CN108250592B - 一种放线轮及其包胶材料和该包胶材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种放线轮及其包胶材料和该包胶材料的制备方法，属于橡胶材料及其制备方法领域。本发明的放线轮包胶材料由如下质量百分比的组分组成：50～55％三元乙丙橡胶、30～35％白炭黑、1～2％偶联剂、4～6％着色剂、1～3％石蜡油、4～6％齐聚酯、1.5～2％过氧化二异丙苯、1～1.5％硫磺；其制备步骤为：母炼胶混炼；母炼胶加硫；预成型；一段硫化；二段硫化。本发明制备的放线轮包胶具有表面摩擦系数小、弹性及耐磨性好、压缩模量大等优点，同时具有优异的力学强度以及优良的耐天候老化性能。

Description

一种放线轮及其包胶材料和该包胶材料的制备方法
技术领域
本发明属于橡胶材料及其制备方法技术领域，更具体地说，涉及一种以三元乙丙橡胶为基体的，可用于放线轮包胶的材料及其制备方法。
背景技术
电缆线作为电能输送的主要载体，使用量和铺设工作都非常巨大。传统电力***铺设电缆工作时主要是依靠人力把电缆从电缆盘上取下再进行敷设电缆，费时费力，工作效率低，特别是在敷设大批量电缆工作时，往往会浪费大量的人力资源，从而增加了施工成本，延缓了施工进度。随着我国特高压技术的不断发展，目前已广泛采用放线轮对电缆线进行放线操作，即将电缆线绕卷于放线轮上，需要使用或者加工时，将其置于架子上，通过放线轮的转动完成电缆线的放线操作，从而大大提高了工作效率。
现有放线轮的材质主要是铝及其合金，或者MC尼龙，采用上述材质制作得到的放线轮硬度高，刚性大，当导线直接与放线轮接触并摩擦时，对导线的磨损较大。因此，现有技术中通常是对放线轮进行包胶处理，即在放线轮轮槽表面设置包胶层，从而能够防止导线与放线轮发生摩擦，利用橡胶的弹性及低模量减小对导线的损害。但随着超高压、特高压电网建设的全面展开，输变电导线的截面越来越大，重量越来越重，牵引机对导线的牵引力就要增加，相应地导线对放线轮的张力也会增大，同时导线对包胶层的压力及摩擦力也会增大。因此，对包胶的材质及性能要求就越来越高。
目前，放线轮广泛使用的包胶材料通常为聚氨酯橡胶，如中国专利201520097721.9公开了一种尼龙放线轮，该放线轮本体沿圆周向的内槽面表面均匀设置有网型凹槽，放线轮本体的内槽面通过包胶工艺设置有包胶层，其包胶层即采用聚氨酯凝胶材料制成。但由于聚氨酯包胶层的动态疲劳性能相对较差、滞后损失大，在多次变形状态下产生的热量高，且其耐热性一般，连续工作温度仅有80～90℃；同时，聚氨酯橡胶的耐水性也较差，长时间与水作用会发生水解。当导线与放线轮张紧并放线时，导线易与聚氨酯包胶层摩擦生热，导致聚氨酯包胶层硬度降低、表面发粘，包胶层局部脱离轮槽起皱，致使放线轮转动过程中产生抖动，导线偏离轨迹，严重者还会撕坏包胶层，因此现有聚氨酯包胶难以满足放线轮的使用要求。另外，放线作业一般在野外高空实施，一旦出现包胶层撕坏的情况就必须进行更换，既影响工程进度，又耗费人力和财力，。
经检索，中国专利201610169553.9公开了一种短纤维增强耐高温橡胶辊、橡胶辊胶料及其制造方法，该申请案的橡胶辊胶料的各组分及重量份数为：乙丙橡胶100份，快压出炭黑50-80份，增塑剂10-20份，纳米活性氧化锌3-5份，防老剂2-6份，交联剂6-10份，助交联剂2-10份，增粘树脂3-8份，分散流动剂2-5份，短纤维2-10份；该申请案通过选用乙丙橡胶作为生胶胶料，从而在一定程度上可以有效提高胶辊胶料的耐高温性能和耐老化性能，但该申请案中的材料均为黑色料，且其所得材料的拉伸强度相对较低，难以满足放线轮包胶材料的使用要求。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有放线轮用聚氨酯包胶易与导线摩擦生热，从而导致包胶硬度下降、表面发粘，甚至产生撕裂剥落现象，进而影响放线轮正常使用的不足，提供了一种放线轮及其包胶材料和该包胶材料的制备方法。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
其一，本发明的一种放线轮包胶材料，该包胶材料由如下质量百分比的组分组成：
Figure BDA0001558469340000021
其二，本发明的一种放线轮包胶材料的制备方法，其步骤为：
(1)母炼胶混炼
将三元乙丙橡胶、着色剂置于密炼机中混炼60～90秒，然后加入白炭黑、偶联剂混炼90～120秒，再加入石蜡油、齐聚酯混炼60～90秒，升栓60～90秒，同时控制混炼温度达到120～130℃时排胶；
(2)母炼胶加硫
将密炼机排出的母炼胶包在开炼机辊筒上，加入过氧化二异丙苯及硫磺，待配合剂全部吃入母炼胶后开刀翻炼，最后将胶料三包两卷后出片；
(3)预成型：将已加硫的混炼胶进行预成型；
(4)硫化：将预成型好的胶料进行硫化处理，即得到放线轮包胶材料。
更进一步的，所述步骤(4)中的硫化处理包括一段硫化和二段硫化工艺，其中一段硫化工艺是将步骤(3)中预成型好的胶料填入模腔内在平板硫化机上进行，二段硫化工艺是将一段硫化后的成品放入电热烘箱内进行。
更进一步的，所述一段硫化工艺的硫化温度为150～160℃，硫化压力为15～20Mpa，硫化时间为20～30min。
更进一步的，所述二段硫工艺的硫化温度150～155℃，硫化时间2h。
更进一步的，所述的白炭黑为无锡确成硅化学股份有限公司生产的HD200MP，其氮吸附比表面积为200-230m2/g，DBP吸收值为200～300cm3/100g。
更进一步的，所述偶联剂为南京曙光化工集团有限公司生产的硅烷偶联剂KH845-4，其化学成分为双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物。
更进一步的，所述步骤(3)中混炼胶预成型的厚度为8±1mm，宽度为125±5mm。
更进一步的，所述步骤(3)中预成型胶料至少停放16小时。
其三，本发明的一种放线轮，包括放线轮本体，放线轮本体的轮槽表面设置有包胶层，所述的包胶层采用本发明制备所得包胶材料。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种放线轮包胶材料，采用三元乙丙橡胶代替现有聚氨酯材质作为放线轮包胶胶体，并通过大量实验对添加剂的种类及三元乙丙橡胶与各添加剂的含量进行优化设计，从而可以有效避免由于聚氨酯橡胶具有动态生热高、滞后损失大、耐热性一般等缺点，而易造成导线与聚氨酯包胶层因长时间摩擦生热，使得聚氨酯包胶层硬度降低、表面发粘，包胶层局部脱离轮槽起皱，致使放线轮转动过程中产生抖动，从而导致导线偏离轨迹，甚至撕坏包胶层的问题。
(2)本发明的一种放线轮包胶材料的制备方法，通过对包胶材料的组分配比及具体制备工艺进行优化设计，从而可以有效保证放线轮包胶具有表面摩擦系数小、弹性及耐磨性好、压缩模量大等优点，同时具有优异的力学强度以及优良的耐天候老化性能，能够完全满足放线轮的使用要求，进而保证了放线施工的安全和进度。
(3)本发明的一种放线轮包胶材料的制备方法，与聚氨酯包胶制备工艺相比具有成本低、生产效率高等优点，便于推广使用，且可以制备得到满足使用性能要求的浅色放线轮包胶材料。
附图说明
图1为本发明的放线轮的结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、放线轮本体；2、包胶层。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，现结合具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种放线轮，包括放线轮本体1，放线轮本体1的轮槽表面设置有包胶层2，其中放线轮的材质可以是铝及其合金，也可以是MC尼龙，所放的导线可以是架空铝芯电线，也可以是电缆或光缆。上述包胶层2的材料组分及重量百分比含量如表1所示。
表1实施例1包胶的材料组分及百分比含量
原材料名称 百分含量％
三元乙丙橡胶 50
白炭黑 35
偶联剂 2
着色剂 4
石蜡油 2.5
齐聚酯 4
过氧化二异丙苯 1.5
硫磺 1
本实施例中白炭黑为无锡确成硅化学股份有限公司生产的HD200MP，主要性能参数有：氮吸附比表面积为200-230m2/g，DBP吸收值为240cm3/100g；偶联剂为南京曙光化工集团有限公司生产的硅烷偶联剂KH845-4，其化学成分为双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物；三元乙丙橡胶为吉林化学工业股份有限公司有机合成厂生产的J-4045，主要性能参数有：乙烯含量53％，门尼黏度(ML1+4，100℃)为38。
采用本实施例上述的放线轮包胶的材料配方，其制备方法的步骤为：
(1)母炼胶混炼：
将三元乙丙橡胶、着色剂置于密炼机中混炼60秒，然后加入白炭黑、偶联剂混炼120秒，再加入石蜡油、齐聚酯混炼60秒，升栓90秒，同时控制混炼温度达到130℃时排胶。
(2)母炼胶加硫：
将密炼机排出的母炼胶包在开炼机辊筒上，加入过氧化二异丙苯及硫磺，待配合剂全部吃入母炼胶后开刀翻炼，最后将胶料三包两卷后出片。
(3)预成型：
将已加硫的混炼胶预成型，预成型尺寸为：厚度8±1mm，宽度125±5mm，长度根据放线轮的直径而定，预成型胶料停放20小时。
(4)一段硫化
将预成型好的胶料填入模腔，在平板硫化机上硫化得到成品。其硫化参数为：硫化温度150℃，硫化压力20Mpa，硫化时间30min。
(5)二段硫化
将一段硫化后的成品放入电热烘箱进行二段硫化，其硫化参数为：硫化温度150℃，硫化时间2h。
本实施例制备所得的放线轮包胶的材料性能测试如表1-1所示。
表1-1实施例1包胶的材料测试性能
Figure BDA0001558469340000051
由于现有放线轮包胶材料通常采用聚氨酯橡胶，其耐热性和耐老化性能较差，从而影响放线轮的使用寿命，须经常进行更换，耗费了大量人力和财力。本发明通过采用三元乙丙橡胶代替现有聚氨酯材质作为放线轮包胶胶体，从而可以有效改善放线轮包胶材料的耐热性和耐老化性能，避免了使用聚氨酯包胶层时因长时间摩擦生热，使得聚氨酯包胶层硬度降低、表面发粘，包胶层局部脱离轮槽起皱，致使放线轮转动过程中产生抖动，从而导致导线偏离轨迹，甚至撕坏包胶层的问题。
但发明人在研究过程中发现，三元乙丙橡胶虽然具有良好的耐老化性能和耐热性能，但其拉伸强度、撕裂强度等力学性能较差，且浅色三元乙丙材料的力学性能比黑色三元乙丙材料的力学性能更差，在使用过程极易产生裂纹，发生断裂。因此，如何在保证放线轮包胶材料的拉伸强度、撕裂强度等力学性能的基础上，有效改善其耐老化性能和耐热性能就至关重要，同时也是放线轮包胶材料生产时的技术难点，而对于浅色橡胶材料就更加困难。基于以上问题，发明人通过大量的实验研究，通过添加特定种类的添加剂，并对其添加比例及具体制备工艺进行优化设计，从而可以有效保证放线轮包胶具有表面摩擦系数小、弹性及耐磨性好、压缩模量大等优点，同时具有优异的力学强度以及优良的耐天候老化性能，能够完全满足放线轮的使用要求，进而保证了放线施工的安全和进度。
实施例2
本实施例中的一种放线轮包胶材料，其组分及重量百分比含量如表2所示。
表2实施例2包胶的材料组分及百分比含量
原材料名称 百分含量％
三元乙丙橡胶 52
白炭黑 32
偶联剂 1.5
着色剂 4.5
石蜡油 2
齐聚酯 5
过氧化二异丙苯 2
硫磺 1
本实施例中白炭黑为无锡确成硅化学股份有限公司生产的HD200MP，主要性能参数有：氮吸附比表面积为200-230m2/g，DBP吸收值为200cm3/100g。偶联剂为南京曙光化工集团有限公司生产的硅烷偶联剂KH845-4，其化学成分为双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物。三元乙丙橡胶为吉林化学工业股份有限公司有机合成厂生产的J-4045，主要性能参数有：乙烯含量59％，门尼黏度(ML1+4，100℃)为52。
采用本实施例上述的放线轮包胶的材料配方，其制备方法的步骤为：
(1)母炼胶混炼：
将三元乙丙橡胶、着色剂置于密炼机中混炼70秒，然后加入白炭黑、偶联剂混炼100秒，再加入石蜡油、齐聚酯混炼70秒，升栓100秒，同时控制混炼温度达到125℃时排胶。
(2)母炼胶加硫：
将密炼机排出的母炼胶包在开炼机辊筒上，加入过氧化二异丙苯及硫磺，待配合剂全部吃入母炼胶后开刀翻炼，最后将胶料三包两卷后出片。
(3)预成型：
将已加硫的混炼胶预成型，预成型尺寸为：厚度8±1mm，宽度125±5mm，长度根据放线轮的直径而定。预成型胶料停放16小时。
(4)一段硫化
将预成型好的胶料填入模腔，在平板硫化机上硫化得到成品。其硫化参数为：硫化温度155℃，硫化压力18Mpa，硫化时间25min。
(6)二段硫化
将一段硫化后的成品放入电热烘箱进行二段硫化，其硫化参数为：硫化温度150℃，硫化时间2h。
本实施例制备所得的放线轮包胶的材料性能测试与实施例1中的表1-1的性能相近。
实施例3
本实施例中的一种放线轮包胶材料，其组分及重量百分比含量如表3所示。
表3实施例3包胶的材料组分及百分比含量
原材料名称 百分含量％
三元乙丙橡胶 54
白炭黑 30
偶联剂 1
着色剂 5
石蜡油 1
齐聚酯 5.5
过氧化二异丙苯 2
硫磺 1.5
本实施例中白炭黑为无锡确成硅化学股份有限公司生产的HD200MP，主要性能参数有：氮吸附比表面积为200-230m2/g，DBP吸收值为300cm3/100g。偶联剂为南京曙光化工集团有限公司生产的硅烷偶联剂KH845-4，其化学成分为双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物。三元乙丙橡胶为吉林化学工业股份有限公司有机合成厂生产的J-4045，主要性能参数有：乙烯含量55％，门尼黏度(ML1+4，100℃)为47。
采用本实施例上述的放线轮包胶的材料配方，其制备方法的步骤为：
(1)母炼胶混炼：
将三元乙丙橡胶、着色剂置于密炼机中混炼90秒，然后加入白炭黑、偶联剂混炼90秒，再加入石蜡油、齐聚酯混炼60秒，升栓120秒，同时控制混炼温度达到120℃时排胶。
(2)母炼胶加硫：
将密炼机排出的母炼胶包在开炼机辊筒上，加入过氧化二异丙苯及硫磺，待配合剂全部吃入母炼胶后开刀翻炼，最后将胶料三包两卷后出片。
(3)预成型：
将已加硫的混炼胶预成型，预成型尺寸为：厚度8±1mm，宽度125±5mm，长度根据放线轮的直径而定；预成型胶料停放18小时。
(4)一段硫化
将预成型好的胶料填入模腔，在平板硫化机上硫化得到成品。其硫化参数为：硫化温度160℃，硫化压力15Mpa，硫化时间20min。
(7)二段硫化
将一段硫化后的成品放入电热烘箱进行二段硫化，其硫化参数为：硫化温度155℃，硫化时间2h。
本实施例制备所得的放线轮包胶的材料性能测试与实施例1中的表1-1的性能相近。
实施例4
本实施例中的一种放线轮包胶材料，其组分及重量百分比含量如表4所示。
表4实施例4包胶的材料组分及百分比含量
原材料名称 百分含量％
三元乙丙橡胶 50
白炭黑 31
偶联剂 1
着色剂 6
石蜡油 3
齐聚酯 6
过氧化二异丙苯 1.8
硫磺 1.2
本实施例中白炭黑为无锡确成硅化学股份有限公司生产的HD200MP，主要性能参数有：氮吸附比表面积为200-230m2/g，DBP吸收值为270cm3/100g。偶联剂为南京曙光化工集团有限公司生产的硅烷偶联剂KH845-4，其化学成分为双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物。三元乙丙橡胶为吉林化学工业股份有限公司有机合成厂生产的J-4045，主要性能参数有：乙烯含量57％，门尼黏度(ML1+4，100℃)为43。
采用本实施例上述的放线轮包胶的材料配方，其制备方法的步骤为：
(1)母炼胶混炼：
将三元乙丙橡胶、着色剂置于密炼机中混炼85秒，然后加入白炭黑、偶联剂混炼105秒，再加入石蜡油、齐聚酯混炼90秒，升栓60秒，同时控制混炼温度达到127℃时排胶。
(2)母炼胶加硫：
将密炼机排出的母炼胶包在开炼机辊筒上，加入过氧化二异丙苯及硫磺，待配合剂全部吃入母炼胶后开刀翻炼，最后将胶料三包两卷后出片。
(3)预成型：
将已加硫的混炼胶预成型，预成型尺寸为：厚度8±1mm，宽度125±5mm，长度根据放线轮的直径而定。预成型胶料停放18小时。
(4)一段硫化
将预成型好的胶料填入模腔，在平板硫化机上硫化得到成品。其硫化参数为：硫化温度153℃，硫化压力17Mpa，硫化时间28min。
(8)二段硫化
将一段硫化后的成品放入电热烘箱进行二段硫化，其硫化参数为：硫化温度153℃，硫化时间2h。
本实施例制备所得的放线轮包胶的材料性能测试与实施例1中的表1-1的性能相近。
通过实施例1～4可以看出，通过使用本发明的技术方案制备所得的放线轮包胶的材料具有表面摩擦系数小、弹性及耐磨性好、压缩模量大等优点，同时具有优异的力学强度以及优良的耐天候老化性能。

Claims (9)

1.一种放线轮包胶材料的制备方法，其特征在于，其步骤为：
(1)母炼胶混炼
将三元乙丙橡胶、着色剂置于密炼机中混炼60～90秒，然后加入白炭黑、偶联剂混炼90～120秒，再加入石蜡油、齐聚酯混炼60～90秒，升栓60～90秒，同时控制混炼温度达到120～130℃时排胶；
(2)母炼胶加硫
将密炼机排出的母炼胶包在开炼机辊筒上，加入过氧化二异丙苯及硫磺，待配合剂全部吃入母炼胶后开刀翻炼，最后将胶料三包两卷后出片；
(3)预成型：将已加硫的混炼胶进行预成型；
(4)硫化：将预成型好的胶料进行硫化处理，即得到放线轮包胶材料；
所述包胶材料各组分的质量百分比如下：
Figure FDA0002457119410000011
2.根据权利要求1所述的一种放线轮包胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的硫化处理包括一段硫化和二段硫化工艺，其中一段硫化工艺是将步骤(3)中预成型好的胶料填入模腔内在平板硫化机上进行，二段硫化工艺是将一段硫化后的成品放入电热烘箱内进行。
3.根据权利要求2所述的一种放线轮包胶材料的制备方法，其特征在于：所述一段硫化工艺的硫化温度为150～160℃，硫化压力为15～20MP a，硫化时间为20～30min。
4.根据权利要求2所述的一种放线轮包胶材料的制备方法，其特征在于：所述二段硫化工艺的硫化温度150～155℃，硫化时间2h。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种放线轮包胶材料的制备方法，其特征在于：所述的白炭黑为无锡确成硅化学股份有限公司生产的HD200MP，其氮吸附比表面积为200-230m2/g，DBP吸收值为200～300cm3/100g；所述三元乙丙橡胶为吉林化学工业股份有限公司有机合成厂生产的J-4045，主要性能参数有：乙烯含量53～59％，门尼黏度(ML1+4，100℃)为38～52。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种放线轮包胶材料的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为南京曙光化工集团有限公司生产的硅烷偶联剂KH845-4，其化学成分为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种放线轮包胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中混炼胶预成型的厚度为8±1mm，宽度为125±5mm。
8.根据权利要求7所述的一种放线轮包胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中预成型胶料至少停放16小时。
9.一种放线轮，包括放线轮本体(1)，放线轮本体(1)的轮槽表面设置有包胶层(2)，其特征在于：所述的包胶层(2)采用权利要求1-8中任一项所述的方法制备所得材料。
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