CN116790052A - 一种低压电缆用全塑耐磨材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电缆制造技术领域，具体公开了一种低压电缆用全塑耐磨材料及其制备方法。一种低压电缆用全塑耐磨材料，包括导体线芯、绝缘层、云母层、耐火护套层，所述耐火护套层包括如下原料：聚氯乙烯树脂、改性纳米水滑石粉、稳定剂、增塑剂、抗氧化剂、润滑剂、相容剂；所述改性纳米水滑石粉为含铬硅酸铝纤维对纳米水滑石粉插层改性而得。本申请得到的低压电缆用全塑耐磨材料的拉伸强度、拉断延伸率、极限氧指数最高可达到33.4MPa、375%、34.7%，且磨耗量占比为8.3%，在保证阻燃性的前提下，提高了低压电缆用全塑耐磨材料的耐磨性，从而提高低压电缆的耐磨性。
Description
技术领域
本申请涉及电缆制造技术领域，更具体地说，它涉及一种低压电缆用全塑耐磨材料及其制备方法。
背景技术
电缆是指用于传输电能、信息和实现磁能转换的线材产品，低压电缆是指35kv及以下的电缆，被应用于不同场景，而不同的场景，低压电缆的受力不同，为了保护城乡居住环境，改善城市用地紧张，交通压力大，市容建设等问题，减少架空电力电缆输电线路，达到美化城市的目的，较多的低压电缆采用了地下电缆输电方式，而电缆在地下对电缆护套的耐磨性具有较高要求，在于地面摩擦后容易产生变形和不同程度的损坏。
相关技术中，通过以具有较高物理机械性能的氯丁橡胶作为电缆护套的主要原料，以提高电缆护套的耐磨性，但储存稳定性较差，使用寿命较短，难以满足实际使用需求。
发明内容
为了提高低压电缆的耐磨性，本申请提供一种低压电缆用全塑耐磨材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种低压电缆用全塑耐磨材料，采用如下的技术方案：
一种低压电缆用全塑耐磨材料，包括如下重量份的原料：丁腈橡胶30-40份、复合耐磨剂3-5份、三氧化二锑5-10份、硼酸锌5-10份、润滑剂10-15分、增塑剂10-15分和抗氧化剂10-15份；
所述复合耐磨剂为改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的混合物；所述改性纳米凹凸棒土为纳米凹凸棒土经过三聚氰胺改性得到。
本申请低压电缆用全塑耐磨材料原料可选用丁腈橡胶30-40份、复合耐磨剂3-5份、三氧化二锑5-10份、硼酸锌5-10份、润滑剂10-15分、增塑剂10-15分和抗氧化剂10-15份，可选用各自范围内的任一值，且均能提高低压电缆的耐磨性。
通过采用上述技术方案，丁腈橡胶耐化学稳定性好，耐油、耐磨、耐热性，气密性好，而且具有优良的机械性能和加工性能，是作为电缆护套材料的很好的选择。
三氧化二锑和硼酸锌作为阻燃剂加入，二硼酸锌作为非卤素阻燃剂，其热稳定性好，毒性低，可明显减少材料燃烧烟浓度，其与三氧化二锑复配，可进步提高全塑材料的阻燃性。
复合耐磨剂选用改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的混合物，其中纳米凹凸棒土是一种多孔性键层状含水富镁铝硅酸盐矿物，加入后可提高全塑材料的耐磨性能，但纳米级凹凸棒土虽提高了全塑材料的交联密度，但其粒子避免较大，易团聚，且表面有许多羟基，亲水疏油，所以加入聚丙烯酸钠与纳米凹凸棒土混合，可进一步提高纳米凹凸棒土在丁腈橡胶中的分散性，从而进一步提高纳米凹凸棒土在全塑材料的耐磨性。
作为优选：所述改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的质量比为1：(3-5)
通过采用上述技术方案，调节改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的质量比，可进一步提高改性纳米凹凸棒土在原料中的分散性，从而提高纳米凹凸棒土在全塑材料的耐磨性。
作为优选：所述改性纳米凹凸棒土通过如下步骤制备得到：将纳米凹凸棒土与煅烧云母粉混合，加入氰尿酸三聚氰胺，加热至420-440℃，搅拌，冷却，得到改性纳米凹凸棒土。
通过采用上述技术方案，先将纳米凹凸棒土与煅烧云母粉混合，可形成相互支撑的三维网格结构，提高纳米凹凸棒土的强度，还可提高纳米凹凸棒土在氰尿酸三聚氰胺的分散性，然后加入氰尿酸三聚氰胺，提高了纳米凹凸棒土的耐磨性；另外，一方面氰尿酸三聚氰胺对纳米凹凸棒土进行改性，另一方面氰尿酸三聚氰胺可提高全塑材料的阻燃性，提高全塑材料的阻燃性能。
作为优选：所述氰尿酸三聚氰胺与纳米凹凸棒土的质量比为1：(28-32)。
通过采用上述技术方案，调节三聚氰胺与纳米凹凸棒土的质量比，可进一步提高纳米凹凸棒土的改性效果，进一步提高纳米凹凸棒土的分散性。
作为优选：将所述凹凸棒土与煅烧云母粉混合前，先进行预处理，具体操作为：在60-70℃条件下将凹凸棒土加至20-30％的柠檬酸水溶液中，升温至75-85℃搅拌4-6h，冷却，过滤，收集固体，烘干，粉碎，得到预处理后的凹凸棒土。
通过采用上述技术方案，采用柠檬酸水溶液预处理纳米凹凸棒土与煅烧云母粉，可改变纳米凹凸棒土比表面积和孔容积，清除孔道内的杂质，疏通孔道，更利于氰尿酸三聚氰胺对纳米凹凸棒土改性，提高纳米凹凸棒土的耐磨性。
作为优选：所述凹凸棒土与柠檬酸水溶液的质量比为1：(40-60)。
作为优选：所述全塑耐磨材料还包括如下重量份的原料：石墨纤维20-30份、纳米碳化硅5-10份和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯1-3份。
通过采用上述技术方案，加入的石墨纤维自润滑性好，纳米碳化硅的自润滑性较差，两者混合加入，可改善纳米碳化硅自润滑性差的特点，进一步提高全塑材料的耐磨性，另外，还加入了异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，改善了石墨纤维和纳米碳化硅在全塑材料的分散性，从而提高全塑材料的耐磨性。
作为优选：所述纳米碳化硅与石墨纤维的质量比为1：(3-5)
通过采用上述技术方案，调节纳米碳化硅与石墨纤维的质量比，可进一步提高全塑材料的耐磨性。
作为优选：所述全塑耐磨材料还包括如下重量份的原料：纳米氧化锆5-10份。
通过采用上述技术方案，纳米氧化锆具有较高的耐磨性，加入纳米氧化锆可提高全塑材料的耐磨性。
第二方面，本申请提供一种低压电缆用全塑耐磨材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种低压电缆用全塑耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：
将各原料混合，于23℃±2搅拌均匀，升温至90-100℃搅拌10-15min，搅拌冷却，挤出造粒，得到低压电缆用全塑材料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
(1)本申请通过控制低压电缆用全塑耐磨材料的各原料种类和掺量，使低压电缆用全塑耐磨材料的拉伸强度、拉断延伸率、极限氧指数为31.5MPa、357％、32.5％，磨耗量占比为9.6％，在保证阻燃性的前提下，提高了低压电缆用全塑耐磨材料的耐磨性，从而提高低压电缆的耐磨性。
(2)本申请通过调节复合耐磨剂中改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的质量比，使磨耗量占比为9.3-9.5％，进一步提高低压电缆的耐磨性。
(3)本申请通过在全塑材料原料中加入纳米碳化硅与石墨纤维，并调节纳米碳化硅与石墨纤维的质量比，使低压电缆用全塑耐磨材料的磨耗量占比为8.9-9.1％，进一步提高低压电缆的耐磨性。
(4)本申请通过采用柠檬酸水溶液预处理纳米凹凸棒土和煅烧云母粉，使磨耗量占比为8.5％，进一步提高低压电缆的耐磨性。
(5)本申请通过在全塑材料原料中加入纳米氧化锆，使磨耗量占比为8.3％，进一步提高低压电缆的耐磨性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用，具体为：丁腈橡胶，结合丙烯腈的质量分数31.0-34.5％；三氧化二锑，有效物质含量为99％；硼酸锌，有效物质含量为99％；润滑剂，选用硬脂酸锌，有效成分含量为99％；增塑剂，选用邻苯二甲酸二辛酯，有效物质含量为99.9％；抗氧化剂，选用抗氧化剂1010；纳米凹凸棒土，粒径为200目；聚丙烯酸钠，有效物质含量为40％；氰尿酸三聚氰胺，有效物质含量为99％；煅烧云母粉，粒径为400目；石墨纤维，粒径为1000目，固定碳含量为99.9％；纳米碳化硅，粒径为20nm；纳米氧化锆，粒径为30nm。
以下为改性纳米滑石粉的制备例
制备例1
一种改性纳米凹凸棒土，通过如下操作步骤制备得到：
将1kg的纳米凹凸棒土与1kg的混合，加入40g氰尿酸三聚氰胺，加热至430℃，搅拌，冷却，得到改性纳米凹凸棒土。
制备例2-5
制备例2-5的改性纳米凹凸棒土与制备例1的制备方法相同，区别在于氰尿酸三聚氰胺的掺量分别为35.7g、33.3g、31.25g和28.6g，其余操作与制备例1相同。
制备例6
制备例6的改性纳米凹凸棒土与制备例3的区别在于凹凸棒土与煅烧云母粉混合前，先进行预处理，具体操作为：在65℃条件下将1kg凹凸棒土加至50L的25％的柠檬酸水溶液中，升温至80℃搅拌5h，冷却，过滤，收集固体，烘干，粉碎，得到预处理后的凹凸棒土。
实施例1
实施例1的低压电缆用全塑耐磨材料，其通过如下操作步骤制备得到：
按照表1的掺量，将各原料混合，于23℃搅拌均匀，升温至90℃搅拌15min，搅拌冷却，挤出造粒，得到低压电缆用全塑材料。其中改性纳米凹凸棒土选用制备例1得到的改性纳米凹凸棒土。
实施例2-3
实施例2-3的低压电缆用全塑耐磨材料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表1所示。
表1实施例1-3的低压电缆用全塑耐磨材料的各原料掺量(单位：kg)
实施例4-7
实施例4-7的低压电缆用全塑耐磨材料与实施例2的制备方法完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表2所示。
表2实施例4-7的低压电缆用全塑耐磨材料的各原料掺量(单位：kg)
实施例8-12
实施例8-12的低压电缆用全塑耐磨材料与实施例5的制备方法完全相同，区别在于原料中还包括石墨纤维、纳米碳化硅和异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，具体详见表3所示。
表3实施例8-12的低压电缆用全塑耐磨材料的各原料掺量(单位：kg)
实施例13-17
实施例13-17的低压电缆用全塑耐磨材料与实施例10的制备方法完全相同，区别在于改性纳米凹凸棒土分别选用制备例2-6制备得到的改性纳米凹凸棒土，其余原料种类和掺量与实施例10相同。
实施例18-20
实施例18-20的低压电缆用全塑耐磨材料与实施例17的制备方法完全相同，区别在于原料中还包括纳米氧化锆，其余原料种类和掺量与实施例17相同。
对比例1
对比例1的低压电缆用全塑耐磨材料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：原料中未添加复合耐磨剂，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例2
对比例2的低压电缆用全塑耐磨材料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：原料复合耐磨剂中的聚丙烯酸钠等量替换为十六烷基三甲基溴化铵，其余原料及掺量与实施例1相同。
性能检测采用如下检测标准或方法分别对不同实施例1-20和对比例1-2得到的低压电缆用全塑耐磨材料进行性能检测，检测结果详见表4。
拉伸强度：参照GB/T1040-2018《塑料拉伸性能的测定》对电缆进行拉伸强度的检测；
拉断延伸率：参照GB/T1040-2018《塑料拉伸性能的测定》对电缆进行拉伸强度的检测；极限氧指数：参照GB/T 2406.1-2008《塑料用氧指数法测定燃烧行为》对电缆进行极限氧指数的检测；
耐磨性：在规定的压力下和给定的接触面积上，测定全塑材料在一定级别的砂布上进行摩擦而产生的磨耗量，相同时间后，计算磨耗量占初始重量的百分比。
表4不同低压电缆用全塑耐磨材料的性能检测结果
由表5的检测结果表明，本申请得到的低压电缆用全塑耐磨材料的拉伸强度、拉断延伸率、极限氧指数最高可达到33.4MPa、375％、34.7％，且磨耗量占比为8.3％，在保证阻燃性的前提下，提高了低压电缆用全塑耐磨材料的耐磨性，从而提高低压电缆的耐磨性。
从实施例1-3中，实施例2低压电缆用全塑耐磨材料的拉伸强度、拉断延伸率、极限氧指数为31.5MPa、357％、32.5％，均高于实施例1和实施例3，且磨耗量占比为9.6％，均低于实施例1和实施例3，表明实施例2全塑材料原料中复合耐磨剂的掺量较为合适，提高低压电缆的耐磨性。可能与复合耐磨剂选用改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的混合物，其中纳米凹凸棒土是一种多孔性键层状含水富镁铝硅酸盐矿物，加入后可提高全塑材料的耐磨性能，但纳米级凹凸棒土虽提高了全塑材料的交联密度，但其粒子避免较大，易团聚，且表面有许多羟基，亲水疏油，所以加入聚丙烯酸钠与纳米凹凸棒土混合，可进一步提高纳米凹凸棒土在丁腈橡胶中的分散性，从而进一步提高纳米凹凸棒土在全塑材料的耐磨性有关。
结合实施例2和实施例4-7低压电缆用全塑耐磨材料的性能检测数据发现，实施例4-6低压电缆用全塑耐磨材料的拉伸强度、拉断延伸率、极限氧指数为31.6-31.8MPa、358-360％、32.6-32.8％，均高于实施例2和实施例7，且磨耗量占比为9.3-9.5％，均低于实施例2和实施例7，表明改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的质量比为1：(3-5)较为合适，提高低压电缆的耐磨性。可能与调节改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的质量比，可进一步提高改性纳米凹凸棒土在原料中的分散性，从而提高纳米凹凸棒土在全塑材料的耐磨性有关。
结合实施例8-12低压电缆用全塑耐磨材料的性能检测数据发现，实施例9-11低压电缆用全塑耐磨材料的拉伸强度、拉断延伸率、极限氧指数为32.3-32.5MPa、364-366％、33.2-33.8％，均高于实施例8和实施例12，且磨耗量占比为8.9-9.1％，均低于实施例8和实施例12，表明纳米碳化硅与石墨纤维的质量比为1：(3-5)较为合适，提高低压电缆的耐磨性。可能与调节纳米碳化硅与石墨纤维的质量比，可进一步提高全塑材料的耐磨性有关。
结合实施例13-17低压电缆用全塑耐磨材料的性能检测数据发现，实施例17低压电缆用全塑耐磨材料的拉伸强度、拉断延伸率、极限氧指数为33.1MPa、371％、34.4％，均高于实施例13-16，且磨耗量占比为8.5％，均低于实施例13-16，表明凹凸棒土与煅烧云母粉混合前，先进行预处理，可提高低压电缆的耐磨性。可能与采用柠檬酸水溶液预处理纳米凹凸棒土与煅烧云母粉，可改变纳米凹凸棒土比表面积和孔容积，清除孔道内的杂质，疏通孔道，更利于氰尿酸三聚氰胺对纳米凹凸棒土改性，提高纳米凹凸棒土的耐磨性有关。
结合实施例18-20低压电缆用全塑耐磨材料的性能检测数据发现，实施例19低压电缆用全塑耐磨材料的拉伸强度、拉断延伸率、极限氧指数为33.4MPa、375％、34.7％，均高于实施例18和实施例20，且磨耗量占比为8.3％，均低于实施例18和实施例20，表明实施例19的纳米氧化锆产量较为合适，提高低压电缆的耐磨性。可能与纳米氧化锆具有较高的耐磨性，加入纳米氧化锆可提高全塑材料的耐磨性有关。
结合实施例1和对比例1-2电缆的性能检测数据发现，在低压电缆用全塑耐磨材料原料中加入复合耐磨剂和十六烷基三甲基溴化铵，均可不同程度提高低压电缆的耐磨性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：丁腈橡胶30-40份、复合耐磨剂3-5份、三氧化二锑5-10份、硼酸锌5-10份、润滑剂10-15分、增塑剂10-15分和抗氧化剂10-15份；
所述复合耐磨剂为改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的混合物；所述改性纳米凹凸棒土为纳米凹凸棒土经过氰尿酸三聚氰胺改性得到。
2.根据权利要求1所述的低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，所述改性纳米凹凸棒土与聚丙烯酸钠的质量比为1：（3-5）。
3.根据权利要求1所述的低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，所述改性纳米凹凸棒土通过如下步骤制备得到：将纳米凹凸棒土与煅烧云母粉混合，加入氰尿酸三聚氰胺，加热至420-440℃，搅拌，冷却，得到改性纳米凹凸棒土；
所述煅烧云母粉与纳米凹凸棒土的质量比为1：（0.8-1.2）。
4.根据权利要求3所述的低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，所述氰尿酸三聚氰胺与纳米凹凸棒土的质量比为1：（28-32）。
5.根据权利要求3所述的低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，将所述凹凸棒土与煅烧云母粉混合前，先进行预处理，具体操作为：在60-70℃条件下将凹凸棒土加至20-30%的柠檬酸水溶液中，升温至75-85℃搅拌4-6h，冷却，过滤，收集固体，烘干，粉碎，得到预处理后的凹凸棒土。
6.根据权利要求5所述的低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，所述凹凸棒土与柠檬酸水溶液的质量比为1：（40-60）。
7.根据权利要求1所述的低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，所述全塑耐磨材料还包括如下重量份的原料：石墨纤维 20-30份、纳米碳化硅5-10份和异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯1-3份。
8.根据权利要求7所述的低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，所述纳米碳化硅与石墨纤维的质量比为1：（3-5）。
9.根据权利要求1所述的低压电缆用全塑耐磨材料，其特征在于，所述全塑耐磨材料还包括如下重量份的原料：纳米氧化锆5-10份。
10.一种权利要求1-9任一所述低压电缆用全塑耐磨材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各原料混合，于23℃±2搅拌均匀，升温至90-100℃搅拌10-15min，搅拌冷却，挤出造粒，得到低压电缆用全塑材料。
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