CN117844141A - 一种抗压耐磨电缆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆材料制备技术领域，公开了一种抗压耐磨电缆料及其制备方法抗压耐磨电缆料包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂200~250份、TPU树脂80~120份、改性白炭黑15~30份、玻璃纤维10~20份、偶联剂0.5~2份、增塑剂0.5~5份、润滑剂0.5~5份，改性白炭黑为环三磷腈衍生物接枝白炭黑。本发明通过TPU树脂共混改性，同时添加改性白炭黑和玻璃纤维增韧，其中改性白炭黑集多种功能于一体，从而减少了材料外加剂的使用量，使材料具有良好的力学性能、阻燃性能和耐老化性能。

Description

一种抗压耐磨电缆料及其制备方法

技术领域

本发明属于电缆材料制备技术领域，具体涉及一种抗压耐磨电缆料及其制备方法。

背景技术

电缆在电力传输中起关键介质作用，广泛应用于电力、建筑、通信、汽车、航空领域，为电气化设备提供电能传输、信息传递等用途，是实现电气化、信息化、智能化社会发展的必备载体，对国民经济的发展具有重要推动作用。聚氯乙烯（PVC）由于其价格便宜、具有优异的强韧性、热稳定性、电绝缘性、抗老化性等，广泛应用于电缆系统的护套材料。然而，PVC在加工中一般都添加了易燃性增塑剂从而使其阻燃性能下降，PVC线缆在火灾环境下燃烧产生大量的热量对人身安全造成伤害，也会释放有毒气体对人体造成二次伤害。

在PVC中加入阻燃剂可有效地提升PVC绝缘护套的阻燃性能，阻燃添加剂的种类多种多样，大体可分为卤系阻燃剂、金属氢氧化物、磷系阻燃剂、硅系阻燃剂、氮系阻燃剂、纳米阻燃剂和生物基阻燃剂等。然而，为达到较好的阻燃效果，需要在聚合物基体中掺杂较多的阻燃剂，而过多的阻燃剂则会影响材料的综合性能。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种抗压耐磨电缆料及其制备方法，通过TPU树脂共混改性，同时添加改性白炭黑和玻璃纤维增韧，使材料具有良好的力学性能、阻燃性能和耐老化性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抗压耐磨电缆料，包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂200~250份、TPU树脂80~120份、改性白炭黑15~30份、玻璃纤维10~20份、偶联剂0.5~2份、增塑剂0.5~5份、润滑剂0.5~5份；

改性白炭黑为环三磷腈衍生物接枝白炭黑，环三磷腈衍生物的结构式如下：

。

进一步优选地，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆类偶联剂的一种或几种。

进一步优选地，增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、氯化石蜡、磷酸酯、环氧大豆油中的一种或几种。

进一步优选地，润滑剂为硬脂酸盐、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或几种。

进一步优选地，改性白炭黑的制备方法包括以下步骤：

（1）在冰水浴条件下将4-氨基二苯胺、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、三乙胺、四氢呋喃加入反应器中，搅拌使其充分混合，然后加入六氯环三磷腈，反应1~3h，然后加热至50~60℃，冷凝回流反应4~6h，蒸发、抽滤除去四氢呋喃和三乙胺盐酸盐，在分离出的有机相中加入乙酸乙酯，干燥后抽滤，滤液减压蒸馏后得所述环三磷腈衍生物；

（2）将白炭黑加入到无水乙醇和蒸馏水的混合液中，超声分散10~15min，用盐酸水溶液调节溶液pH至4，然后将环三磷腈衍生物缓慢加入白炭黑分散液中，超声分散5~10min，加热至60~80℃保温反应3~5h，冷却后抽滤、洗涤、干燥得到改性白炭黑。

进一步优选地，步骤（1）中4-氨基二苯胺、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和六氯环三磷腈的摩尔比为5:1:1。

进一步优选地，步骤（2）中无水乙醇和蒸馏水按体积比3~4:1混合，所述白炭黑与环三磷腈衍生物的质量比为1：8~10。

一种抗压耐磨电缆料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将聚氯乙烯树脂、TPU树脂、增塑剂、润滑剂加入高混锅中充分混合，得到混合物A，然后将混合物A经双螺杆挤出机熔融、塑化、共混，挤出造粒得到聚合物颗粒B；

S2、将聚合物颗粒B与改性白炭黑、玻璃纤维加入高混锅中进行预混，得到混合物C，然后将混合物C经双螺杆挤出机熔融、共混后挤出造粒，干燥后得到抗压耐磨电缆料。

本发明的有益效果：

本发明抗压耐磨电缆料通过TPU树脂共混改性，同时添加改性白炭黑和玻璃纤维增韧，使材料具有良好的力学性能、阻燃性能和耐老化性能。其中改性白炭黑为环三磷腈衍生物接枝白炭黑，环三磷腈衍生物中含有磷腈环、苯胺和硅烷结构，可以提供的丰富的N、P、Si元素，在热裂解时促进聚合物脱水炭化，同时形成 Si-O、Si-C 的炭质保护层，可赋予材料良好的阻燃性能，同时苯胺结构可以提高材料的耐老化性能，而白炭黑本身作为增韧填料，可以提高材料的抗压和耐磨性，因此本发明改性白炭黑集多种功能于一体，从而减少了材料外加剂的使用量，进而进一步的提升材料的综合性能。

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。

实施例1

一种改性白炭黑，改性白炭黑为环三磷腈衍生物接枝白炭黑，改性白炭黑的制备方法包括以下步骤：

（1）在冰水浴条件下将7.4g 4-氨基二苯胺、2.2g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷、50ml三乙胺、50ml四氢呋喃加入反应器中，搅拌使其充分混合，然后加入3.5g六氯环三磷腈，反应2h，然后加热至55℃，冷凝回流反应5h，蒸发、抽滤除去四氢呋喃和三乙胺盐酸盐，在分离出的有机相中加入乙酸乙酯，干燥后抽滤，滤液减压蒸馏后得所述环三磷腈衍生物；

（2）将1.8g白炭黑加入到20ml无水乙醇和5ml蒸馏水的混合液中，超声分散12min，用盐酸水溶液调节溶液pH至4，然后将15.4g环三磷腈衍生物缓慢加入白炭黑分散液中，超声分散8min，加热至70℃保温反应4h，冷却后抽滤、洗涤、干燥得到改性白炭黑。

实施例2

一种抗压耐磨电缆料，包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂200份、TPU树脂120份、改性白炭黑15份、玻璃纤维20份、KH540硅烷偶联剂 0.5份、邻苯二甲酸二丁酯2份、环氧大豆油3份、硬脂酸钠0.5份；所述改性白炭黑为实施例1中制备的环三磷腈衍生物接枝白炭黑。

上述抗压耐磨电缆料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将聚氯乙烯树脂、TPU树脂、增塑剂、润滑剂加入高混锅中充分混合，得到混合物A，然后将混合物A经双螺杆挤出机熔融、塑化、共混，挤出造粒得到聚合物颗粒B；

S2、将聚合物颗粒B与改性白炭黑、玻璃纤维加入高混锅中进行预混，得到混合物C，然后将混合物C经双螺杆挤出机熔融、共混后挤出造粒，干燥后得到抗压耐磨电缆料。

实施例3

一种抗压耐磨电缆料，包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂50份、TPU树脂80份、改性白炭黑30份、玻璃纤维10份、GR-311W钛酸酯偶联剂2份、邻苯二甲酸二辛酯0.3份、己二酸二辛酯0.2份、石蜡3份；所述改性白炭黑为实施例1中制备的环三磷腈衍生物接枝白炭黑。上述抗压耐磨电缆料的制备方法同实施例2。

实施例4

一种抗压耐磨电缆料，包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂230份、TPU树脂100份、改性白炭黑25份、玻璃纤维15份、KH560硅烷偶联剂 1.2份、邻苯二甲酸二丁酯2份、磷酸酯2份、石蜡2.5份；所述改性白炭黑为实施例1中制备的环三磷腈衍生物接枝白炭黑。上述抗压耐磨电缆料的制备方法同实施例2。

对比例1

一种抗压耐磨电缆料，包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂230份、TPU树脂100份、白炭黑25份、玻璃纤维15份、KH560硅烷偶联剂 1.2份、邻苯二甲酸二丁酯2份、磷酸酯2份、石蜡2.5份；上述抗压耐磨电缆料的制备方法同实施例2。

对比例2

一种抗压耐磨电缆料，包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂230份、TPU树脂100份、玻璃纤维15份、KH560硅烷偶联剂 1.2份、邻苯二甲酸二丁酯2份、磷酸酯2份、石蜡2.5份；上述抗压耐磨电缆料的制备方法同实施例2。

性能检测

一、力学性能测试

将实施例2~4及对比例1~2中的抗压耐磨电缆料切割成测试试样，使用万能试验机进行力学性能测试，参照GB/ T 528-2009，将模压试样裁剪成25 mm×4 mm的哑 铃型拉伸样条，拉伸速率为20 mm/min。测试结果如表2所示：

表1 抗压耐磨电缆料力学性能测试结果

由表1中数据可以看出，对比例1中添加了未改性的白炭黑，力学性能略微下降，可能原因是白炭黑在聚合物材料中团聚或分散不均导致，对比例2中未添加白炭黑进行增韧改性，其拉伸强度和抗冲击强度下降较为明显。

二、阻燃性能测试

将实施例2~4及实施例1~2中抗压耐磨电缆料制成127×12.7×3.2mm标准试样，按照ASTM D3801—1996标准进行水平垂直（UL-94）燃烧测试，同时按照ASTM D2863-70标准进行氧指数测试（LOI）得到数据如下表2所示。

表2 抗压耐磨电缆料阻燃性能测试结果

由表2中数据可以看出，本发明抗压耐磨电缆料具有良好的阻燃性能，由对比例1和对比例2可以看出，在添加白炭黑和未添加白炭黑时，极限氧指数相当，说明对材料阻燃性能提升起关键作用的是改性后的白炭黑，本发明改性白炭黑为环三磷腈衍生物接枝白炭黑，在环三磷腈衍生物中存在大量的氮和磷元素以及硅元素，可以在热裂解过程中促进聚合物脱水炭化，同时形成 Si-O、Si-C 的炭质保护层，可赋予材料良好的阻燃性能。

三、耐老化性能测试

将实施例2~4及对比例1~2制备的抗压耐磨电缆料在100℃分别老化24h和48h后，测试其拉伸强度和冲击强度，得到数据如表3所示。

表3 耐老化性能测试结果

由表3中数据可以看出，实施例2~4制备的抗压耐磨电缆料在老化24h和48h后仍然具备较高的拉伸强度和冲击强度，力学性能下降不明显，而未添加改性白炭黑和白炭黑的对比例1和对比例2中制备的抗压耐磨电缆料力学性能下降较为明显，说明本发明改性白炭黑可以材料的耐老化性能。本发明改性白炭黑为环三磷腈衍生物接枝白炭黑，在环三磷腈衍生物中存在苯胺结构，可以提高材料的耐老化性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种抗压耐磨电缆料，其特征在于，包括以下重量份原料：聚氯乙烯树脂200~250份、TPU树脂80~120份、改性白炭黑15~30份、玻璃纤维10~20份、偶联剂0.5~2份、增塑剂0.5~5份、润滑剂0.5~5份；

所述改性白炭黑为环三磷腈衍生物接枝白炭黑，所述环三磷腈衍生物的结构式如下：

。

2.根据权利要求1所述的抗压耐磨电缆料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆类偶联剂的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的抗压耐磨电缆料，其特征在于，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、氯化石蜡、磷酸酯、环氧大豆油中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的抗压耐磨电缆料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸盐、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的抗压耐磨电缆料，其特征在于，所述改性白炭黑的制备方法包括以下步骤：

（1）在冰水浴条件下将4-氨基二苯胺、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、三乙胺、四氢呋喃加入反应器中，搅拌使其充分混合，然后加入六氯环三磷腈，反应1~3h，然后加热至50~60℃，冷凝回流反应4~6h，蒸发、抽滤除去四氢呋喃和三乙胺盐酸盐，在分离出的有机相中加入乙酸乙酯，干燥后抽滤，滤液减压蒸馏后得所述环三磷腈衍生物；

（2）将白炭黑加入到无水乙醇和蒸馏水的混合液中，超声分散10~15min，用盐酸水溶液调节溶液pH至4，然后将环三磷腈衍生物缓慢加入白炭黑分散液中，超声分散5~10min，加热至60~80℃保温反应3~5h，冷却后抽滤、洗涤、干燥得到改性白炭黑。

6.根据权利要求5所述的抗压耐磨电缆料，其特征在于，所述步骤（1）中4-氨基二苯胺、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和六氯环三磷腈的摩尔比为5:1:1。

7.根据权利要求5所述的抗压耐磨电缆料，其特征在于，所述步骤（2）中无水乙醇和蒸馏水按体积比3~4:1混合，所述白炭黑与环三磷腈衍生物的质量比为1：8~10。

8.如权利要求1~7任一项所述抗压耐磨电缆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将聚氯乙烯树脂、TPU树脂、增塑剂、润滑剂加入高混锅中充分混合，得到混合物A，然后将混合物A经双螺杆挤出机熔融、塑化、共混，挤出造粒得到聚合物颗粒B；

S2、将聚合物颗粒B与改性白炭黑、玻璃纤维加入高混锅中进行预混，得到混合物C，然后将混合物C经双螺杆挤出机熔融、共混后挤出造粒，干燥后得到抗压耐磨电缆料。