CN116003889B - 一种耐热、耐油弹性电缆线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆技术领域，提出了一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，所述护套层由护套材料制得，所述护套材料包括以下质量份数的组分：环氧化天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、硫化剂3~5份、硫化促进剂2~4份、2‑[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌6~12份、润滑剂3~5份、阻燃剂25~45份、补强剂30~50份。通过上述技术方案，解决了现有技术中的纳米氧化锌提高复合材料耐热性时会导致复合材料力学强度下降问题。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体的，涉及一种耐热、耐油弹性电缆线。
背景技术
一般的电线电缆是以塑料和橡胶为绝缘护套，这些材料都是常规工程材料，具有丰富的来源，能够满足大规模生产，而且成本相对较低。但对于一些特殊行业如石油化工、钢铁、食品等与热、油有关的行业，需要耐高温、耐油的电线电缆，普通的电线电缆显然不能使用，尤其是高温环境下，只有耐热的电线电缆才能保证其电力和信号的安全运行。
天然橡胶（NR）是人类使用最早的橡胶品种，来源广泛，价格经济实惠，其主要成分为顺1,4-聚异戊二烯，属于非极性橡胶。NR是一种自补强性橡胶且具有优良的耐油性、绝缘性、回弹性，其应用十分广泛，但是由于NR的主链上有一个侧甲基，容易发生重排，而且主链上含有双键，容易断裂，因此耐热性差。
环氧化天然橡胶（ENR）是由NR胶乳通过化学改性而制得。ENR在分子结构上保留了NR的基本结构，力学强度方面与NR类似，在低温或拉伸条件下可发生结晶，所以具有相当高的撕裂强度和拉伸强度，同时由于环氧基团的引进，材料的极性增强，分子间作用力变大，其耐油性在NR的基础上又得到了进一步的改善，但ENR的耐热性比NR的耐热性还差，而且随着环氧化程度的增加，耐热性降低。
目前，通常采用耐热性好的橡胶（比如丁苯橡胶、硅橡胶）与ENR进行混炼，并在加工过程中加入一定量的纳米氧化锌，来制备耐热性能好、耐油性能好的复合材料。但由于纳米氧化锌的粒径小，反应活性高，因此添加纳米氧化锌后，容易在复合材料中发生聚集，导致复合材料的局部强键数目和交联密度过大，在受力时不利于ENR的取向结晶，进而导致复合材料的力学性能下降。
发明内容
本发明提出一种耐热、耐油弹性电缆线，解决了相关技术中的纳米氧化锌提高复合材料耐热性时会导致复合材料力学强度下降问题。
本发明的技术方案如下：
一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，所述护套层由护套材料制得，所述护套材料包括以下质量份数的组分：环氧化天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、硫化剂3~5份、硫化促进剂2~4份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌6~12份、润滑剂3~5份、阻燃剂25~45份、补强剂30~50份。
作为进一步的技术方案，所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为50%。
作为进一步的技术方案，所述环氧化天然橡胶与2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌的质量比为6:1。
作为进一步的技术方案，所述2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌，由以下方法制得：将吐温20溶于水中，加入2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇、纳米氧化锌混合，搅拌均匀后烘干，得到2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌。
作为进一步的技术方案，所述纳米氧化锌的粒径为20nm。
作为进一步的技术方案，所述吐温20与水、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇与纳米氧化锌的质量比为3:100:5:10。
作为进一步的技术方案，所述硫化剂包括硫磺、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯中的一种或几种；
所述硫化促进剂包括2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑中的一种或两种。
作为进一步的技术方案，所述润滑剂包括石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的一种或几种；
所述阻燃剂包括氢氧化铝、三氧化二锑、十溴二苯乙烷中的一种或几种；
所述补强剂包括白炭黑、炭黑、碳酸钙中的一种或几种。
作为进一步的技术方案，所述护套材料的制备方法包括以下步骤：
S1、按所述质量份数的组分备料；
S2、将环氧化天然橡胶、丁苯橡胶与2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌混合均匀后，加入硫化剂、硫化促进剂、润滑剂、阻燃剂、补强剂混合均匀后，经塑炼、混炼、硫化后，得到护套材料。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明提供了一种耐热、耐油弹性电缆线，其中护套层由环氧化天然橡胶和丁苯橡胶作为基体组成的护套材料制得。由于环氧化天然橡胶具有优异的耐油性，但存在耐热性差的问题，丁苯橡胶具有良好的耐热性，将其与环氧化天然橡胶共混后，可以弥补环氧化天然橡胶的耐热性差的问题。此外，本发明还通过在护套材料中添加了2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌在提高电缆护套耐热性的同时，还提高了力学性能，是由于2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇分子结构中的羟基和氨基与环氧化天然橡胶大分子链上的环氧基团具有很强的相互作用力，因此经2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性的纳米氧化锌在电缆护套材料中的分散性更好，进而提高了电缆护套的力学性能，解决了纳米氧化锌提高复合材料耐热性时会导致复合材料拉伸强度下降的问题，达到了同时提高电缆护套耐热性和力学性能的效果，使电缆线具有优异的耐热性和力学性能。
2、发明人发现环氧化天然橡胶的耐热性随环氧化程度的增加而降低，力学性能随环氧化程度的增加而增加，添加2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌弥补了环氧化程度对耐热性的影响。此外，发明人发现当环氧化天然橡胶的环氧化程度高于50%时，天然橡胶的环氧化程度对电缆护套的耐热性影响较大，此时添加的2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌对电缆护套的耐热性提高幅度已经不能弥补环氧化天然橡胶对电缆护套耐热性的影响，因此，当添加2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌时，控制环氧化天然橡胶的环氧化程度为50%时，电缆护套的耐热性最优，电缆线的耐热性最佳。
3、本发明将环氧化天然橡胶与2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌的质量比控制为5~10:1，进一步提高了电缆护套的耐热性和力学性能，从而进一步提高了电缆线的耐热性和力学性能。
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他实施例，都涉及本发明保护的范围。
以下实施例及对比例中2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌均由以下方法制备：将3g吐温20溶于100g水中，边搅拌边加入5g 2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇混合均匀后，加入10g纳米氧化锌搅拌20min后烘干，得到2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌，纳米氧化锌的粒径为20nm。
实施例1
一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，护套层由护套材料制得，护套材料的制备方法如下：
S1、备料：环氧化50%的天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、硫磺4份、2-硫醇基苯并噻唑3份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌10份、石蜡3份、三氧化二锑40份、炭黑40份；
S2、将环氧化50%的天然橡胶、丁苯橡胶和2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌加入混料机中，混合均匀后，加入硫磺、2-硫醇基苯并噻唑、石蜡、三氧化二锑、炭黑混合均匀后，转入80℃密炼机中塑炼，再转入混炼机中在70℃下混炼10min后，在160℃下经双螺杆挤出机挤出，得到护套材料。
实施例2
一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，护套层由护套材料制得，护套材料的制备方法如下：
S1、备料：环氧化25%的天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、硫磺4份、2-硫醇基苯并噻唑3份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌10份、石蜡3份、三氧化二锑40份、炭黑40份；
S2、将环氧化25%的天然橡胶、丁苯橡胶和2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌加入混料机中，混合均匀后，加入硫磺、2-硫醇基苯并噻唑、石蜡、三氧化二锑、炭黑混合均匀后，转入80℃密炼机中塑炼，再转入混炼机中在70℃下混炼10min后，在160℃下经双螺杆挤出机挤出，得到护套材料。
实施例3
一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，护套层由护套材料制得，护套材料的制备方法如下：
S1、备料：环氧化75%的天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、硫磺4份、2-硫醇基苯并噻唑3份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌10份、石蜡3份、三氧化二锑40份、炭黑40份；
S2、将环氧化75%的天然橡胶、丁苯橡胶和2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌加入混料机中，混合均匀后，加入硫磺、2-硫醇基苯并噻唑、石蜡、三氧化二锑、炭黑混合均匀后，转入80℃密炼机中塑炼，再转入混炼机中在70℃下混炼10min后，在160℃下经双螺杆挤出机挤出，得到护套材料。
实施例4
一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，护套层由护套材料制得，护套材料的制备方法如下：
S1、备料：环氧化50%的天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、硫磺4份、2-硫醇基苯并噻唑3份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌6份、石蜡3份、三氧化二锑40份、炭黑40份；
S2、将环氧化50%的天然橡胶、丁苯橡胶和2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌加入混料机中，混合均匀后，加入硫磺、2-硫醇基苯并噻唑、石蜡、三氧化二锑、炭黑混合均匀后，转入80℃密炼机中塑炼，再转入混炼机中在70℃下混炼10min后，在160℃下经双螺杆挤出机挤出，得到护套材料。
实施例5
一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，护套层由护套材料制得，护套材料的制备方法如下：
S1、备料：环氧化50%的天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、硫磺4份、2-硫醇基苯并噻唑3份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌12份、石蜡3份、三氧化二锑40份、炭黑40份；
S2、将环氧化50%的天然橡胶、丁苯橡胶和2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌加入混料机中，混合均匀后，加入硫磺、2-硫醇基苯并噻唑、石蜡、三氧化二锑、炭黑混合均匀后，转入80℃密炼机中塑炼，再转入混炼机中在70℃下混炼10min后，在160℃下经双螺杆挤出机挤出，得到护套材料。
实施例6
一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，护套层由护套材料制得，护套材料的制备方法如下：
S1、备料：环氧化50%的天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、过氧化苯甲酰3份、2-硫醇基苯并噻唑2份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌10份、硬脂酸钙4份、氢氧化铝25份、白炭黑30份；
S2、将环氧化50%的天然橡胶、丁苯橡胶和2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌加入混料机中，混合均匀后，加入过氧化苯甲酰、2-硫醇基苯并噻唑、硬脂酸钙、氢氧化铝、白炭黑混合均匀后，转入80℃密炼机中塑炼，再转入混炼机中在70℃下混炼10min后，在160℃下经双螺杆挤出机挤出，得到护套材料。
实施例7
一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，护套层由护套材料制得，护套材料的制备方法如下：
S1、备料：环氧化50%的天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、过氧化二异丙苯5份、二硫化二苯并噻唑4份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌10份、硬脂酸钡5份、十溴二苯乙烷45份、碳酸钙50份；
S2、将环氧化50%的天然橡胶、丁苯橡胶和2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌加入混料机中，混合均匀后，加入过氧化二异丙苯、二硫化二苯并噻唑、硬脂酸钡、十溴二苯乙烷、碳酸钙混合均匀后，转入80℃密炼机中塑炼，再转入混炼机中在70℃下混炼10min后，在160℃下经双螺杆挤出机挤出，得到护套材料。
对比例1
与实施例1的区别仅在于不添加2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌。
对比例2
与实施例1的区别仅在于纳米氧化锌未改性。
性能测试：
力学性能：参考GB/T 2951.11-2008将实施例1~7及对比例1~2得到的护套材料进行拉伸强度的测试。
耐热性能：参考GB/T 2951.12-2008的方法将实施例1~7及对比例1~2得到的护套材料置于150℃下、24h进行热老化实验，结束后再次进行拉伸强度的测试，并按照以下计算公式，计算拉伸强度保持率。
拉伸强度保持率（%）=热老化后拉伸强度/热老化前拉伸强度×100%
数据记录在表1。
表1 护套材料的力学性能和耐热性能
由表1可以看出，本发明实施例1~7提供的护套材料拉伸强度在17.8MPa以上，在150℃下、进行24h热老化实验后，拉伸强度保持率在74.4%以上，具有优异的力学性能和耐热性能。
对比例1与对比例2相比，对比例2中添加了纳米氧化锌，对比例1中未添加纳米氧化锌，虽然对比例2得到的护套材料的耐热性显著高于对比例1，但是由于纳米氧化锌添加量过大，导致纳米氧化锌在护套材料中发生严重聚集，进而大幅度降低了护套材料的力学强度。
对比例2与实施例1相比，对比例2中添加了未改性的纳米氧化锌，实施例1中添加了2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌，实施例1得到的护套材料的力学性能和耐热性均高于对比例2，说明将纳米氧化锌使用2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性后促进了纳米氧化锌在护套材料中的分散性，解决了添加纳米氧化锌后导致护套材料的力学性能下降的问题，此外还提高了护套材料的耐热性。
耐油性能：将实施例1得到的护套材料在30℃下ASTM 1号油、ASTM 2号油、ASTM 3号油中浸泡4天，分别记录浸泡前和浸泡后的护套材料的体积，根据以下计算公式计算浸泡前后体积膨胀百分率。
体积膨胀百分率（%）=（浸泡后体积-浸泡前体积）/浸泡前体积×100%
结果记录在表2。
表2 护套材料的耐油性
由表2可以看出，本发明实施例1提供的护套材料具有优异的耐油性。
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 (5)
1.一种耐热、耐油弹性电缆线，从外到内依次包括护套层、绝缘层和导电线芯，其特征在于，所述护套层由护套材料制得，所述护套材料包括以下质量份数的组分：环氧化天然橡胶60份、丁苯橡胶40份、硫化剂3~5份、硫化促进剂2~4份、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌6~12份、润滑剂3~5份、阻燃剂25~45份、补强剂30~50份；
所述环氧化天然橡胶的环氧化程度为50%；
所述2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌，由以下方法制得：将吐温20溶于水中，加入2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇、纳米氧化锌混合，搅拌均匀后烘干，得到2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌；
所述吐温20、水、2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇与纳米氧化锌的质量比为3:100:5:10。
2.根据权利要求1所述的一种耐热、耐油弹性电缆线，其特征在于，所述环氧化天然橡胶与2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌的质量比为6:1。
3.根据权利要求1所述的一种耐热、耐油弹性电缆线，其特征在于，所述硫化剂包括硫磺、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯中的一种或几种；
所述硫化促进剂包括2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种耐热、耐油弹性电缆线，其特征在于，所述润滑剂包括石蜡、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的一种或几种；
所述阻燃剂包括氢氧化铝、三氧化二锑、十溴二苯乙烷中的一种或几种；
所述补强剂包括白炭黑、炭黑、碳酸钙中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种耐热、耐油弹性电缆线，其特征在于，所述护套材料的制备方法包括以下步骤：
S1、按所述质量份数的组分备料；
S2、将环氧化天然橡胶、丁苯橡胶与2-[二(羟基甲基)氨基]乙醇改性纳米氧化锌混合均匀后，加入硫化剂、硫化促进剂、润滑剂、阻燃剂、补强剂混合均匀后，经塑炼、混炼、硫化后，得到护套材料。
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| GR01 | Patent grant | ||
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