CN105733107A - 一种铁路机车用高效阻燃电缆材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路机车用高效阻燃电缆材料，由以下重量份的原料制备制成：氢氧化镁57、高岭土911、聚合氯化铝68、锡铋合金粉68、聚丙烯2633、聚磷酸铵67、导电云母粉79、硬脂酸34、聚丙烯酰胺12、抗氧化剂1680.40.6、三元乙丙橡胶4855、聚烯烃3035、无水乙醇适量、去离子水适量；本发明能够显著提高材料的抗水性和防潮性，提高填料在高分子材料中的抗渗析性，高效阻燃、防潮防水、安全环保、耐热性能好、耐紫外、耐油耐化学性高，使用寿命长，值得推广。

Description

一种铁路机车用高效阻燃电缆材料
技术领域
本发明涉及电缆材料技术领域，尤其涉及一种铁路机车用高效阻燃电缆材料。
背景技术
聚合物由于其价格低廉、质地轻、比强度大，导热系数小和化学稳定性好等特点被广泛的应用于生产生活的各个领域。大多数的聚合物都是良好的电绝缘体，电阻率高，容易产生静电，从而限制其应用。抗静电的危害越来越大，如干扰飞机无线电设备的正常运转，影响飞机的运行，制药厂设备聚合物外壳容易静电吸附尘埃，影响药品纯度等，近几年，国家铁路交通发展迅速，铁路***的控制越来越复杂，电气控制设备越来越多，对电缆需求量也越来越大。其中抗静电性显得尤其重要。
《导电_抗静电聚合物纳米复合材料的制备及其性能研究》一文中作者利用低熔点金属、碳纳米管等导电填料制备得到导电抗静电聚合物复合材料及纤维，提出了新的制备方法和新原理，采用电导率高、易加工的低熔点金属作为导电填料，通过熔融共混以及固相拉伸等方法，制备出复合纤维，得出聚合物/低熔点导电金属复合纤维具有电阻率随着拉伸倍率的提高而降低的性质，与未含有低导电熔点纤维的复合纤维比较，其复合纤维的强度和断裂伸长率都有所提高。通过在复合纤维中添加碳纳米管和纳米蒙脱土显著降低了金属颗粒粒径，使得复合纤维获得了更加优异的电性能和力学性能。虽然本发明能够解决电缆导电抗静电等方面的要求，但是随着机车技术的发展，对电缆的铺设环境和使用性能要求越来越高，单纯的单一性能已不能满足市场需求，本发明在这基础上进行改进，以期达到耐弯曲性能好、防火阻燃、绿色环保、耐老化等的特性，使其达到铁路工程中对电缆的使用要求。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种铁路机车用高效阻燃电缆材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铁路机车用高效阻燃电缆材料，由以下重量份的原料制备制成：氢氧化镁5-7、高岭土9-11、聚合氯化铝6-8、锡铋合金粉6-8、聚丙烯26-33、聚磷酸铵6-7、导电云母粉7-9、硬脂酸3-4、聚丙烯酰胺1-2、抗氧化剂1680.4-0.6、三元乙丙橡胶48-55、聚烯烃30-35、无水乙醇适量、去离子水适量。
所述一种铁路机车用高效阻燃电缆材料，由以下具体步骤制备制成：
（1）将聚磷酸铵和无水乙醇按照质量比1:5-8混合超声分散得分散液，氢氧化镁和无水乙醇按照质量比1:8-10混合超声分散得分散液，将两者分散液混合搅拌均匀，将高岭土用去离子水洗后在600-900℃下煅烧2-3h，冷却至室温粉碎后加到上述混合分散液中，搅拌均匀后加入聚合氯化铝和适量氨水，然后搅拌升高温度至55-75℃，反应1-1.5h，过滤，沉淀用去离子水洗涤数遍后置于烘箱中烘干；
（2）将导电云母粉、无水乙醇和硬脂酸搅拌加热升高温度至45-55℃，搅拌均匀后用氨水调节成碱性，将正硅酸乙酯和去离子水配成溶液，用氨水调节pH值9.5-10.5，再将溶液混合搅拌反应2-3h，反应结束后用冰醋酸调节pH值呈中性，此时加入聚丙烯酰胺边搅拌边降至室温，过滤，产物用去离子水洗涤成中性后烘干；
（3）将聚丙烯在烘箱中80℃下烘干6-8h，冷却后切成颗粒，将锡铋合金粉、步骤（2）制备的产物、抗氧化剂168和预处理的聚丙烯粒料按照配比在高速搅拌机中混合均匀，然后加到双螺杆挤出机挤出造粒，再将颗粒在80℃下烘干4-5h，之后置于毛细管流变仪中，制成混合原丝，将原丝夹持在夹具上，在170-180℃的环境加热箱内，以10mm/min的速度均匀拉伸纤维；
（4）将剩余其余的成分按照配方量和步骤（1）制备的产物通过密炼机熔融共混，温度为160-175℃，时间为15-25min，再使用开炼机将步骤（3）制备的产物混入上述复合材料中，最后通过单螺杆挤出机造粒，再将粒子在10-15m/min的挤出速率下，通过挤压模挤出成缆材冷却至常温即可。
本发明的优点是：本发明通过使用低熔点金属作为导电填料，结合熔融混合和固相拉伸的手段，制备了导电、抗静电复合纤维，使其拥有良好的强度和断裂伸长率，且具有优异的导电性能和力学性能，解决了金属与基体材料相容性差、容易氧化导致电导率下降的问题，通过对导电云母改性，利用正硅酸乙酯和聚丙烯酰胺使其包覆在云母表面，改性后的导电云母热稳定性、阻燃性得到很大程度的提高，本发明还利用不同性质的阻燃剂通过化学反应包覆在聚磷酸铵的表面，有效提高了材料的阻燃性能、防水性和聚合物之间的相容性，不影响高分子材料本身的力学性能和机械性能，本发明能够显著提高材料的抗水性和防潮性，提高填料在高分子材料中的抗渗析性，高效阻燃、防潮防水、安全环保、耐热性能好、耐紫外、耐油耐化学性高，使用寿命长，值得推广。
具体实施方式
一种铁路机车用高效阻燃电缆材料，由以下重量份（公斤）的原料制备制成：氢氧化镁5、高岭土9、聚合氯化铝6、锡铋合金粉6、聚丙烯26、聚磷酸铵6、导电云母粉7、硬脂酸3、聚丙烯酰胺1、抗氧化剂1680.4、三元乙丙橡胶48、聚烯烃30、无水乙醇适量、去离子水适量。
所述一种铁路机车用高效阻燃电缆材料，由以下具体步骤制备制成：
（1）将聚磷酸铵和无水乙醇按照质量比1:5混合超声分散得分散液，氢氧化镁和无水乙醇按照质量比1:8混合超声分散得分散液，将两者分散液混合搅拌均匀，将高岭土用去离子水洗后在600℃下煅烧2h，冷却至室温粉碎后加到上述混合分散液中，搅拌均匀后加入聚合氯化铝和适量氨水，然后搅拌升高温度至55℃，反应1h，过滤，沉淀用去离子水洗涤数遍后置于烘箱中烘干；
（2）将导电云母粉、无水乙醇和硬脂酸搅拌加热升高温度至45℃，搅拌均匀后用氨水调节成碱性，将正硅酸乙酯和去离子水配成溶液，用氨水调节pH值9.5，再将溶液混合搅拌反应2h，反应结束后用冰醋酸调节pH值呈中性，此时加入聚丙烯酰胺边搅拌边降至室温，过滤，产物用去离子水洗涤成中性后烘干；
（3）将聚丙烯在烘箱中80℃下烘干6h，冷却后切成颗粒，将锡铋合金粉、步骤（2）制备的产物、抗氧化剂168和预处理的聚丙烯粒料按照配比在高速搅拌机中混合均匀，然后加到双螺杆挤出机挤出造粒，再将颗粒在80℃下烘干4h，之后置于毛细管流变仪中，制成混合原丝，将原丝夹持在夹具上，在170℃的环境加热箱内，以10mm/min的速度均匀拉伸纤维；
（4）将剩余其余的成分按照配方量和步骤（1）制备的产物通过密炼机熔融共混，温度为160℃，时间为15min，再使用开炼机将步骤（3）制备的产物混入上述复合材料中，最后通过单螺杆挤出机造粒，再将粒子在10m/min的挤出速率下，通过挤压模挤出成缆材冷却至常温即可。
该机车电缆材料的性能测试如下：
拉伸强度（MPa）：16.3；断裂伸长率（%）：382；体积电阻率（Ω.m）：3.4×1013；介电强度（MV/m）：25；氧指数（%）：35；载荷下伸长率（%）：10；永久变形率（%）：0。

Claims (2)

1.一种铁路机车用高效阻燃电缆材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备制成：氢氧化镁5-7、高岭土9-11、聚合氯化铝6-8、锡铋合金粉6-8、聚丙烯26-33、聚磷酸铵6-7、导电云母粉7-9、硬脂酸3-4、聚丙烯酰胺1-2、抗氧化剂1680.4-0.6、三元乙丙橡胶48-55、聚烯烃30-35、无水乙醇适量、去离子水适量。
2.根据权利要求1所述一种铁路机车用高效阻燃电缆材料，其特征在于，由以下具体步骤制备制成：
（1）将聚磷酸铵和无水乙醇按照质量比1:5-8混合超声分散得分散液，氢氧化镁和无水乙醇按照质量比1:8-10混合超声分散得分散液，将两者分散液混合搅拌均匀，将高岭土用去离子水洗后在600-900℃下煅烧2-3h，冷却至室温粉碎后加到上述混合分散液中，搅拌均匀后加入聚合氯化铝和适量氨水，然后搅拌升高温度至55-75℃，反应1-1.5h，过滤，沉淀用去离子水洗涤数遍后置于烘箱中烘干；
（2）将导电云母粉、无水乙醇和硬脂酸搅拌加热升高温度至45-55℃，搅拌均匀后用氨水调节成碱性，将正硅酸乙酯和去离子水配成溶液，用氨水调节pH值9.5-10.5，再将溶液混合搅拌反应2-3h，反应结束后用冰醋酸调节pH值呈中性，此时加入聚丙烯酰胺边搅拌边降至室温，过滤，产物用去离子水洗涤成中性后烘干；
（3）将聚丙烯在烘箱中80℃下烘干6-8h，冷却后切成颗粒，将锡铋合金粉、步骤（2）制备的产物、抗氧化剂168和预处理的聚丙烯粒料按照配比在高速搅拌机中混合均匀，然后加到双螺杆挤出机挤出造粒，再将颗粒在80℃下烘干4-5h，之后置于毛细管流变仪中，制成混合原丝，将原丝夹持在夹具上，在170-180℃的环境加热箱内，以10mm/min的速度均匀拉伸纤维；
（4）将剩余其余的成分按照配方量和步骤（1）制备的产物通过密炼机熔融共混，温度为160-175℃，时间为15-25min，再使用开炼机将步骤（3）制备的产物混入上述复合材料中，最后通过单螺杆挤出机造粒，再将粒子在10-15m/min的挤出速率下，通过挤压模挤出成缆材冷却至常温即可。
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