燃性差、耐高温性能和力学性能差的问题。

Description

一种耐高温电缆绝缘材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆绝缘材料技术领域，具体的，涉及一种耐高温电缆绝缘材料及其制备方法。

背景技术

随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大，对电线电缆的需求也迅速增长，未来电线电缆业还有巨大的发展潜力。从某种意义上讲，电线电缆制造行业是一个材料精加工和组装的行业。一是材料用量巨大，线缆产品中的材料费用要占制造总成本的80~90%；二是所用材料的类别、品种非常多，性能要求特别高；三是材料的选用会对制造工艺、产品的性能以及使用寿命起到决定性的作用。

线缆产品用材料按其使用部位与功能，可以分成导电材料、绝缘材料、护层材料、屏蔽材料、填充材料等。但有些材料在结构件中是可以通用的，尤其是热塑性材料，如聚氯乙烯、聚乙烯等只要改变部分配方成分就可用在绝缘或护套上。

随着社会经济的发展，信息技术的突飞猛进，电缆被广泛应用于不同的领域，比如微波炉、空调、配电房等，需要使用电缆的场所开始变得多样化，对电缆材料各方面的性能要求也变得更加严格，比如绝缘性、拉伸强度、阻燃性等指标，大多数传统的电缆材料存在阻燃性差、高温易变性、力学性能差等问题，存在安全隐患，因此提高电缆材料的各方面性能，是社会发展的迫切需求。

发明内容

本发明提出一种耐高温电缆绝缘材料及其制备方法，解决了相关技术中电缆材料阻燃性差、耐高温性能和力学性能差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种耐高温电缆绝缘材料，包括以下重量份数的组分A和组分B，组分A：低密度聚乙烯60~90份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10~20份、苯撑硅橡胶10~20份、碳纳米管2~8份、钛酸钾晶须3~10份、二氧化硅微球5~10份、相容剂1~2份、阻燃剂140~160份、抗氧剂1.5~2.5份，组分B：低密度聚乙烯20~30份、硫化剂0.2~0.4份。

作为进一步的技术方案，所述的相容剂包括HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH，所述HDPE-g-MAH为马来酸酐接枝高密度聚乙烯，EVA-g-MAH为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物。

作为进一步的技术方案，所述HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH的质量比为5:1。

作为进一步的技术方案，所述的阻燃剂包括亚乙基双磷酸四乙酯和六苯氧环三磷腈。

作为进一步的技术方案，所述亚乙基双磷酸四乙酯和六苯氧环三磷腈的质量比为1:0.5~2。

作为进一步的技术方案，所述的抗氧剂为抗氧剂2246。

作为进一步的技术方案，所述的硫化剂包括二硫化四甲基秋兰姆和2-巯基苯并噻唑锌盐。

作为进一步的技术方案，所述二硫化四甲基秋兰姆和2-巯基苯并噻唑锌盐的质量比为1:1。

作为进一步的技术方案，所述的碳纳米管是外径50nm，长度10~30μm的多壁碳纳米管，钛酸钾晶须是直径3~5μm，长度10~30μm的高强度钛酸钾晶须，二氧化硅微球的粒径为1~5μm。

本发明还提出了一种耐高温电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按组分A所述重量份数的原料备料；

S2、将低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶，置于单螺杆挤出机中共混，得到基础树脂；

S3、向S2得到的基础树脂中加入碳纳米管、钛酸钾晶须、二氧化硅微球、相容剂、阻燃剂、抗氧剂，混合均匀后，挤出，造粒，得到组分A；

S4、按组分B所述重量份数的原料备料；

S5、将低密度聚乙烯、硫化剂混合均匀后，挤出，造粒，得到组分B;

S6、将组分A与组分B混合，即得耐高温电缆绝缘材料。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明以低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶作为基材，HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH作为相容剂，二硫化四甲基秋兰姆和2-巯基苯并噻唑锌盐作为硫化剂，制备的电缆绝缘材料具有良好的稳定性、耐高温性能和力学性能。

2、本发明通过亚乙基双磷酸四乙酯和六苯氧环三磷腈混合使用，作为体系的阻燃剂，发现二者同时使用，具有一定的协同效果，使其制备出的耐高温电缆绝缘材料具有优异的阻燃性能。

3、本发明在体系中添加碳纳米管、钛酸钾晶须和二氧化硅微球，通过二氧化硅微球提供定点，促进碳纳米管和钛酸钾晶须在体系中均匀分布，有序排列，形成纤维网络，抑制分子的热振动，从而提高电缆绝缘材料的耐高温性能，同时提高材料的力学性能。另一方面碳纳米管对阻燃剂有吸收作用，可以促进阻燃剂在体系中均匀分布，还可以防止阻燃剂在体系中迁出，从而改善电缆绝缘材料的阻燃性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

以下实施例1~6和对比例1~3中碳纳米管购自苏州碳丰石墨烯科技有限公司，产品编号是HQNANO-CNTs-010，钛酸钾晶须是直径3~5μm，长度10~30μm的高强度钛酸钾晶须，购自南通奥新电子科技有限公司，二氧化硅微球购自天津赛尔群科技有限公司。

实施例1

S1、备料：低密度聚乙烯60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、苯撑硅橡胶10份、碳纳米管2份、钛酸钾晶须3份、粒径为1μm的二氧化硅微球5份、相容剂1份、阻燃剂140份、抗氧剂2246 1.5份，所述阻燃剂由质量比为1:0.5的亚乙基双磷酸四乙酯和六苯氧环三磷腈组成，所述相容剂由质量比为5:1的HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH组成；

S2、将S1中低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶，置于单螺杆挤出机中共混，得到基础树脂；

S3、向S2得到的基础树脂中加入S1中的碳纳米管、钛酸钾晶须、二氧化硅微球、相容剂、阻燃剂、抗氧剂，1000r/min搅拌3min，混合均匀后，升温，在230℃下挤出，造粒，得到组分A；

S4、备料：低密度聚乙烯20份、二硫化四甲基秋兰姆0.1份、2-巯基苯并噻唑锌盐0.1份；

S5、将S4中的低密度聚乙烯、二硫化四甲基秋兰姆、2-巯基苯并噻唑锌盐混合均匀后，在170℃单螺杆挤出机中挤出，造粒，得到组分B；

S6、将组分A与组分B混合，即得耐高温电缆绝缘材料。

实施例2

S1、备料：低密度聚乙烯65份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、苯撑硅橡胶15份、碳纳米管4份、钛酸钾晶须5份、粒径为3μm的二氧化硅微球7份、相容剂1份、阻燃剂150份、抗氧剂2246 2份，所述阻燃剂由质量比为1:1的亚乙基双磷酸四乙酯和六苯氧环三磷腈组成，所述相容剂由质量比为5:1的HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH组成；

S2、将S1中的低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶，置于单螺杆挤出机中共混，得到基础树脂；

S3、向S2得到的基础树脂中加入S1中的碳纳米管、钛酸钾晶须、二氧化硅微球、相容剂、阻燃剂、抗氧剂，1000r/min搅拌3min，混合均匀后，升温，在230℃下挤出，造粒，得到组分A；

S4、备料：低密度聚乙烯25份、二硫化四甲基秋兰姆0.15份、2-巯基苯并噻唑锌盐0.15份；

S5、将S4中的低密度聚乙烯、二硫化四甲基秋兰姆、2-巯基苯并噻唑锌盐混合均匀后，在170℃单螺杆挤出机中挤出，造粒，得到组分B；

S6、将组分A与组分B混合，即得耐高温电缆绝缘材料。

实施例3

S1、备料：低密度聚乙烯70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物17份、苯撑硅橡胶18份、碳纳米管6份、钛酸钾晶须8份、粒径为5μm的二氧化硅微球8份、相容剂2份、阻燃剂155份、抗氧剂2246 2.3份，所述阻燃剂由质量比为1:1.5的亚乙基双磷酸四乙酯和六苯氧环三磷腈组成，所述相容剂由质量比为5:1的HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH组成；

S2、将S1中的低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶，置于单螺杆挤出机中共混，得到基础树脂；

S3、向S2得到的基础树脂中加入S1中的碳纳米管、钛酸钾晶须、二氧化硅微球、相容剂、阻燃剂、抗氧剂，1000r/min搅拌3min，混合均匀后，升温，在230℃下挤出，造粒，得到组分A；

S4、备料：低密度聚乙烯30份、二硫化四甲基秋兰姆0.15份、2-巯基苯并噻唑锌盐0.15份；

S5、将S4中的低密度聚乙烯、二硫化四甲基秋兰姆、2-巯基苯并噻唑锌盐混合均匀后，在170℃单螺杆挤出机中挤出，造粒，得到组分B；

S6、将组分A与组分B混合，即得耐高温电缆绝缘材料。

实施例4

S1、备料：低密度聚乙烯90份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、苯撑硅橡胶20份、碳纳米管8份、钛酸钾晶须10份、粒径为2μm的二氧化硅微球10份、相容剂2份、阻燃剂160份、抗氧剂2246 2.5份，所述阻燃剂由质量比为1:2的亚乙基双磷酸四乙酯和六苯氧环三磷腈组成，所述相容剂由质量比为5:1的HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH组成；

S2、将S1中的低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶，置于单螺杆挤出机中共混，得到基础树脂；

S3、向S2得到的基础树脂中加入S1中的碳纳米管、钛酸钾晶须、二氧化硅微球、相容剂、阻燃剂、抗氧剂，1000r/min搅拌3min，混合均匀后，升温，在230℃下挤出，造粒，得到组分A；

S4、备料：低密度聚乙烯20份、二硫化四甲基秋兰姆0.2份、2-巯基苯并噻唑锌盐0.2份；

S5、将S4中的低密度聚乙烯、二硫化四甲基秋兰姆、2-巯基苯并噻唑锌盐混合均匀后，在170℃单螺杆挤出机中挤出，造粒，得到组分B；

S6、将组分A与组分B混合，即得耐高温电缆绝缘材料。

实施例5

S1、备料：低密度聚乙烯65份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、苯撑硅橡胶15份、碳纳米管4份、钛酸钾晶须5份、粒径为3μm的二氧化硅微球7份、相容剂1份、六苯氧环三磷腈150份、抗氧剂2246 2份，所述相容剂由质量比为5:1的HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH组成；

S2、将S1中的低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶，置于单螺杆挤出机中共混，得到基础树脂；

S3、向S2得到的基础树脂中加入S1中的碳纳米管、钛酸钾晶须、二氧化硅微球、相容剂、六苯氧环三磷腈、抗氧剂，1000r/min搅拌3min，混合均匀后，升温，在230℃下挤出，造粒，得到组分A；

S4、备料：低密度聚乙烯25份、二硫化四甲基秋兰姆0.15份、2-巯基苯并噻唑锌盐0.15份；

S5、将S4中的低密度聚乙烯、二硫化四甲基秋兰姆、2-巯基苯并噻唑锌盐混合均匀后，在170℃单螺杆挤出机中挤出，造粒，得到组分B；

S6、将组分A与组分B混合，即得耐高温电缆绝缘材料。

实施例6

S1、备料：低密度聚乙烯65份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、苯撑硅橡胶15份、碳纳米管4份、钛酸钾晶须5份、粒径为3μm的二氧化硅微球7份、相容剂1份、亚乙基双磷酸四乙酯150份、抗氧剂2246 2份，所述相容剂由质量比为5:1的HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH组成；

S2、将S1中的低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶，置于单螺杆挤出机中共混，得到基础树脂；

S3、向S2得到的基础树脂中加入S1中的碳纳米管、钛酸钾晶须、二氧化硅微球、相容剂、亚乙基双磷酸四乙酯、抗氧剂，1000r/min搅拌3min，混合均匀后，升温，在230℃下挤出，造粒，得到组分A；

S4、备料：低密度聚乙烯25份、二硫化四甲基秋兰姆0.15份、2-巯基苯并噻唑锌盐0.15份；

S5、将S4中的低密度聚乙烯、二硫化四甲基秋兰姆、2-巯基苯并噻唑锌盐混合均匀后，在170℃单螺杆挤出机中挤出，造粒，得到组分B；

S6、将组分A与组分B混合，即得耐高温电缆绝缘材料。

对比例1

与实施例2的区别仅在于将苯撑硅橡胶替换为等量的甲基乙烯基硅橡胶。

对比例2

与实施例2的区别仅在于不添加阻燃剂。

对比例3

与实施例2的区别仅在于不添加二氧化硅微球。

将实施例1~6和对比例1~3得到的耐高温电缆绝缘材料加入到挤出成型机中进行成型、定径、牵引、切割后，得到护套管。

测试标准：按照GB/T 2951.11-2008的标准测试实施例1~6和对比例1~3所得的护套的拉伸强度和断裂伸长率；按照GB/T 2406.1-2008的标准测试实施例1~6和对比例1~3所得的护套的氧指数；其结果如表1所示。

热老化试验：参考GB/T 2951.12-2008的标准，将实施例1~6和对比例1~3所得的护套置于120℃下30天。

表1 力学性能、阻燃性能和耐高温性能测试结果

由表1可以看出，实施例1~6制备的电缆绝缘材料具有良好的力学性能、阻燃性能和耐高温性能；实施例1~4制备出的电缆绝缘材料具有优异的拉伸强度和断裂伸长率，同时具有良好的阻燃性能，在经历120℃ 30d的热老化试验后，拉伸强度保持率在99.2%以上，断裂伸长保持率在97.3%以上。因此，实施例1~4制备出的电缆绝缘材料具有优良的耐高温性能。然而，由于实施例5~6使用的单一组分的阻燃剂，导致制备的电缆绝缘材料的阻燃性能略低于实施例2。

对比例1将苯撑硅橡胶替换为等量的甲基乙烯基硅橡胶，制备的电缆绝缘材料的拉伸强度和断裂伸长率略低于实施例2，在经过120℃ 30d的热老化试验后，拉伸强度保持率为97.9%，断裂伸长保持率为96.3%，低于实施例2。

对比例2中不添加阻燃剂，氧指数很低，制备得到的电缆绝缘材料的阻燃性能显著低于实施例2。将实施例5~6、对比例2制备的电缆绝缘材料的氧指数与实施例2的氧指数对比后，发现六苯氧环三磷腈和亚乙基双磷酸四乙酯混合使用，二者间存在协同效果，提高了电缆绝缘材料的阻燃性能。

对比例3在原料中不添加二氧化硅微球，导致制备的电缆绝缘材料的阻燃性、拉伸强度和断裂伸长率均低于实施例，且在经历120℃ 30d的热老化试验后，拉伸强度保持率为98.3%，断裂伸长保持率为96.6%，电缆绝缘材料的耐高温性能也低于实施例2。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐高温电缆绝缘材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分A和组分B，组分A：低密度聚乙烯60~90份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10~20份、苯撑硅橡胶10~20份、碳纳米管2~8份、钛酸钾晶须3~10份、二氧化硅微球5~10份、相容剂1~2份、阻燃剂140~160份、抗氧剂1.5~2.5份，组分B：低密度聚乙烯20~30份、硫化剂0.2~0.4份；

所述的阻燃剂包括亚乙基双磷酸四乙酯和六苯氧环三磷腈，质量比为1:0.5~2。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温电缆绝缘材料，其特征在于，所述的相容剂包括HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH。

3.根据权利要求2所述的一种耐高温电缆绝缘材料，其特征在于，所述HDPE-g-MAH和EVA-g-MAH的质量比为5:1。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温电缆绝缘材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂2246。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温电缆绝缘材料，其特征在于，所述的硫化剂包括二硫化四甲基秋兰姆和2-巯基苯并噻唑锌盐。

6.根据权利要求5所述的一种耐高温电缆绝缘材料，其特征在于，所述二硫化四甲基秋兰姆和2-巯基苯并噻唑锌盐的质量比为1:1。

7.根据权利要求1所述的一种耐高温电缆绝缘材料，其特征在于，所述的碳纳米管是外径50nm，长度10~30μm的多壁碳纳米管，钛酸钾晶须是直径3~5μm，长度10~30μm的高强度钛酸钾晶须，二氧化硅微球的粒径为1~5μm。

8.根据权利要求1所述的一种耐高温电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按组分A所述重量份数的原料备料；

S2、将低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯撑硅橡胶，置于单螺杆挤出机中共混，得到基础树脂；

S3、向S2得到的基础树脂中加入碳纳米管、钛酸钾晶须、二氧化硅微球、相容剂、阻燃剂、抗氧剂，混合均匀后，挤出，造粒，得到组分A；

S4、按组分B所述重量份数的原料备料；

S5、将低密度聚乙烯、硫化剂混合均匀后，挤出，造粒，得到组分B;

S6、将组分A与组分B混合，即得耐高温电缆绝缘材料。