一种电缆护套用高性能橡胶材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电缆护套用高性能橡胶材料，其原料按重量份数包括：丁苯橡胶40-55份、三元乙丙橡胶30-35份、天然橡胶15-25份、氧化锌5-6.8份、硬脂酸2-3份、过氧化二异丙苯1.4-1.8份、山梨酸10-15份、陶土5-8份、偶联剂5-8份、高岭土10-18份、改性紫炭黑15-25份、白炭黑5-13份、二氧化硅30-45份、螺旋纳米碳纤维15-25份、促进剂TMTD?0.8-1.2份、促进剂ZDC?0.4-0.6份、甲基丙烯酸镁5-15份、耐热剂LiCO3-50?3-6份、微胶囊化红磷3-5.8份、防老剂GM?3-8份、微晶石蜡0.8-1.8份；将原料塑炼、混炼和硫化后得到所述电缆护套用高性能橡胶材料，其中，硫化温度为145-155℃，硫化压力为15-18MPa，硫化时间为25-35min。本发明提出的电缆护套用高性能橡胶材料，具有高的强度，耐磨性和阻燃性。
【专利说明】一种电缆护套用高性能橡胶材料
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电缆护套【技术领域】，尤其涉及一种电缆护套用高性能橡胶材料。
【背景技术】
[0002] 社会的快速发展为电力电缆带来了机遇也带来了挑战，随着风力发电、航空、油田 领域的发展，电力电缆的性能要求越来越高。首先，电力电缆多用在气候条件恶劣的地区， 气温寒冷，昼夜温差大，应具有良好的耐低温性，且耐紫外线、耐气候老化性能优异；其次， 电缆按使用场合分移动和固定安装用电缆，移动用电缆需频繁扭转，应具有良好的抗扭转 性能和弯曲性能；再次，电用电缆有时会接触油污，在特殊环境下会遭受海水腐蚀，应具有 耐油和耐腐蚀性能；另外还应该具有有良好的阻燃性能、耐老化性能。电力电缆中的护套是 其重要组成部分，护套的性能好坏决定着电力电缆的整体寿命，现存的护套橡胶材料力学 性能、阻燃性能、耐磨性等综合性能欠佳，不能满足社会的需求。提高护套橡胶材料的综合 性能，延长电力电缆的使用寿命具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 本发明提出了一种电缆护套用高性能橡胶材料，其具有高的强度，同时其耐磨性 和阻燃性也得到了提高。
[0004] 本发明提出了一种电缆护套用高性能橡胶材料，其原料按重量份数包括：丁苯橡 胶40-55份、三元乙丙橡胶30-35份、天然橡胶15-25份、氧化锌5-6. 8份、硬脂酸2-3份、过 氧化二异丙苯1.4-1. 8份、山梨酸10-15份、陶土 5-8份、偶联剂5-8份、高岭土 10-18份、 改性紫炭黑15-25份、白炭黑5-13份、二氧化硅30-45份、螺旋纳米碳纤维15-25份、促进 剂丁]\〇1)0.8-1.2份、促进剂20(：0.4-0.6份、甲基丙烯酸镁5-15份、耐热剂1^〇) 3-50 3-6 份、微胶囊化红磷3-5. 8份、防老剂GM 3-8份、微晶石蜡0. 8-1. 8份；所述螺旋纳米碳纤维 按照以下工艺进行制备：在搅拌状态下，将氯化铜水溶液滴加到酒石酸钾钠的水溶液中反 应3-5min,过滤，收集滤渔,将滤渔用无水乙醇洗漆后在115-125°C干燥，然后装入陶瓷小 舟中放入反应管，将反应管抽真空后加热到260-280°C，保温40-60min，通入乙炔气体至常 压，保温30-80min后抽出残余气体，降温后取出；其中，氯化铜溶液中的氯化铜与酒石酸钾 钠水溶液中的酒石酸钾钠的物质的量之比为1:1-1. 3 ;
[0005] 根据上述原料配比，采用以下工艺进行制备电缆护套用高性能橡胶材料：
[0006] S1、将开炼机的温度设置为40-55°C，辊距设置为l-3mm，同时加入丁苯橡胶、三元 乙丙橡胶和天然橡胶，调节开炼机温度为60-70°C，塑炼3-5min ;依次加入陶土、高岭土、白 炭黑、二氧化硅、改性紫炭黑和螺旋纳米碳纤维和偶联剂，塑炼3-6min ;加入氧化锌、硬脂 酸、山梨酸、甲基丙烯酸镁后塑炼2-4min ;加入耐热剂LiC03-50、微晶石蜡、微胶囊化红磷、 防老剂GM，塑炼2-3min ;薄通3-6次、打三角包后下片，停放8-12h得到塑炼胶；
[0007] S2、将S1中的塑炼胶放入密炼机，调节密炼机的温度为110_120°C，加入过氧化二 异丙苯、促进剂TMTD和促进剂ZDC，混炼2-3min后排胶；
[0008] S3、将S2中排出的橡胶加入到开炼机中，设置开炼机的辊距为0. 8-1. 5mm，温度为 室温，薄通3-5次，来回摆胶4-5次，出片；
[0009] S4、将S3中出片的橡胶硫化，然后停放25_35h，其中，硫化温度为145_155°C，硫化 压力为15_18MPa，硫化时间为25-35min。
[0010] 优选地，所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其原料按重量份数包括：丁苯橡胶 45-48份、三元乙丙橡胶33-34份、天然橡胶19-21份、氧化锌6-6. 3份、硬脂酸2. 4-2. 6份、 过氧化二异丙苯1. 5-1. 7份、山梨酸13-13. 6份、陶土6-7份、偶联剂7-7. 6份、高岭土 13-15 份、改性紫炭黑20-23份、白炭黑10-12. 5份、二氧化硅35-40份、螺旋纳米碳纤维18-22 份、促进剂TMTD 1. 0-1. 2份、促进剂ZDC 0. 48-0. 53份、甲基丙烯酸镁10-12. 5份、耐热剂 LiC03-50 4-4. 5份、微胶囊化红磷4-5. 3份、防老剂GM 6-7. 2份、微晶石蜡1. 3-1. 5份。 [0011] 优选地，所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其原料按重量份数包括：丁苯橡胶 47份、三元乙丙橡胶33. 5份、天然橡胶19. 5份、氧化锌6. 2份、硬脂酸2. 48份、过氧化二异 丙苯1. 59份、山梨酸13. 4份、陶土 6. 4份、偶联剂7. 3份、高岭土 13. 9份、改性紫炭黑22. 4 份、白炭黑11. 6份、二氧化硅38份、螺旋纳米碳纤维20份、促进剂TMTD 1. 14份、促进剂 ZDC 0. 51份、甲基丙烯酸镁11份、耐热剂LiC03-50 4. 34份、微胶囊化红磷4. 7份、防老剂 GM 6. 5份、微晶石蜡1.38份。
[0012] 优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
[0013] 优选地，所述改性紫炭黑为硅烷偶联剂改性；所述硅烷偶联剂为Si-69、DL171、 KH550、KH570、KH792、KH560、DL602 中的一种。
[0014] 优选地，在螺旋纳米碳纤维的制备过程中，氯化铜溶液中氯化铜的物质的量浓度 为0. 2-0. 5mol/L，酒石酸钾钠溶液中酒石酸钾钠的物质的量浓度为0. 25-0. 4mol/L。
[0015] 优选地，在S4中，硫化温度为150-152°C，硫化压力为16-17MPa，硫化时间为 30_32min 〇
[0016] 优选地，硫化温度为151°C，硫化压力为16MPa，硫化时间为30min。
[0017] 本发明所述电缆护套用高阻燃橡胶材料，选择了丁苯橡胶为生胶，并配合添加了 三元乙丙橡胶和天然橡胶，提高了橡胶材料的强度；配合氧化锌和二氧化硅添加了山梨酸， 山梨酸中的羧基会与二氧化硅表面的硅羟基形成氢键，大大减弱了二氧化硅分子间的作用 力，提高了二氧化硅的分散性，同时作为一种界面改性剂增加了二氧化硅与橡胶基体的结 合，增加了结合胶的含量，提高了橡胶的力学性能，橡胶材料受到摩擦时填料不易被剥落， 提高了橡胶材料的耐摩擦性能；配合添加的氧化锌与山梨酸原位生成的山梨酸盐对橡胶起 到补强效果，进一步提高了橡胶材料的性能；添加的陶土一方面可以与硬脂酸进行物理吸 附，另一方面表面的羟基可以与偶联剂作用，在橡胶和陶土之间形成氢键，提高了橡胶分子 的力学性能；另一方面，陶土作为无机填料，在橡胶分子中呈片层分布，不仅可以隔热，防止 橡胶燃烧层内部橡胶升温，而且可以隔氧，降低燃烧层内部橡胶的含氧浓度，并能防止橡胶 基体内部小分子可燃气体向外散逸，提高了橡胶材料的阻燃性，与胶囊化红磷配合使用，进 一步提高了橡胶材料的阻燃性，得到了电缆护套用高性能橡胶材料。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发 明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发 明的保护范围内。
[0019] 实施例1
[0020] 本发明所述电缆护套用高性能橡胶材料，其原料按重量份数包括：丁苯橡胶55 份、三元乙丙橡胶30份、天然橡胶15份、氧化锌6. 8份、硬脂酸2份、过氧化二异丙苯1. 4 份、山梨酸10份、陶土 8份、偶联剂8份、高岭土 10份、改性紫炭黑25份、白炭黑5份、二氧 化硅45份、螺旋纳米碳纤维25份、促进剂TMTD 0. 8份、促进剂ZDC 0. 6份、甲基丙烯酸镁 5份、耐热剂LiC03-50 6份、微胶囊化红磷3份、防老剂GM 3份、微晶石蜡0. 8份；所述偶联 剂为硅烷偶联剂；所述改性紫炭黑为硅烷偶联剂KH792改性；
[0021] 所述螺旋纳米碳纤维按照以下工艺进行制备：在搅拌状态下，将0. 5mol/L的氯化 铜水溶液滴加到〇. 4mol/L的酒石酸钾钠的水溶液中反应3min，过滤，收集滤渣，将滤渣用 无水乙醇洗漆后在125°C干燥，然后装入陶瓷小舟中放入反应管，将反应管抽真空后加热到 280°C，保温40min，通入乙炔气体至常压，保温80min后抽出残余气体，降温后取出；其中， 氯化铜溶液中的氯化铜与酒石酸钾钠水溶液中的酒石酸钾钠的物质的量之比为1:1. 3 ;
[0022] 根据上述原料配比，采用以下工艺进行制备电缆护套用高性能橡胶材料：
[0023] S1、将开炼机的温度设置为40°C，辊距设置为1. 8mm，同时加入丁苯橡胶、三元乙 丙橡胶和天然橡胶，调节开炼机温度为60°C，塑炼5min ;依次加入陶土、高岭土、白炭黑、二 氧化硅、改性紫炭黑和螺旋纳米碳纤维和偶联剂，塑炼6min ;加入氧化锌、硬脂酸、山梨酸、 甲基丙烯酸镁后塑炼4min ;加入耐热剂LiC03-50、微晶石蜡、微胶囊化红磷、防老剂GM，塑 炼3min ;薄通6次、打三角包后下片，停放10h得到塑炼胶；
[0024] S2、将S1中的塑炼胶放入密炼机，调节密炼机的温度为120°C，加入过氧化二异丙 苯、促进剂TMTD和促进剂ZDC，混炼3min后排胶；
[0025] S3、将S2中排出的橡胶加入到开炼机中，设置开炼机的辊距为1. 5mm，温度为室 温，薄通4次，来回摆胶4次，出片；
[0026] S4、将S3中出片的橡胶硫化，然后停放25h，其中，硫化温度为145°C，硫化压力为 18MPa，硫化时间为25min。
[0027] 实施例2
[0028] 本发明所述电缆护套用高性能橡胶材料，其原料按重量份数包括：丁苯橡胶40 份、三元乙丙橡胶35份、天然橡胶25份、氧化锌5份、硬脂酸3份、过氧化二异丙苯1. 8份、 山梨酸15份、陶土 5份、偶联剂5份、高岭土 18份、改性紫炭黑15份、白炭黑13份、二氧化 硅30份、螺旋纳米碳纤维15份、促进剂TMTD 1. 2份、促进剂ZDC 0. 4份、甲基丙烯酸镁15 份、耐热剂LiC03-50 3份、微胶囊化红磷5. 8份、防老剂GM 8份、微晶石蜡1. 8份；所述偶 联剂为钛酸酯偶联剂；所述改性紫炭黑为硅烷偶联剂KH560改性；
[0029] 所述螺旋纳米碳纤维按照以下工艺进行制备：在搅拌状态下，将0. 2mol/L的氯化 铜水溶液滴加到〇. 25mol/L的酒石酸钾钠的水溶液中反应5min，过滤，收集滤渣，将滤渣用 无水乙醇洗漆后在118°C干燥，然后装入陶瓷小舟中放入反应管，将反应管抽真空后加热到 260°C，保温60min，通入乙炔气体至常压，保温30min后抽出残余气体，降温后取出；其中， 氯化铜溶液中的氯化铜与酒石酸钾钠水溶液中的酒石酸钾钠的物质的量之比为1:1. 2 ;
[0030] 根据上述原料配比，采用以下工艺进行制备电缆护套用高性能橡胶材料：
[0031] S1、将开炼机的温度设置为55°C，辊距设置为3mm，同时加入丁苯橡胶、三元乙丙 橡胶和天然橡胶，调节开炼机温度为70°C，塑炼3. 5min ;依次加入陶土、高岭土、白炭黑、二 氧化硅、改性紫炭黑和螺旋纳米碳纤维和偶联剂，塑炼3min ;加入氧化锌、硬脂酸、山梨酸、 甲基丙烯酸镁后塑炼2. 6min ;加入耐热剂LiC03-50、微晶石蜡、微胶囊化红磷、防老剂GM， 塑炼2min ;薄通4次、打三角包后下片，停放8h得到塑炼胶；
[0032] S2、将S1中的塑炼胶放入密炼机，调节密炼机的温度为110°C，加入过氧化二异丙 苯、促进剂TMTD和促进剂ZDC，混炼2min后排胶；
[0033] S3、将S2中排出的橡胶加入到开炼机中，设置开炼机的辊距为1. 3mm，温度为室 温，薄通3次，来回摆胶4次，出片；
[0034] S4、将S3中出片的橡胶硫化，然后停放35h，其中，硫化温度为155°C，硫化压力为 15MPa，硫化时间为35min。
[0035] 实施例3
[0036] 本发明所述电缆护套用高性能橡胶材料，其原料按重量份数包括：丁苯橡胶47 份、三元乙丙橡胶33. 5份、天然橡胶19. 5份、氧化锌6. 2份、硬脂酸2. 48份、过氧化二异丙 苯1. 59份、山梨酸13. 4份、陶土 6. 4份、偶联剂7. 3份、高岭土 13. 9份、改性紫炭黑22. 4 份、白炭黑11. 6份、二氧化硅38份、螺旋纳米碳纤维20份、促进剂TMTD 1. 14份、促进剂ZDC 〇. 51份、甲基丙烯酸镁11份、耐热剂LiC03-50 4. 34份、微胶囊化红磷4. 7份、防老剂GM 6. 5份、微晶石蜡1. 38份；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述改性紫炭黑为硅烷偶联剂Si-69 改性；
[0037] 所述螺旋纳米碳纤维按照以下工艺进行制备：在搅拌状态下，将0. 3mol/L的氯化 铜水溶液滴加到〇. 3mol/L的酒石酸钾钠的水溶液中反应4min，过滤，收集滤渣，将滤渣用 无水乙醇洗漆后在115°C干燥，然后装入陶瓷小舟中放入反应管，将反应管抽真空后加热到 268°C，保温45min，通入乙炔气体至常压，保温60min后抽出残余气体，降温后取出；其中， 氯化铜溶液中的氯化铜与酒石酸钾钠水溶液中的酒石酸钾钠的物质的量之比为1:1 ;
[0038] 根据上述原料配比，采用以下工艺进行制备电缆护套用高性能橡胶材料：
[0039] S1、将开炼机的温度设置为45°C，辊距设置为1mm，同时加入丁苯橡胶、三元乙丙 橡胶和天然橡胶，调节开炼机温度为66°C，塑炼3min;依次加入陶土、高岭土、白炭黑、二氧 化硅、改性紫炭黑和螺旋纳米碳纤维和偶联剂，塑炼4min ;加入氧化锌、硬脂酸、山梨酸、甲 基丙烯酸镁后塑炼2min ;加入耐热剂LiC03-50、微晶石蜡、微胶囊化红磷、防老剂GM，塑炼 2. 5min ;薄通3次、打三角包后下片，停放12h得到塑炼胶；
[0040] S2、将S1中的塑炼胶放入密炼机，调节密炼机的温度为113°C，加入过氧化二异丙 苯、促进剂TMTD和促进剂ZDC，混炼2. 3min后排胶；
[0041] S3、将S2中排出的橡胶加入到开炼机中，设置开炼机的辊距为0. 8mm，温度为室 温，薄通5次，来回摆胶5次，出片；
[0042] S4、将S3中出片的橡胶硫化，然后停放30h，其中，硫化温度为151°C，硫化压力为 16MPa，硫化时间为30min。
【权利要求】
1. 一种电缆护套用高性能橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份数包括：丁苯橡胶 40-55份、三元乙丙橡胶30-35份、天然橡胶15-25份、氧化锌5-6. 8份、硬脂酸2-3份、过 氧化二异丙苯1. 4-1. 8份、山梨酸10-15份、陶土 5-8份、偶联剂5-8份、高岭土 10-18份、 改性紫炭黑15-25份、白炭黑5-13份、二氧化硅30-45份、螺旋纳米碳纤维15-25份、促进 剂丁]?11)0.8-1.2份、促进剂20(：0.4-0.6份、甲基丙烯酸镁5-15份、耐热剂1^〇) 3-50 3-6 份、微胶囊化红磷3-5. 8份、防老剂GM 3-8份、微晶石蜡0. 8-1. 8份；所述螺旋纳米碳纤维 按照以下工艺进行制备：在搅拌状态下，将氯化铜水溶液滴加到酒石酸钾钠的水溶液中反 应3-5min,过滤，收集滤渔,将滤渔用无水乙醇洗漆后在115-125°C干燥，然后装入陶瓷小 舟中放入反应管，将反应管抽真空后加热到260-280°C，保温40-60min，通入乙炔气体至常 压，保温30-80min后抽出残余气体，降温后取出；其中，氯化铜溶液中的氯化铜与酒石酸钾 钠水溶液中的酒石酸钾钠的物质的量之比为1:1-1. 3 ; 根据上述原料配比，采用以下工艺进行制备电缆护套用高性能橡胶材料： 51、 将开炼机的温度设置为40-55°C，辊距设置为l_3mm，同时加入丁苯橡胶、三元乙丙 橡胶和天然橡胶，调节开炼机温度为60-70°C，塑炼3-5min ;依次加入陶土、高岭土、白炭 黑、二氧化硅、改性紫炭黑和螺旋纳米碳纤维和偶联剂，塑炼3-6min ;加入氧化锌、硬脂酸、 山梨酸、甲基丙烯酸镁后塑炼2-4min ;加入耐热剂LiC03-50、微晶石蜡、微胶囊化红磷、防老 剂GM，塑炼2-3min ;薄通3-6次、打三角包后下片，停放8-12h得到塑炼胶； 52、 将S1中的塑炼胶放入密炼机，调节密炼机的温度为110-120°C，加入过氧化二异丙 苯、促进剂TMTD和促进剂ZDC，混炼2-3min后排胶； 53、 将S2中排出的橡胶加入到开炼机中，设置开炼机的辊距为0. 8-1. 5mm，温度为室 温，薄通3-5次，来回摆胶4-5次，出片； 54、 将S3中出片的橡胶硫化，然后停放25-35h，其中，硫化温度为145-155°C，硫化压力 为15-18MPa，硫化时间为25-35min。
2. 根据权利要求1所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份 数包括：丁苯橡胶45-48份、三元乙丙橡胶33-34份、天然橡胶19-21份、氧化锌6-6. 3份、 硬脂酸2. 4-2. 6份、过氧化二异丙苯1. 5-1. 7份、山梨酸13-13. 6份、陶土 6-7份、偶联剂 7-7. 6份、高岭土 13-15份、改性紫炭黑20-23份、白炭黑10-12. 5份、二氧化硅35-40份、螺 旋纳米碳纤维18-22份、促进剂TMTD 1. 0-1. 2份、促进剂ZDC 0. 48-0. 53份、甲基丙烯酸镁 10-12. 5份、耐热剂LiC03-50 4-4. 5份、微胶囊化红磷4-5. 3份、防老剂GM 6-7. 2份、微晶 石錯1. 3-1. 5份。
3. 根据权利要求1或2所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其特征在于，其原料按重 量份数包括：丁苯橡胶47份、三元乙丙橡胶33. 5份、天然橡胶19. 5份、氧化锌6. 2份、硬 脂酸2. 48份、过氧化二异丙苯1. 59份、山梨酸13. 4份、陶土 6. 4份、偶联剂7. 3份、高岭土 13. 9份、改性紫炭黑22. 4份、白炭黑11. 6份、二氧化硅38份、螺旋纳米碳纤维20份、促进 剂TMTD 1. 14份、促进剂ZDC 0. 51份、甲基丙烯酸镁11份、耐热剂LiC03-50 4. 34份、微胶 囊化红磷4. 7份、防老剂GM 6. 5份、微晶石蜡1. 38份。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其特征在于，所述 偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其特征在于，所述 改性紫炭黑为硅烷偶联剂改性；所述硅烷偶联剂为Si-69、DL171、KH550、KH570、KH792、 KH560、DL602 中的一种。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其特征在于，在螺 旋纳米碳纤维的制备过程中，氯化铜溶液中氯化铜的物质的量浓度为〇. 2-0. 5mol/L，酒石 酸钾钠溶液中酒石酸钾钠的物质的量浓度为〇. 25-0. 4mol/L。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其特征在于，在S4 中，硫化温度为150-152°C，硫化压力为16-17MPa，硫化时间为30-32min。
8. 根据权利要求7所述的电缆护套用高性能橡胶材料，其特征在于，在S4中，硫化温度 为151°C，硫化压力为16MPa，硫化时间为30min。
【文档编号】C08K3/04GK104194100SQ201410424913
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】李正祥, 刁宏明, 王赵兰, 刘琴 申请人:安徽蓝德集团股份有限公司