一种低压电力电缆橡胶材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低压电力电缆橡胶材料，其原料按重量份数包括：三元乙丙橡胶55-65份、硅橡胶20-35份、氯磺化聚乙烯10-15份、氧化锌3-5份、硬脂酸0.8-1.2份、茂金属弹性体8-13份、有机蒙脱土15-20份、热裂法炭黑20-35份、甲基丙烯酸锌5-10份、2,4-二氯过氧化苯甲酰2-3份、硫化剂DCP?2-4份、防老剂MC?0.5-1.3份、活性交联助剂N,N’-双亚糠基丙酮0.2-0.6份、聚异丁烯15-20份、红磷1-3份、氢氧化镁0.5-1.5份、促进剂CZ?0.8-1.3份。本发明提出的低压电力电缆橡胶材料，具有优异的耐热老化性能，同时机械强度和阻燃性也得到了提高。
【专利说明】一种低压电力电缆橡胶材料
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电缆橡胶材料【技术领域】，尤其涉及一种低压电力电缆橡胶材料。
【背景技术】
[0002] 电力电缆是一种用于传输和分配电能的电缆，常用于城市地下电网、发电站的引 出线路、工矿企业的内部供电以及过江、过海的水下输电线。电力电缆一般由导体线芯、绝 缘层、屏蔽层和保护层等部分组成，绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上 彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分，绝缘层性能的好坏对电 缆整体性能产生很大的影响，直接关系到电缆能否正常运行。绝缘层可以采用橡胶材料，常 用的胶料有天然-丁苯胶混合物、乙丙胶和丁基胶等。
[0003] 船用电力电缆的安全问题关系到整个电力系统的正常工作，船舶的安全航行。但 因船用电缆的使用环境比较复杂会发生各种老化，其中的绝缘层橡胶材料会出现变色、变 软发粘、产生裂纹、变脆变硬等现象，同时使橡胶材料的物理机械性能降低，强度和伸长率 性能下降，气体透过率增大，介电性能减弱，导致电缆因绝缘层的原因导致在运行中逐渐老 化，最终失效。受不同环境的影响，船用电缆的老化一般分为机械老化、电气老化、水化老 化、过负荷老化和热老化，其中热老化是最普遍、最基本的形式。船用低压电力电缆的热老 化是影响其性能的主要因素。因此，在提高船用电力电缆绝缘层橡胶材料力学性能的基础 上，提高橡胶材料的耐热老化性，防止电缆因绝缘老化失效而导致的安全隐患，保障电气系 统的正常运行，船舶的安全稳定航行具有重要意义。但是，目前现存的低压电力电缆中绝缘 层橡胶材料的耐热老化性能欠佳，不能满足船用的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明提出了一种低压电力电缆橡胶材料，其具有优异的耐热老化性能，同时其 机械强度和阻燃性也得到了提高。
[0005] 本发明提出了一种低压电力电缆橡胶材料，其原料按重量份数包括：三元乙丙橡 胶55-65份、硅橡胶20-35份、氯磺化聚乙烯10-15份、氧化锌3-5份、硬脂酸0. 8-1. 2份、 茂金属弹性体8-13份、有机蒙脱土 15-20份、热裂法炭黑20-35份、甲基丙烯酸锌5-10份、 2, 4-二氯过氧化苯甲酰2-3份、硫化剂DCP 2-4份、防老剂MC 0. 5-1. 3份、活性交联助剂 Ν，Ν'-双亚糠基丙酮0. 2-0. 6份、聚异丁烯15-20份、红磷1-3份、氢氧化镁0. 5-1. 5份、促 进剂 CZ 0· 8-1. 3 份；
[0006] 根据上述原料配比，所述低压电力电缆橡胶材料按照以下工艺进行制备：
[0007] S1、设置密炼机的温度为100-120°C，上顶栓压力为0.5-0. 8MPa，转子转速为 50-80r/min，将三元乙丙橡胶、硅橡胶、氯磺化聚乙烯、茂金属弹性体同时放入密炼机混炼 3-5min，以热裂法炭黑为基准加入1/3的热裂法炭黑，以有机蒙脱土为基准加入1/3的有机 蒙脱土，混炼l_3min，以剩余的热裂法炭黑为基准加入1/2剩余的热裂法炭黑，以剩余的有 机蒙脱土为基准加入1/2剩余的有机蒙脱土，混炼2-4. 5min ;
[0008] S2、将密炼机的温度调节至135-140°c，上顶栓压力设置为0· 4-0. 6MPa，转子转速 为70-lOOr/min，依次加入氧化锌、硬脂酸、甲基丙烯酸锌、红磷、聚异丁烯、氢氧化镁以及 S1中混炼后剩余的热裂法炭黑和S1中混炼后剩余的有机蒙脱土，混炼2-5min后，将念'炼机 的温度调节至100-120°C，依次加入2, 4-二氯过氧化苯甲酰、硫化剂DCP、防老剂MC、活性交 联助剂Ν，Ν' -双亚糠基丙酮、促进剂CZ，混炼2-4min，排胶；
[0009] S3、打开开炼机，调节开炼机的辊距为2-3. 5mm，将S2中排出的胶料投入开炼机薄 通、打三角包后下片，得到混炼胶；
[0010] S4、将S3中获得的混炼胶放入平板硫化机进行硫化并停放30-50h，其中，硫化温 度为140-155°C，硫化压力为16-18MPa，硫化时间为15-20min。 toon] 优选地，所述的低压电力电缆橡胶材料，其原料按重量份数包括：三元乙丙橡胶 60-63份、硅橡胶25-30份、氯磺化聚乙烯10-12份、氧化锌3. 5-4. 2份、硬脂酸1. 0-1. 2份、 茂金属弹性体10-12份、有机蒙脱土 17-19份、热裂法炭黑26-28份、甲基丙烯酸锌7. 5-9 份、2, 4-二氯过氧化苯甲酰2. 2-2. 5份、硫化剂DCP2. 6-3. 0份、防老剂MC 0. 7-1. 1份、活性 交联助剂Ν，Ν' -双亚糠基丙酮0. 4-0. 5份、聚异丁烯17-19份、红磷1. 5-2. 0份、氢氧化镁 1. 0-1. 3 份、促进剂 CZ 1. 0-1. 2 份。
[0012] 优选地，所述的低压电力电缆橡胶材料，其原料按重量份数包括：三元乙丙橡胶 62份、硅橡胶26份、氯磺化聚乙烯12份、氧化锌4份、硬脂酸1. 0份、茂金属弹性体10. 8 份、有机蒙脱土 18份、热裂法炭黑27. 6份、甲基丙烯酸锌8份、2, 4-二氯过氧化苯甲酰2. 4 份、硫化剂DCP 2. 8份、防老剂MC 1. 0份、活性交联助剂Ν，Ν' -双亚糠基丙酮0. 5份、聚异 丁烯18份、红磷1. 8份、氢氧化镁1. 2份、促进剂1. 08份。
[0013] 优选地，在S1中，设置密炼机的温度为110-114°C，上顶栓压力为0. 6-0. 7MPa，转 子转速为60_80r/min。
[0014] 优选地，在S2中，将密炼机的温度调节至138-140 °C，上顶栓压力设置为 0· 5-0. 6MPa，转子转速为 80-90r/min。
[0015] 优选地，在S2中，排胶时的温度为90-105°C。
[0016] 优选地，在S4中，硫化温度为145-150°C，硫化压力为16. 8-17. 3MPa，硫化时间为 16-18min〇
[0017] 优选地，在S4中，硫化温度为148°C，硫化压力为17MPa，硫化时间为17min。
[0018] 本发明所述低压电力电缆橡胶材料，提高了与三元乙丙橡胶配合的硅橡胶的含 量，并对应的添加了氯磺化聚乙烯，提高橡胶耐热老化性的同时防止了因硅橡胶含量增加 引起的阻燃性的降低，并配合添加了红磷，协同提高橡胶材料的阻燃性，具体的，红磷在燃 烧的过程中，会在橡胶材料表面形成致密的交联碳膜，这层碳膜能够防止热分解气体的挥 发以隔绝燃烧反应供热，添加的氢氧化镁与红磷协同作用，进一步提高了橡胶材料的阻燃 性；添加的茂金属弹性体中不含有双键，提高了橡胶材料的耐热老化性，茂金属弹性体中含 有结晶链段，提高了橡胶材料的力学性能；甲基丙烯酸锌在橡胶材料老化的过程中会进一 步交联，保护屏蔽橡胶分子链，减少热氧的攻击，并且甲基丙烯酸锌聚合生成的离子键能增 加总的交联键密度，添加到橡胶材料中，提高橡胶耐热老化性的同时提高了橡胶的拉伸强 度；配合2, 4-二氯过氧化苯甲酰和硫化剂DCP添加的防老剂MC，在硫化过程中可接受自 由基，打开双键，与橡胶交联形成接枝物，避免抽出，保证了橡胶材料的耐热老化性能，同时 增强了热裂法炭黑的补强作用；活性交联助剂Ν，Ν' -双亚糠基丙酮与防老剂配合，进一步 提高了橡胶材料的交联密度和压缩永久变形性，改善了橡胶材料的耐热空气老化性能；添 加的增塑剂聚异丁烯可以插入到橡胶分子之间，适当降低了橡胶分子的交联度，并同时调 节了橡胶材料的硬度，防止了橡胶材料因耐热性提高，断裂伸长率的降低，保证了其力学性 能。
[0019] 本发明中，通过选择合适的组分，调节组分的含量，优化制备工艺，得到了高耐热 老化性，高机械强度、高阻燃性的低压电力电缆橡胶材料，应用到电力电缆中，延长了电力 电缆的使用寿命。
[0020] 本发明实施例中制备的低压电力电缆橡胶材料的性能参数如下表所述：
[0021]
【权利要求】
1. 一种低压电力电缆橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份数包括：三元乙丙橡胶 55-65份、硅橡胶20-35份、氯磺化聚乙烯10-15份、氧化锌3-5份、硬脂酸0. 8-1. 2份、茂 金属弹性体8-13份、有机蒙脱土 15-20份、热裂法炭黑20-35份、甲基丙烯酸锌5-10份、 2, 4-二氯过氧化苯甲酰2-3份、硫化剂DCP 2-4份、防老剂MC 0. 5-1. 3份、活性交联助剂 Ν，Ν'-双亚糠基丙酮0. 2-0. 6份、聚异丁烯15-20份、红磷1-3份、氢氧化镁0. 5-1. 5份、促 进剂 CZ 0· 8-1. 3 份； 根据上述原料配比，所述低压电力电缆橡胶材料按照以下工艺进行制备： 51、 设置密炼机的温度为100-120°C，上顶栓压力为0. 5-0. 8MPa，转子转速为50-80r/ min,将三元乙丙橡胶、娃橡胶、氯磺化聚乙烯、茂金属弹性体同时放入密炼机混炼3-5min, 以热裂法炭黑为基准加入1/3的热裂法炭黑，以有机蒙脱土为基准加入1/3的有机蒙脱土， 混炼l-3min，以剩余的热裂法炭黑为基准加入1/2剩余的热裂法炭黑，以剩余的有机蒙脱 土为基准加入1/2剩余的有机蒙脱土，混炼2-4. 5min ; 52、 将密炼机的温度调节至135-140°C，上顶栓压力设置为0. 4-0. 6MPa，转子转速为 70-lOOr/min，依次加入氧化锌、硬脂酸、甲基丙烯酸锌、红磷、聚异丁烯、氢氧化镁以及S1 中混炼后剩余的热裂法炭黑和S1中混炼后剩余的有机蒙脱土，混炼2 -5min后，将患'炼机的 温度调节至100-120°C，依次加入2, 4-二氯过氧化苯甲酰、硫化剂DCP、防老剂MC、活性交联 助剂Ν，Ν' -双亚糠基丙酮、促进剂CZ，混炼2-4min，排胶； 53、 打开开炼机，调节开炼机的辊距为2-3. 5_，将S2中排出的胶料投入开炼机薄通、 打三角包后下片，得到混炼胶； 54、 将S3中获得的混炼胶放入平板硫化机进行硫化并停放30-50h，其中，硫化温度为 140-155°C，硫化压力为16-18MPa，硫化时间为15-20min。
2. 根据权利要求1所述的低压电力电缆橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份数包 括：三元乙丙橡胶60-63份、硅橡胶25-30份、氯磺化聚乙烯10-12份、氧化锌3. 5-4. 2份、 硬脂酸1. 0-1. 2份、茂金属弹性体10-12份、有机蒙脱土 17-19份、热裂法炭黑26-28份、甲 基丙烯酸锌7. 5-9份、2, 4-二氯过氧化苯甲酰2. 2-2. 5份、硫化剂DCP 2. 6-3. 0份、防老剂 MC 0.7-1. 1份、活性交联助剂Ν，Ν' -双亚糠基丙酮0.4-0. 5份、聚异丁烯17-19份、红磷 1. 5-2. 0份、氢氧化镁1. 0-1. 3份、促进剂CZ 1. 0-1. 2份。
3. 根据权利要求1或2所述的低压电力电缆橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份数 包括：三元乙丙橡胶62份、硅橡胶26份、氯磺化聚乙烯12份、氧化锌4份、硬脂酸1. 0份、 茂金属弹性体10. 8份、有机蒙脱土 18份、热裂法炭黑27. 6份、甲基丙烯酸锌8份、2, 4-二 氯过氧化苯甲酰2. 4份、硫化剂DCP 2. 8份、防老剂MC 1.0份、活性交联助剂Ν，Ν'-双亚糠 基丙酮〇. 5份、聚异丁烯18份、红磷1. 8份、氢氧化镁1. 2份、促进剂1. 08份。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的低压电力电缆橡胶材料，其特征在于，在S1中，设 置密炼机的温度为110_114°C，上顶栓压力为0. 6-0. 7MPa，转子转速为60-80r/min。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的低压电力电缆橡胶材料，其特征在于，在S2中，将 密炼机的温度调节至138-140°C，上顶栓压力设置为0. 5-0. 6MPa，转子转速为80-90r/min。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的低压电力电缆橡胶材料，其特征在于，在S2中，排 胶时的温度为90-105°C。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的低压电力电缆橡胶材料，其特征在于，在S4中，硫 化温度为145-150°C，硫化压力为16. 8-17. 3MPa，硫化时间为16-18min。
8.根据权利要求7所述的低压电力电缆橡胶材料，其特征在于，在S4中，硫化温度为 148°C，硫化压力为17MPa，硫化时间为17min。
【文档编号】C08K3/02GK104194165SQ201410424604
【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