CN117229588A - 绝缘橡胶及其制备方法与应用 - Google Patents

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CN117229588A CN202311225103.3A CN202311225103A CN117229588A CN 117229588 A CN117229588 A CN 117229588A CN 202311225103 A CN202311225103 A CN 202311225103A CN 117229588 A CN117229588 A CN 117229588A
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Abstract

本发明提供了一种绝缘橡胶及其制备方法与应用;按质量份数计,绝缘橡胶包括如下制备原料:二元乙丙橡胶80~90份、线性低密度聚乙烯10~20份、乙烯辛烯共聚物10~20份、煅烧改性高岭土30~50份、液体乙丙橡胶10~15份、偶联剂0.3~0.6份、防老剂2~4份、间接法氧化锌8~12份、硬脂酸1~2份、聚乙烯蜡6~10份、以及硫化剂2~6份;其中,所述增塑剂包括液体乙丙橡胶。本发明的绝缘橡胶材料,通过限制各制备原料分别在特定质量分份数内,使各个原料彼此配合、协同作用,从而制备得到具有优良介电性能、力学性能以及耐高温老化性能的绝缘橡胶。

Description

绝缘橡胶及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及绝缘材料技术领域,特别是涉及一种绝缘橡胶及其制备方法与应用。
背景技术
随着科学技术日益发展,人们对于电力资源的需求也与日俱增。然而,由于电力资源的分布具有不均匀性,通常需要从电力资源丰富的地方将富裕的电能输送至电力需求大的地区。目前,广泛采用高压输电的方式,以减少在传输过程中电能的损耗、提高输电效率、改善电网稳定性并提高输电距离。
高压电缆用绝缘橡胶材料是实现高压输电的关键。传统技术中已报道采用红丹母胶作为稳定剂,被广泛应用于制备高压电缆材料;然而红丹的成分为四氧化三铅,是一种2A类致癌物,如果人体不慎摄入后会对器脏造成损坏,为有毒非环保型材料。此外,传统的环保型乙丙橡胶绝缘材料能够满足的最高电压等级为66kV,而适用于110kV电压或者更高电压等级的绝缘橡胶材料尚未见报道。
发明内容
基于此,本发明提供了一种适用于110kV高压电缆的环保型绝缘橡胶材料,其具有优异的介电性能、力学性能以及耐高温老化性能。具体技术方案如下:
根据本发明的第一方面,提供了一种绝缘橡胶,按质量份数计,包括如下制备原料:
二元乙丙橡胶80~90份、
线性低密度聚乙烯10~20份、
乙烯辛烯共聚物10~20份、
煅烧改性高岭土30~50份、
液体乙丙橡胶10~15份、
偶联剂0.3~0.6份、
防老剂2~4份、
间接法氧化锌8~12份、
硬脂酸1~2份、
聚乙烯蜡6~10份、以及
硫化剂2~6份。
在其中一个实施例中,按质量份数计,包括如下制备原料:
二元乙丙橡胶85~90份、
线性低密度聚乙烯10~15份、
乙烯辛烯共聚物10~15份、
煅烧改性高岭土30~50份、
液体乙丙橡胶10~13份、
偶联剂0.3~0.5份、
防老剂3~4份、
间接法氧化锌8~10份、
硬脂酸1~5份、
聚乙烯蜡6~8份、以及
硫化剂4~6份。
在其中一个实施例中,所述线性低密度聚乙烯与所述乙烯辛烯共聚物的质量份数之比为(0.8~1.5):1。
在其中一个实施例中,所述绝缘橡胶满足如下条件(1)~(5)中的至少一项:
(1)所述二元乙丙橡胶在ML1+4 100℃下测定的门尼粘度为20~40;
(2)所述二元乙丙橡胶中丙烯结构单元的含量为30wt%~45wt%;
(3)所述乙烯辛烯共聚物的熔融指数为1g/min~3g/min;
(4)所述乙烯辛烯共聚物的熔融温度为60℃~70℃;
(5)所述乙烯辛烯共聚物在ML1+4 121℃下测定的门尼粘度为10~30。
在其中一个实施例中,所述绝缘橡胶满足如下条件(6)~(9)中的至少一项:
(6)所述煅烧改性高岭土的粒径为10000目~15000目;
(7)形成所述煅烧改性高岭土所用的改性剂为硅烷偶联剂;
(8)所述液体乙丙橡胶在100℃条件下测定的布氏粘度为75cps~105cps;
(9)所述液体乙丙橡胶中乙烯结构单元的含量为40wt%~75wt%。
在其中一个实施例中,所述绝缘橡胶满足如下条件(10)~(12)中的至少一项:
(10)所述偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
(11)所述防老剂包括4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺、辛基化二苯胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷中的一种或多种。
(12)所述硫化剂包括过氧化二异丙苯、1,4-双叔丁基过氧异丙基苯和过氧化二苯甲酰中的一种或多种。
在其中一个实施例中,所述绝缘橡胶满足如下条件(10)~(12)中的至少一项:
(10)所述聚乙烯蜡的熔点为105℃~110℃;
(11)所述聚乙烯蜡的在140℃条件下测定的布氏粘度为20cps~30cps;
(12)所述聚乙烯蜡的重均分子量为1000~2000。
根据本发明的第二方面,提供了一种绝缘橡胶的制备方法,包括如下步骤:
按照上述的绝缘橡胶提供制备原料,将所述制备原料进行混炼制备所述绝缘橡胶。
根据本发明的第三方面,提供了上述的绝缘橡胶或者上述的制备方法制备得到的绝缘橡胶在制备输电用品中的应用。
根据本发明的第四方面,提供了一种电缆,包括上述的绝缘橡胶或者上述的制备方法制备得到的绝缘橡胶。
与传统技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明的绝缘橡胶材料,通过限制各制备原料分别在特定质量份数内,使各个原料彼此配合、协同作用,从而制备得到具有优良介电性能、力学性能以及耐高温老化性能的绝缘橡胶。具体地,加入介电性能优于乙丙橡胶的乙烯辛烯共聚物和线性低密度聚乙烯,能够赋予绝缘橡胶优异的介电性能;且胶粒在挤出造粒后,胶粒间不会发生粘连现象,无需喷涂隔离粉。加入聚乙烯蜡能够进一步改善绝缘橡胶的介电性能,使之能够适用于110kV的高压电缆。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
根据本发明的第一方面,提供了一种绝缘橡胶,按质量份数计,包括如下制备原料:
二元乙丙橡胶80~90份、
线性低密度聚乙烯10~20份、
乙烯辛烯共聚物10~20份、
煅烧改性高岭土30~50份、
液体乙丙橡胶10~15份、
偶联剂0.3~0.6份、
防老剂2~4份、
间接法氧化锌8~12份、
硬脂酸1~2份、
聚乙烯蜡6~10份、以及
硫化剂2~6份。
本发明的绝缘橡胶,通过控制各个制备原料在上述特定质量份数内,使各个原料彼此配合、协同作用,从而制备得到具有优良介电性能、力学性能以及耐高温老化性能的绝缘橡胶。
在其中一些优选示例中,按质量份数计,上述绝缘橡胶包括如下制备原料:
二元乙丙橡胶85~90份、
线性低密度聚乙烯10~15份、
乙烯辛烯共聚物10~15份、
煅烧改性高岭土30~50份、
液体乙丙橡胶10~13份、
偶联剂0.3~0.5份、
防老剂3~4份、
间接法氧化锌8~10份、
硬脂酸1~1.5份、
聚乙烯蜡6~8份、以及
硫化剂4~6份。
在其中一个优选示例中,按质量份数计,上述绝缘橡胶包括如下制备原料:
二元乙丙橡胶85份、
线性低密度聚乙烯15份、
乙烯辛烯共聚物15份、
煅烧改性高岭土50份、
液体乙丙橡胶13份、
偶联剂0.5份、
防老剂3份、
间接法氧化锌10份、
硬脂酸1.5份、
聚乙烯蜡8份、以及
硫化剂4份。
在其中一些实施方式中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为20~40。优选地,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为30~40;更优选地,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为30。
本发明中,门尼粘度反映橡胶加工性能的好坏和分子量高低及分布范围宽窄。其中,M示门尼,L1+4 100℃表示用大转子预热1min转动4min,试验温度100℃时所测得的扭力值。
在其中一些实施方式中,二元乙丙橡胶中丙烯结构单元的含量为30wt%~45wt%。优选地,二元乙丙橡胶中丙烯结构单元的含量为30wt%~40wt%;更优选地,二元乙丙橡胶中丙烯结构单元的含量为40wt%。
采用上述特定门尼粘度和特定丙烯含量的二元乙丙橡胶,能够使胶料具有最优的力学性能,同时具有优异的混炼和挤出工艺性能。与三元乙丙橡胶相比,采用二元乙丙橡胶具有更优的介电性能和耐老化性能,同时具有优异的低温性能,应用范围更广。
在其中一些实施方式中,线性低密度聚乙烯与乙烯辛烯共聚物的质量份数之比为(0.8~1.5):1。线型低密度聚乙烯有利于增强橡胶材料的介电性能和力学性能;乙烯辛烯共聚物能够提高介电性能,还可以作为乙丙橡胶和线型低密度聚乙烯的相容剂。控制二者的质量份数在特定的范围内,能够提高橡胶材料的断裂伸长率和介电强度。
本发明中,线性低密度聚乙烯与乙烯辛烯共聚物的质量份数之比为(0.8~1.5):1,即可取上限值、下限值以及上限值和下限值之间的任意值,包括但不限于0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1以及1.5:1等具体值。
在其中一些优选示例中,线性低密度聚乙烯与乙烯辛烯共聚物的质量份数之比为1:1。
在其中一些具体示例中,乙烯辛烯共聚物的熔融指数为1g/min~3g/min;具体地,熔融指数的测试条件为2.16kg负荷、190℃。优选地,乙烯辛烯共聚物的熔融指数为1g/min~2g/min;更优选地,乙烯辛烯共聚物的熔融指数为2g/min。
在其中一些具体示例中,乙烯辛烯共聚物的熔融温度为60℃~70℃。优选地,乙烯辛烯共聚物的熔融温度为60℃~65℃;更优选地,乙烯辛烯共聚物的熔融温度为65℃。
在其中一些具体示例中,乙烯辛烯共聚物的门尼粘度(ML1+4 121℃)为10~30。优选地,乙烯辛烯共聚物的门尼粘度(ML1+4 121℃)为10~20;更优选地,乙烯辛烯共聚物的门尼粘度(ML1+4 121℃)为20。
具体地,控制乙烯辛烯共聚物的熔融指数、熔融温度和门尼粘度在上述特定范围内,除具备优异的介电性能外,乙烯辛烯共聚物作为相容剂,能够使乙丙橡胶和线型低密度聚乙烯两个结合更充分,可使胶料基材形成一个有机的整体,满足高电压等级的要求。
可理解地,选择特定质量份数的线性低密度聚乙烯、乙烯辛烯共聚物和二元乙丙橡胶共同作为橡胶生料,在赋予绝缘橡胶优异的力学性能和介电性能的同时,可使造粒后的绝缘橡胶颗粒间不发生粘连现象,也不需要额外引入隔离粉等其他物质。
在其中一些实施方式中,煅烧改性高岭土的粒径为10000目~15000目;优选地,煅烧改性高岭土的粒径为12500目。控制煅烧改性高岭土的粒径在上述范围内,能够使胶料达到相应的绝缘要求,粉体材料可以更好地分散在胶料基材中,性能更稳定,不会形成击穿点或应力集中点。
在其中一些具体示例中,形成煅烧改性高岭土所采用的的改性剂为硅烷偶联剂。
具体地,通过如下步骤形成煅烧改性高岭土:通过研磨机将高岭土研磨至所需目数要求,在800℃±20℃的条件下,煅烧50分钟,将煅烧后的材料冷却至室温,将其加入到高速搅拌机中,在105℃温度下,将煅烧高岭土重量的0.8%改性剂以喷雾的型式加入,处理10分钟,即可制得所需的煅烧改性高岭土。
在其中一些实施方式中,采用液体乙丙橡胶作为反应性增塑剂,在硫化过程中能够与橡胶基材实现共硫化,赋予绝缘橡胶优异的力学性能和电性能。
在其中一些具体示例中,液体乙丙橡胶的布氏粘度为75cps~105cps;测试温度为100℃。优选地,液体乙丙橡胶的布氏粘度为75cps~90cps;更优选地,液体乙丙橡胶的布氏粘度为90cps。
在其中一些具体示例中,液体乙丙橡胶中乙烯结构单元的含量为40wt%~75wt%。优选地,液体乙丙橡胶中乙烯结构单元的含量为40wt%~55wt%;更优选地,液体乙丙橡胶中乙烯结构单元的含量为55wt%。
控制液体乙丙橡胶的粘度和乙烯含量在上述特定范围内,能够获得优异的加工性能和增速效果,同时不会对胶料介电性能产不利影响。
在其中一些实施方式中,偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。可理解地,偶联剂可以包括上述的任意一种,也可以包括上述的任意两种或多种,还可以包括上述以外的其他物质。
在其中一些实施方式中,防老剂包括4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺、辛基化二苯胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷中的一种或多种。可理解地,防老剂可以包括上述的任意一种,也可以包括上述的任意两种或多种,还可以包括上述以外的其他物质。
在其中一些具体示例中,防老剂中有效含量达99%及以上。
在其中一些实施方式中,间接法氧化锌的纯度为99.7%。可理解地,材料纯度高,杂质少,不会引入杂质从而影响胶料电性能。
在其中一些实施方式中,聚乙烯蜡的熔点为105℃~110℃;优选地,聚乙烯蜡的熔点为105℃~108℃;更优选地,聚乙烯蜡的熔点为108℃。
在其中一些实施方式中,聚乙烯蜡的布氏粘度为20cps~30cps;优选地,聚乙烯蜡的布氏粘度为20cps~25cps;更优选地,聚乙烯蜡的布氏粘度为25cps。
在其中一些实施方式中,聚乙烯蜡的重均分子量为1000~2000。优选地,聚乙烯蜡的重均分子量为1000~1500;更优选地,聚乙烯蜡的重均分子量为1500。
聚乙烯蜡通常作为加工助剂和润滑剂,而本发明中聚乙烯蜡还可作为介电性能的改善助剂,与线性低密度聚乙烯配合,可进一步地提升绝缘橡胶的介电性能。进一步地,控制聚乙烯蜡的熔点、布氏粘度和重均分子量在上述特定范围内,能够使聚乙烯蜡具有最佳的介电性能改善作用。
在其中一些实施方式中,硫化剂包括过氧化二异丙苯、1,4-双叔丁基过氧异丙基苯和过氧化二苯甲酰中的一种或多种。
上述的绝缘橡胶至少具备如下优点:(1)具有优异的介电性能、机械性能、耐高温老化性能以及优良的体积电阻率,因此能够满足110kV高压电缆的应用需求。(2)制备原料均为环境友好型材料、对人体健康无危害。(3)制备原料价格便宜、容易获取,具有成本优势。
根据本发明的第二方面,提供了一种绝缘橡胶的制备方法,包括如下步骤:
提供上述任一实施方式的制备原料,将制备原料进行混炼制备绝缘橡胶。
在其中一些具体示例中,绝缘橡胶的制备方法包括步骤S10~S50。
S10:混炼二元乙丙橡胶和乙烯辛烯共聚物,得到第一混合物;
S20:向第一混合物中加入防老剂、间接法氧化锌、硬脂酸和聚乙烯蜡,混炼,得到第二混合物;
S30:向第二混合物中加入液体乙丙橡胶、偶联剂和煅烧改性高岭土,混炼,得到第三混合物;
S40:向第三混合物中加入线性低密度聚乙烯,依次进行混炼、过滤和挤出造粒,得到橡胶基体;
S50:向橡胶基体中加入硫化剂,依次进行混炼、过滤和挤出造粒,制备得到绝缘橡胶。
在其中一些示例中,通过密炼机进行混炼,通过双锥喂料机进行喂料,通过单螺杆挤出机进行挤出造粒。
本发明的上述制备方法,最大程度地减少了胶料暴露在外接触杂质和异物的可能性,能够有效地减少杂质和异物混入胶料中。
根据本发明的第三方面,提供了一种上述的绝缘橡胶在制备输电用品中的应用。
在其中一些示例中,本发明提供了一种包括上述绝缘橡胶的电缆。进一步地,电缆为高压电缆;更进一步地,电缆为110kV高压电缆。
下面将结合具体实施例和对比例对本发明作进一步说明,但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶80份,线性低密度聚乙烯20份,乙烯辛烯共聚物20份,煅烧改性高岭土40份,液体乙丙橡胶15份,乙烯基三乙氧基硅烷0.6份,4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺4份,间接法氧化锌12份,硬脂酸2份,聚乙烯蜡10份,过氧化二异丙苯6份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为20,丙烯结构单元的含量为45wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为3g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为70℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为30;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为105cps,乙烯结构单元的含量为75wt%;聚乙烯蜡的熔点为110℃,布氏粘度(140℃)为30cps,重均分子量为2000;煅烧改性高岭土的粒径为12500目。
制备工艺如下:
(1)将二元乙丙橡胶和乙烯辛烯共聚物加入到第一密炼机中,混炼1min。
(2)继续将防老剂、间接法氧化锌、硬脂酸和聚乙烯蜡加入到第一密炼机中,混炼至胶料成团。
(3)继续将液体乙丙橡胶、偶联剂和煅烧改性高岭土加入到第一密炼机中,混炼至胶料成团。
(4)将线性低密度聚乙烯加入到第一密炼机中,混炼1min。
(5)继续混炼1min,至胶料温度为115℃,将胶料排至第一双锥喂料口,双锥温度控制在110℃。
(6)混炼胶经双锥送至带造粒机头的150单螺杆挤出机;单螺杆挤出机各区温度分别为110℃、105℃、105℃、100℃,其中,造粒机头处的蜂巢板前加装滤网,滤网组合为60目+80目+60目。
(7)经150单螺杆挤出机挤出橡胶粒子后,利用鼓风机将橡胶粒子送入螺旋冷却塔,经冷却后利用鼓风机将橡胶粒子送入料仓。
(8)通过料仓下方的排料阀门排出适量的橡胶粒子,并将其投入到第二密炼机中。
(9)待温度升至90℃时,将硫化剂投入到第二密炼机中。
(10)待温度升至105℃时,将胶料排至第二双锥喂料口,双锥温度控制在100℃。
(11)加硫混炼胶经双锥送至带造粒机头的150单螺杆挤出机;单螺杆挤出机各区温度为105℃、105℃、100℃、95℃,其中,造粒机头处的蜂巢板前加装滤网,滤网组合为80目+80目。
(12)经150单螺杆挤出机挤出造粒后,利用鼓风机将橡胶粒子送入螺旋冷却塔,经冷却后利用鼓风机将橡胶粒子送入料仓。
(13)将料仓中的橡胶粒子按需求进行分装,制备得到绝缘橡胶材料。
实施例2
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶90份,线性低密度聚乙烯10份,乙烯辛烯共聚物10份,煅烧改性高岭土30份,液体乙丙橡胶10份,乙烯基三甲氧基硅烷0.3份,辛基化二苯胺2份,2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉2份,间接法氧化锌8份,硬脂酸1份,聚乙烯蜡6份,过氧化二异丙苯4份,1,4-双叔丁基过氧异丙基苯2份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为40,丙烯结构单元的含量为30wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为1g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为60℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为10;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为75cps,乙烯结构单元的含量为40wt%;聚乙烯蜡的熔点为105℃,布氏粘度(140℃)为20cps,重均分子量为1000。
制备工艺与实施例1相同。
实施例3
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶85份,线性低密度聚乙烯15份,乙烯辛烯共聚物15份,煅烧改性高岭土50份,液体乙丙橡胶13份,乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷0.5份,3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷3份,间接法氧化锌10份,硬脂酸1.5份,聚乙烯蜡8份,过氧化二苯甲酰2份,1,4-双叔丁基过氧异丙基苯2份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为30,丙烯结构单元的含量为40wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为2g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为65℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为20;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为90cps,乙烯结构单元的含量为55wt%;聚乙烯蜡的熔点为108℃,布氏粘度(140℃)为25cps,重均分子量为1500。
制备工艺与实施例1相同。
实施例4
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶82份,线性低密度聚乙烯17份,乙烯辛烯共聚物17份,煅烧改性高岭土45份,液体乙丙橡胶14份,铝酸酯偶联剂 0.4份,3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷2.5份,间接法氧化锌11份,硬脂酸1.8份,聚乙烯蜡9份,1,4-双叔丁基过氧异丙基苯3份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为25,丙烯结构单元的含量为35wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为2.5g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为68℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为25;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为95cps,乙烯结构单元的含量为65wt%;聚乙烯蜡的熔点为106℃,布氏粘度(140℃)为23cps,重均分子量为1200。
制备工艺与实施例1相同。
实施例5
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶80份,线性低密度聚乙烯10份,乙烯辛烯共聚物20份,煅烧改性高岭土30份,液体乙丙橡胶15份,乙烯基三乙氧基硅烷0.6份,4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺4份,间接法氧化锌12份,硬脂酸2份,聚乙烯蜡10份,过氧化二异丙苯6份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为20,丙烯结构单元的含量为45wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为3g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为70℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为30;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为105cps,乙烯结构单元的含量为75wt%;聚乙烯蜡的熔点为110℃,布氏粘度(140℃)为30cps,重均分子量为2000。
制备工艺与实施例1相同。
对比例1
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶100份,线性低密度聚乙烯10份,乙烯辛烯共聚物10份,煅烧改性高岭土50份,液体乙丙橡胶10份,乙烯基三乙氧基硅烷0.3份,4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺2份,间接法氧化锌8份,硬脂酸1.6份,聚乙烯蜡2份,过氧化二异丙苯4份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为20,丙烯结构单元的含量为45wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为3g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为70℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为30;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为105cps,乙烯结构单元的含量为75wt%;聚乙烯蜡的熔点为110℃,布氏粘度(140℃)为30cps,重均分子量为2000。
制备工艺与实施例1相同。
对比例2
按质量份数计,提供如下制备原料:三元乙丙橡胶80份,线性低密度聚乙烯20份,乙烯辛烯共聚物15份,煅烧改性高岭土39份,液体乙丙橡胶15份,乙烯基三乙氧基硅烷0.6份,4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺4份,间接法氧化锌12份,硬脂酸2份,聚乙烯蜡10份,过氧化二异丙苯4份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为25,丙烯结构单元的含量为45wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为2.5g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为65℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为28;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为95cps,乙烯结构单元的含量为75wt%;聚乙烯蜡的熔点为106℃,布氏粘度(140℃)为25cps,重均分子量为2000。
制备工艺与实施例1相同。
对比例3
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶80份,乙烯辛烯共聚物35份,煅烧改性高岭土40份,液体乙丙橡胶13份,乙烯基三乙氧基硅烷0.5份,4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺4份,间接法氧化锌12份,硬脂酸2份,聚乙烯蜡10份,过氧化二异丙苯6份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为20,丙烯结构单元的含量为45wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为3g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为70℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为30;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为100cps,乙烯结构单元的含量为75wt%;聚乙烯蜡的熔点为108℃,布氏粘度(140℃)为30cps,重均分子量为2000。
制备工艺与实施例1相同。
对比例4
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶80份,线性低密度聚乙烯20份,乙烯辛烯共聚物20份,煅烧改性高岭土40份,石蜡油15份,乙烯基三乙氧基硅烷0.6份,4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺4份,间接法氧化锌12份,硬脂酸2份,聚乙烯蜡10份,过氧化二异丙苯6份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为20,丙烯结构单元的含量为45wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为3g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为70℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为25;聚乙烯蜡的熔点为106℃,布氏粘度(140℃)为25cps,重均分子量为2000。
制备工艺与实施例1相同。
对比例5
按质量份数计,提供如下制备原料:二元乙丙橡胶80份,线性低密度聚乙烯20份,乙烯辛烯共聚物20份,煅烧改性高岭土40份,液体乙丙橡胶15份,乙烯基三乙氧基硅烷0.6份,4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺4份,间接法氧化锌12份,硬脂酸2份,过氧化二异丙苯6份。
其中,二元乙丙橡胶的门尼粘度(ML1+4 100℃)为20,丙烯结构单元的含量为45wt%;乙烯辛烯共聚物的熔融指数为3g/min(测试条件为2.16kg负荷、190℃),熔融温度为70℃,其门尼粘度(ML1+4 121℃)为30;液体乙丙橡胶的布氏粘度(100℃)为105cps,乙烯结构单元的含量为75wt%。
制备工艺与实施例1相同。
具体地,实施例1~5以及对比例1~5中各制备原料的质量份数如表1所示。
表1
性能测试
力学性能试验参照GB/T2951.11-2008标准进行;空气热老化试验参照GB/T2951.12-2008标准进行;空气弹老化试验参照GB/T2951.12-2008标准进行;吸水性能试验参照GB/T2951.13-2008标准进行。实施例1~5以及对比例1~5的性能测试结果如表2所示。
表2
与实施例1相比,实施例5中线性低密度聚乙烯与乙烯辛烯共聚物的质量份数之比为1:2,不满足(0.8~1.5):1,制备得到的绝缘橡胶的断裂伸长率和介电强度均差于实施例1。
与实施例1相比,对比例1中各制备原料的质量份数不在特定范围内,对比例2中采用等量的三元乙丙橡胶替代二元乙丙橡胶,对比例3中未添加线性低密度聚乙烯,对比例4中采用等量的石蜡油代替乙丙橡胶,对比例5中未添加聚乙烯蜡;对比例1~5制备得到的绝缘橡胶的介电性能、电阻率、机械性能和耐高温老化性能均差于实施例。
由表2可知,本发明实施例1~5制备得到的绝缘橡胶至少具有如下优点:(1)具有优异的介电性能:介电常数≤2.5,介质损耗≤0.0050(90℃);(2)具有优异的体积电阻率:体积电阻率≥6.2×1016Ω•cm;(3)具有优异的机械性能:抗张强度≥12.2MPa,断裂伸长率≥500%;(4)具有优异的耐高温老化性能:经过135℃×10天的热处理后,抗张强度变化率和断裂伸长率变化率均在±15%以内。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,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,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种绝缘橡胶,其特征在于,按质量份数计,包括如下制备原料:
二元乙丙橡胶80~90份、
线性低密度聚乙烯10~20份、
乙烯辛烯共聚物10~20份、
煅烧改性高岭土30~50份、
液体乙丙橡胶10~15份、
偶联剂0.3~0.6份、
防老剂2~4份、
间接法氧化锌8~12份、
硬脂酸1~2份、
聚乙烯蜡6~10份、以及
硫化剂2~6份。
2.根据权利要求1所述的绝缘橡胶,其特征在于,按质量份数计,包括如下制备原料:
二元乙丙橡胶85~90份、
线性低密度聚乙烯10~15份、
乙烯辛烯共聚物10~15份、
煅烧改性高岭土30~50份、
液体乙丙橡胶10~13份、
偶联剂0.3~0.5份、
防老剂3~4份、
间接法氧化锌8~10份、
硬脂酸1~1.5份、
聚乙烯蜡6~8份、以及
硫化剂4~6份。
3.根据权利要求1所述的绝缘橡胶,其特征在于,所述线性低密度聚乙烯与所述乙烯辛烯共聚物的质量份数之比为(0.8~1.5):1。
4.根据权利要求1~3任一项所述的绝缘橡胶,其特征在于,所述绝缘橡胶满足如下条件(1)~(5)中的至少一项:
(1)所述二元乙丙橡胶在ML1+4 100℃下测定的门尼粘度为20~40;
(2)所述二元乙丙橡胶中丙烯结构单元的含量为30wt%~45wt%;
(3)所述乙烯辛烯共聚物的熔融指数为1g/min~3g/min;
(4)所述乙烯辛烯共聚物的熔融温度为60℃~70℃;
(5)所述乙烯辛烯共聚物在ML1+4 121℃下测定的门尼粘度为10~30。
5.根据权利要求1~3任一项所述的绝缘橡胶,其特征在于,所述绝缘橡胶满足如下条件(6)~(9)中的至少一项:
(6)所述煅烧改性高岭土的粒径为10000目~15000目;
(7)形成所述煅烧改性高岭土所用的改性剂为硅烷偶联剂;
(8)所述液体乙丙橡胶在100℃条件下测定的布氏粘度为75cps~105cps;
(9)所述液体乙丙橡胶中乙烯结构单元的含量为40wt%~75wt%。
6.根据权利要求1~3任一项所述的绝缘橡胶,其特征在于,所述绝缘橡胶满足如下条件(10)~(12)中的至少一项:
(10)所述偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和铝酸酯偶联剂中的一种或多种;
(11)所述防老剂包括4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺、辛基化二苯胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷中的一种或多种;
(12)所述硫化剂包括过氧化二异丙苯、1,4-双叔丁基过氧异丙基苯和过氧化二苯甲酰中的一种或多种。
7.根据权利要求1~3任一项所述的绝缘橡胶,其特征在于,所述绝缘橡胶满足如下条件(13)~(15)中的至少一项:
(13)所述聚乙烯蜡的熔点为105℃~110℃;
(14)所述聚乙烯蜡的在140℃条件下测定的布氏粘度为20cps~30cps;
(15)所述聚乙烯蜡的重均分子量为1000~2000。
8.一种绝缘橡胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
按照权利要求1~7任一项所述的绝缘橡胶提供制备原料,将所述制备原料进行混炼制备所述绝缘橡胶。
9.如权利要求1~7任一项所述的绝缘橡胶或者权利要求8所述的制备方法制备得到的绝缘橡胶在制备输电用品中的应用。
10.一种电缆,其特征在于,包括权利要求1~7任一项所述的绝缘橡胶或者权利要求8所述的制备方法制备得到的绝缘橡胶。
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