一种电缆用改性橡胶及其制备方法与流程

本发明涉及橡胶，尤其是涉及一种电缆用改性橡胶及其制备方法。

背景技术：

1、电缆是一种电能或信号传输装置，通常是由几根或几组导线组成，所有电线电缆都是从导体加工开始，在导体的外围一层一层地加上绝缘、屏蔽、成缆、护层等而制成电线电缆产品，产品结构越复杂，叠加的层次就越多，其中，绝缘层作为电缆材料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，电缆材料性能的好坏对电缆的整体性能产生很大的影响。

2、现有的电缆材料采用的橡胶原料种类单一，产品力学性能较差，电缆一般在露天环境下使用，及其容易磨损和断裂，如果频繁的更换又加大了生产成本，因此越来越需要研发具有优良力学性能的电缆橡胶材料。

技术实现思路

1、为了提高电缆用的橡胶的力学性能，本技术提供一种电缆用改性橡胶及其制备方法。

2、本技术提供的一种电缆用改性橡胶及其制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种电缆用改性橡胶，包括如下重量份数的原料：

4、改性天然橡胶45-65份；

5、丁苯橡胶30-45份；

6、碳酸钙30-60份；

7、炭黑5-15份；

8、陶土30-50份；

9、油料5-15份；

10、氧化锌4-7份；

11、硅烷偶联剂1-4份；

12、硬脂酸1-3份；

13、防老剂5-9份；

14、促进剂3-6份；

15、所述改性天然橡胶经马来酸酐和多孔淀粉改性得到。

16、通过采用上述技术方案，为了解决橡胶的力学性能，本技术通过添加了一些橡胶补强填料，有炭黑、碳酸钙和陶土补强填料，其中炭黑是橡胶中经常使用的一种补强剂，陶土的补强性虽然低于炭黑，但高于碳酸钙，对橡胶的耐磨性、耐水性和耐化学药品性能，此外使用较多的陶土来降低生产成本。碳酸钙可以将降低橡胶制品的原材料成本，提高硫化胶的拉伸强度，撕裂强度以及耐磨性能。这些补强填料的添加，经过互相配合，在橡胶的力学性能、耐磨性、稳定性等方面有很大的提升，但是，填料的添加量一方面有限，是因为这些填料之间在橡胶基体中容易团聚，反而在填料与橡胶分子之间产生界面缺陷，使橡胶的各方面性能降低很多。

17、为了解决添加填料带来的问题，首先将天然橡胶经过了改性处理，将马来酸酐分子接枝在橡胶分子链上，又通过接枝的马来酸酐与多孔淀粉进行反应，马来酸酐的酸酐基团水解与多孔淀粉的羟基发生反应，通过酸酐的分子桥作用，将多孔淀粉接枝在橡胶分子链上。本技术采用多孔淀粉作为橡胶的补强剂，淀粉是一种普遍存在的自然资源，来源广泛，可再生、价廉、无污染等优势，淀粉表面含有大量的羟基，具有孔隙结构的多孔淀粉，其蜂窝的中空结构与炭黑的结构相似，中空结构可以提高橡胶与多孔淀粉的交联结构，因此，本技术通过添加多孔淀粉代替部分炭黑，为了解决淀粉分子存在大量的羟基容易发生团聚的问题，通过马来酸酐的接枝反应，将多孔淀粉接枝在橡胶分子上，使多孔淀粉均匀的分散在橡胶基体中，一方面，在橡胶基体中加入多孔淀粉，由于其均匀分散，削弱了各个补强填料的接触面积，阻碍了填料之间的团聚，改善了填料在橡胶基体中的分散性，提高了材料整体的交联密度，另一方面，在橡胶分子引入的马来酸酐，其部分未反应的酸酐基团与填料表面的羟基基团产生吸附作用，将橡胶层包覆在填料的表面，使填料与橡胶基体的相容性提高，由此，本技术加入的填料，极大地发挥了填料的补强作用，有利于提高橡胶的物理机械性能，改善加工性能，并提高制品的延伸性、拉伸强度、撕裂强度等性能。

18、可选的，所述改性天然橡胶的制备步骤为将天然橡胶溶于甲苯热溶液中，加入马来酸酐、引发剂，得到第一改性天然橡胶；将第一改性天然橡胶加入ph至7-9的多孔淀粉水溶液中反应，得到改性天然橡胶。

19、通过采用上述技术方案，在引发剂作用下，引发自由基接枝反应，马来酸酐接枝到天然橡胶的α－亚甲基碳原子上，在橡胶分子链上接枝马来酸酐，通接枝之后的马来酸酐的酸酐基团引入到橡胶分子链上，与多孔淀粉基团发生进一步的反应得到改性天然橡胶。

20、可选的，所述马来酸酐占所述天然橡胶质量的10-27wt％，所述多孔淀粉占所述第一改性天然橡胶质量的5-10wt％。

21、通过采用上述技术方案，首先通过调整马来酸酐与天然橡胶的质量比，提高马来酸酐的接枝率，紧接着多孔淀粉与接枝到天然橡胶分子上的马来酸酐反应，得到改性天然橡胶。

22、所述多孔淀粉水溶液的制备步骤为将多孔淀粉与水混合，升温搅拌，用氢氧化钠溶液调节ph至7-9，得到多孔淀粉水溶液。

23、通过采用上述技术方案，淀粉葡萄糖残基中2、3和6号位碳原子上的羟基作为活性位点，在碱性条件下，马来酸酐的酸酐基团发生水解，生成羧基与羟基发生反应，将多孔淀粉与天然橡胶通过化学键结合，使多孔淀粉均匀分散在天然橡胶基体中。

24、可选的，所述油料的原料包括机械油和邻苯二甲酸二辛酯，按重量份数计，石蜡油的重量份数为2-8份，邻苯二甲酸二辛酯的重量份数为3-7份。

25、通过采用上述技术方案，在橡胶的混炼过程中，加入油料能够提高填料在胶料中的分散状态，使橡胶中填料聚集体顺利的破碎和分散，混炼过程顺利进行，邻苯二甲酸二辛酯与橡胶相容性好，作为橡胶的增塑剂，可提高橡胶与填料的粘合力，还具有防老化的作用。

26、可选的，所述硅烷偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物和丁二烯基三乙氧基硅烷中的一种。

27、通过采用上述技术方案，使用硅烷偶联剂可以提高橡胶的机械性能，同时可以降低混合胶料的粘度，改善填料与橡胶基体的相容性，消除填料对硫化速度、交联程度的影响。

28、可选的，所述促进剂包括二硫化四甲基秋兰姆、2一巯基苯并噻唑和二乙基二硫代氨基甲酸锌，按重量份数计，二硫化四甲基秋兰姆的重量份数为1-3份，2一巯基苯并噻唑的重量份数为0.08-2.5份，二乙基二硫代氨基甲酸锌的重量份数为0.02-0.5份。

29、通过采用上述技术方案，结合二硫化四甲基秋兰姆、2-巯基苯并噻唑和二乙基二硫代氨基甲酸锌作为橡胶促进剂，能促使硫化剂活化，从而加快硫化剂与橡胶分子的交联反应，降低硫化时间和硫化温度，形成三维交联网络，提高橡胶耐老化性能，强力和弹性性能。

30、可选的，所述防老剂包括石蜡和df-989，按重量份数计，石蜡的重量份数为3-6份，df-989的重量份数为2-3份。

31、通过采用上述技术方案，石蜡作为橡胶防老剂，石蜡分子带有的长侧链的环烷烃，其熔点高，韧性好，形成的致密，较厚的蜡膜，在橡胶表面形成一层均匀的蜡膜，隔绝了其他分子与橡胶表面的接触，复合酯类橡胶防老剂df-989是一种无毒、无污染、不挥发的绿色防老剂，与石蜡结合在橡胶表面形成一层致密保护膜，提高橡胶的防老化性能。

32、第二方面，本技术提供一种电缆用改性橡胶的制备方法，采用如下的技术方案：

33、一种电缆用改性橡胶的制备方法，包括以下步骤：

34、步骤一，将改性天然橡胶塑炼3-7min，加入丁苯橡胶塑炼3-6min，然后加入碳酸钙、炭黑和陶土塑炼，再加入氧化锌、硅烷偶联剂和硬酸酯塑炼，薄通8-15次，打三角包后下片，停放10-13h得到塑炼胶；

35、步骤二，将塑炼胶与防老剂、促进剂和油料混炼后排胶，排出的橡胶薄通3-8次，来回摆胶3-6次，出片，将出片的橡胶硫化，然后停放10-18h，得到改性橡胶。

36、通过采用上述技术方案，将天然橡胶和丁苯橡胶，在密炼机内受高温和强机械作用，产生剧烈氧化作用，能在较短的时间内获得理想的可塑度，开炼机塑炼时，使用薄通比较有效，混炼过程就是将各种添加剂分散在橡胶中，形成一个以橡胶为介质，塑炼胶在炼胶机中受到剪切和拉伸的作用产生流变和断裂、破碎，与填充剂、补强剂、促进剂、硫化剂、防老剂充分接触，使其混入，橡胶的混炼是为提高橡胶制品的物理机械性能，改善加工成型工艺，将所加入的各种配合剂分散均匀，确保胶料的性质一致，然后将橡胶硫化，得到橡胶成品。

37、综上所述，本技术具有以下有益效果：

38、1、本技术采用马来酸酐对天然橡胶进行改性处理，将马来酸酐分子接枝在橡胶分子链上，其部分酸酐基团与填料表面的羟基基团产生吸附作用，将橡胶层包覆在填料的表面，使填料与橡胶基体的相容性提高，改善橡胶的力学性能。

39、2、本技术中优选采用多孔淀粉作为橡胶的补强剂，淀粉表面含有大量的羟基，具有孔隙结构的多孔淀粉，其蜂窝的中空结构与炭黑的结构相似，中空结构可以提高橡胶与多孔淀粉的交联结构，添加多孔淀粉代替部分炭黑，通过接枝的马来酸酐与多孔淀粉进行反应，马来酸酐的酸酐基团水解与多孔淀粉的羟基发生反应，将多孔淀粉接枝在橡胶分子上，使多孔淀粉均匀的分散在橡胶基体中，均匀分散的多孔淀粉削弱了各个补强填料的接触面积，阻碍了填料之间的团聚，改善了填料在橡胶基体中的分散性，提高了材料整体的交联密度。

40、3、本技术通过将石蜡作为橡胶防老剂，石蜡分子带有的长侧链的环烷烃，其熔点高，韧性好，形成的致密，较厚的蜡膜，在橡胶表面形成一层均匀的蜡膜，隔绝了其他分子与橡胶表面的接触，与复合酯类橡胶防老剂df-989配合使用，在橡胶表面形成一层致密保护膜，提高橡胶的防老化性能。