CN115975315B - 一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，属于电缆技术领域，包括导体，在导体外包覆有绝缘层，在绝缘层外包覆有护套，为改善电力电缆的外护层的性能，制备了氟硅橡胶复合材料，该材料通过如下步骤制备：第一步、将氟橡胶加入开炼机塑炼10min，然后加入氢氧化钙、氧化镁、硫化剂混炼，得到混炼胶A；第二步、将甲基乙烯基硅橡胶、白炭黑、促进剂、过氧化二异丙苯、氧化锌和防老剂混合混炼，得到混炼胶B；第三步、将混炼胶A、混炼胶B和改性纤维混合均匀，硫化。该材料是以氟橡胶和甲基乙烯基硅橡胶为原料，提高单一氟橡胶材料的耐低温性能，通过氨基超支化聚酰胺对其进行处理，提高复合材料的相容性，减小磨耗。
Description
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆。
背景技术
在化工的生产环节中可能会在强酸强碱的环境中进行，普通的电线电缆无法耐受强酸强碱的环境，会导致使用寿命大大缩短，寿命缩短会导致更换频率的增加，提高了生产成本，也会间接性地影响化工企业的正常运转。现有技术中，电力电缆的外护层一般使用具有耐强酸强碱的氟橡胶，能够使用特定的使用环境，但随着工业化的发展，单一橡胶已不能满足实际需要，例如氟橡胶不仅具有耐酸耐碱的耐化学腐蚀性能，而且还具有耐油、耐老化等性能，但是氟橡胶耐磨性、耐低温性能差，也会影响其使用年限。
专利CN103232656A公开了一种高耐磨氟橡胶混炼胶及其制备方法，耐磨填料由陶瓷粉、石墨粉及二氧化硅组成，并通过添加耐磨填料提高材料的耐磨性，耐磨填料作为传统的无定形耐磨材料可以有效改善摩擦性能，但其对橡胶的补强和耐老化性能提高有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，以解决背景技术中的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，包括导体，在导体外包覆有绝缘层，在绝缘层外包覆有护套；护套采用氟硅橡胶复合材料制成；所述氟硅橡胶复合材料通过如下步骤制备：
第一步、按照重量份称取原料，将氟橡胶加入开炼机进行塑炼，辊温50℃，辊间距1mm，塑炼10mi n，然后调整辊间距4mm加入氢氧化钙、氧化镁、硫化剂，在50℃下混炼15min，得到混炼胶A；
第二步、将甲基乙烯基硅橡胶、白炭黑、促进剂、过氧化二异丙苯、氧化锌和防老剂混合，在50℃混炼10mi n，得到混炼胶B；
第三步、将混炼胶A、混炼胶B和改性纤维混合均匀，进行硫化，得到硅橡胶复合材料。
进一步地，改性纤维通过如下步骤制备：
将预处理碳纤维、碳化二亚胺和1-羟基苯并三唑和N,N-二甲基甲酰胺搅拌混合2h，搅拌结束后，加入氨基超支化聚酰胺，加完后在温度为20℃条件下搅拌反应16h，反应结束后经过过滤、水洗，40℃真空干燥，得到改性纤维。
进一步地，预处理碳纤维、碳化二亚胺、1-羟基苯并三唑、氨基超支化聚酰胺和N,N-二甲基甲酰胺的用量比为5g：0.5g：0.4g：50mL：4g。
进一步地，氨基超支化聚酰胺通过如下步骤制备：
将丁二酸酐和二乙烯三胺混合，在20℃真空混合，然后在100℃搅拌反应1h，设置升温速率为10℃/h，升温至130℃反应1h，然后设置温度为150℃反应2h，然后设置升温速率为15℃/h，升温至200℃反应2h，反应结束后，用甲醇溶解后，经丙酮沉淀得到氨基超支化聚酰胺。丁二酸酐和二乙烯三胺的质量比为1：1。
进一步地，预处理碳纤维通过如下步骤制备：
设置温度为110℃，将碳纤维加入浓硝酸中，加热回流处理4h，处理结束后用去离子水洗涤，洗涤结束后烘干得到预处理碳纤维。碳纤维经过浓硝酸氧化处理后，可以提高碳纤维的表面粗糙度，可以改善聚合物材料与碳纤维之间的机械嵌合作用。
进一步地，碳纤维的直径5～6μm，长度50～100μm；浓硝酸的质量分数为65％。
进一步地，按照重量份计，所述氟硅橡胶复合材料包括以下原料：
80-88份氟橡胶、12-20份甲基乙烯基硅橡胶、4-5份氢氧化钙、1-2份氧化镁、2.5-3份硫化剂、12-20份甲基乙烯基硅橡胶、2-3份白炭黑、0.1-0.12份促进剂、0.1-0.12份过氧化二异丙苯、0.3-0.4份氧化锌、0.5-0.6份防老剂、12-20份改性纤维。
进一步地，硫化条件为一段硫化：170℃×30mi n×10MPa；二段硫化：200℃×2h。
进一步地，所述硫化剂为N，N-二次肉桂基-1，6-己二胺；促进剂为2-巯基苯并噻唑。
进一步地，导体采用镀锡铜丝；绝缘层采用硅橡胶绝缘。
本发明的有益效果：
本发明中提供了一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，为改善电力电缆的外护层的性能，制备了氟硅橡胶复合材料，该材料是以氟橡胶和甲基乙烯基硅橡胶为原料，提高单一氟橡胶材料的耐低温性能，并针对高温、高速环境下易使纤维从基体中剥离的问题，通过氨基超支化聚酰胺对其进行处理，提高复合材料的相容性，减小磨耗。
针对常规耐磨材料的添加，对橡胶的补强和耐老化性能提高有限的问题，本发明中的氨基超支化聚酰胺接枝处理后的碳纤维不仅与橡胶基体的相容性更好，而且氨基超支化聚酰胺的超支化结构含有大量的空腔，能够包覆自由基，起到稳定自由基的效果，从而抑制材料的老化，稳定材料的性能。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，包括导体，在导体外包覆有绝缘层，在绝缘层外包覆有护套；导体采用镀锡铜丝；绝缘层采用硅橡胶绝缘；护套采用氟硅橡胶复合材料制成。氟橡胶(FKM,牌号FE2602-1,聚偏氟乙烯和全氟丙烯的共聚物)；甲基乙烯基硅橡胶(MVQ,乙烯基含量0.09％(wt),平均数均分子量5.8×106)。
实施例1
本实施例提供了一种改性纤维通过如下步骤制备：
将丁二酸酐和二乙烯三胺混合，在20℃真空混合，然后在100℃搅拌反应1h，设置升温速率为10℃/h，升温至130℃反应1h，然后设置温度为150℃反应2h，然后设置升温速率为15℃/h，升温至200℃反应2h，反应结束后，用甲醇溶解后，经丙酮沉淀得到氨基超支化聚酰胺。丁二酸酐和二乙烯三胺的质量比为1：1。
设置温度为110℃，将碳纤维加入质量分数为65％的浓硝酸中，加热回流处理4h，处理结束后用去离子水洗涤，洗涤结束后烘干得到预处理碳纤维。碳纤维的直径5～6μm，长度50～100μm。
将预处理碳纤维、碳化二亚胺和1-羟基苯并三唑和N,N-二甲基甲酰胺搅拌混合2h，搅拌结束后，加入氨基超支化聚酰胺，加完后在温度为20℃条件下搅拌反应16h，反应结束后经过过滤、水洗，40℃真空干燥，得到改性纤维。预处理碳纤维、碳化二亚胺、1-羟基苯并三唑、氨基超支化聚酰胺和N,N-二甲基甲酰胺的用量比为5g：0.5g：0.4g：50mL：4g。
实施例2
本实施例提供一种氟硅橡胶复合材料，通过如下步骤制备：
第一步、按照重量份称取原料，将80份氟橡胶加入开炼机进行塑炼，辊温50℃，辊间距1mm，塑炼10mi n，然后调整辊间距4mm加入4-5份氢氧化钙、1份氧化镁、2.5份N，N-二次肉桂基-1，6-己二胺，在50℃下混炼15mi n，得到混炼胶A；
第二步、将20份甲基乙烯基硅橡胶、2份白炭黑、0.1份2-巯基苯并噻唑、0.1份过氧化二异丙苯、0.3份氧化锌和0.5份防老剂混合，在50℃混炼10mi n，得到混炼胶B；
第三步、将混炼胶A、混炼胶B和实施例1制备的12份改性纤维混合均匀，进行硫化，硫化条件为一段硫化：170℃×30mi n×10MPa；二段硫化：200℃×2h；得到硅橡胶复合材料。
实施例3
本实施例提供一种氟硅橡胶复合材料，通过如下步骤制备：
第一步、按照重量份称取原料，将88份氟橡胶加入开炼机进行塑炼，辊温50℃，辊间距1mm，塑炼10mi n，然后调整辊间距4mm加入4-5份氢氧化钙、1份氧化镁、2.5份N，N-二次肉桂基-1，6-己二胺，在50℃下混炼15mi n，得到混炼胶A；
第二步、将12份甲基乙烯基硅橡胶、2份白炭黑、0.1份2-巯基苯并噻唑、0.1份过氧化二异丙苯、0.3份氧化锌和0.6份防老剂混合，在50℃混炼10mi n，得到混炼胶B；
第三步、将混炼胶A、混炼胶B和实施例1制备的12份改性纤维混合均匀，进行硫化，硫化条件为一段硫化：170℃×30mi n×10MPa；二段硫化：200℃×2h；得到硅橡胶复合材料。
实施例4
本实施例提供一种氟硅橡胶复合材料，通过如下步骤制备：
第一步、按照重量份称取原料，将88份氟橡胶加入开炼机进行塑炼，辊温50℃，辊间距1mm，塑炼10min，然后调整辊间距4mm加入5份氢氧化钙、2份氧化镁、3份N，N-二次肉桂基-1，6-己二胺，在50℃下混炼15min，得到混炼胶A；
第二步、将12份甲基乙烯基硅橡胶、3份白炭黑、0.12份2-巯基苯并噻唑、0.12份过氧化二异丙苯、0.4份氧化锌和0.6份防老剂混合，在50℃混炼10min，得到混炼胶B；
第三步、将混炼胶A、混炼胶B和实施例1制备的20份改性纤维混合均匀，进行硫化，硫化条件为一段硫化：170℃×30min×10MPa；二段硫化：200℃×2h；得到硅橡胶复合材料。
对比例1
本对比例与实施例4相比，将改性纤维换成碳纤维，经过硅烷偶联剂KH-550处理的碳纤维，其余原料及制备过程与实施例4保持相同。
对实施例2-实施例4和对比例1进行性能测试，首先将制备的样品分别浸泡在水中、0.5mol/L的盐酸溶液中、0.5mol/L的氢氧化钠溶液中，材料表面均无起泡、裂纹现象。
耐磨性测试：采用MZ-4061型磨耗试验机按GB/T1689-1998进行测试；
耐老化性能测试：采用GB/T3512-2001方法测定样品的热老化性能，包括拉伸强度变化和断裂伸长率变化。
测试结果如表1所示：
表1
| 项目 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 |
| 磨损量/cm3 | 0.15 | 0.14 | 0.12 | 0.25 |
| 拉伸强度变化率/％ | -3.5 | -3.3 | -3.2 | -4.6 |
| 断裂伸长率变化率/％ | -5.5 | -5.4 | -5.1 | -6.8 |
由表1可以看出，与对比例1相比实施例2-实施例4制备的护套材料具有良好的耐化学腐蚀性能，耐磨性好，对比例1选择常规的硅烷偶联剂处理碳纤维，其性能较差的原因可能是硅烷偶联剂在提高相容性的同时也降低了碳纤维与橡胶基体之间的相互作用，而经过氨基超支化聚酰胺处理的碳纤维增强了纤维与橡胶基体之间的缠绕，提高了护套材料的机械强度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，包括导体，在导体外包覆有绝缘层，在绝缘层外包覆有护套；其特征在于，护套采用氟硅橡胶复合材料制成；所述氟硅橡胶复合材料通过如下步骤制备：
第一步、将氟橡胶加入开炼机进行塑炼，辊温50℃，辊间距1mm，塑炼10min，然后调整辊间距4mm加入氢氧化钙、氧化镁、硫化剂，在50℃下混炼15min，得到混炼胶A；
第二步、将甲基乙烯基硅橡胶、白炭黑、促进剂、过氧化二异丙苯、氧化锌和防老剂混合，在50℃混炼10min，得到混炼胶B；
第三步、将混炼胶A、混炼胶B和改性纤维混合均匀，进行硫化，得到硅橡胶复合材料；
所述改性纤维通过如下步骤制备：
设置温度为110℃，将碳纤维加入浓硝酸中，加热回流处理4h，处理结束后用去离子水洗涤，洗涤结束后烘干得到预处理碳纤维；
将预处理碳纤维、碳化二亚胺和1-羟基苯并三唑和N,N-二甲基甲酰胺搅拌混合2h，搅拌结束后，加入氨基超支化聚酰胺，加完后在温度为20℃条件下搅拌反应16h，反应结束后经过过滤、水洗，40℃真空干燥，得到改性纤维；所述碳纤维的直径5～6μm，长度50～100μm；浓硝酸的质量分数为65％。
2.根据权利要求1所述的一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，其特征在于，按照重量份计，所述氟硅橡胶复合材料包括以下原料：
80-88份氟橡胶、12-20份甲基乙烯基硅橡胶、4-5份氢氧化钙、1-2份氧化镁、2.5-3份硫化剂、12-20份甲基乙烯基硅橡胶、2-3份白炭黑、0.1-0.12份促进剂、0.1-0.12份过氧化二异丙苯、0.3-0.4份氧化锌、0.5-0.6份防老剂、12-20份改性纤维。
3.根据权利要求1所述的一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，其特征在于，硫化条件为一段硫化：170℃×30min×10MPa；二段硫化：200℃×2h。
4.根据权利要求1所述的一种耐酸耐碱的耐磨损电力电缆，其特征在于，所述硫化剂为N，N-二次肉桂基-1，6-己二胺；促进剂为2-巯基苯并噻唑。
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