CN108485048A - 一种电缆护套胶料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆护套胶料及其制备方法。所述护套胶料的原料配比按下列重量份的组分计算：乙烯醋酸乙烯酯‑石墨烯母胶85～100份，丁腈橡胶5～20份，马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物5～10份，低温改性剂5～10份，低温增塑剂5～10份，磷氮阻燃剂40～80份，补强剂15～30份，防老剂1～2份，硫化体系助剂3～5份。本发明的护套胶料具备无卤、低烟、阻燃、耐燃料油、耐矿物油、耐低温（耐温范围为‑40℃～90℃）和高机械性能等特性，能够有效地满足于机车电缆的工况要求。

Description

一种电缆护套胶料及其制备方法

发明领域

本发明涉及电缆材料，具体是一种电缆护套胶料，以及该护套胶料的制备方法。本发明的护套胶料具有无卤、低烟、阻燃、耐燃料油、耐矿物油、耐低温(耐温范围为-40℃～90℃)、高机械性能等特性，能够有效满足于机车电缆的工况要求。

背景技术

机车作为轨道交通车辆中的“火车头”，其上排布有众多的电气设备，这些电气设备之间的电气连接离不开导电的电缆。机车的运行工况长期处于油污量大、温度变化大的严酷环境中，因而，要求服役于机车上的电缆护套层应具备无卤、低烟、阻燃、耐油(包括耐燃料油和耐矿物油)、耐低温、高机械性能等特性。

无卤、低烟、阻燃的电缆护套料是电缆料发展的大势所趋。现有普通的无卤、低烟、阻燃电缆护套料，通常是以乙烯醋酸乙烯酯共聚物和聚乙烯等聚烯烃弹性体材料作为基料，辅以大量镁铝等金属的氢氧化物作为无卤阻燃剂实现的，其具有很好的阻燃消烟效果。然而，聚烯烃类弹性体为非极性或弱极性的高分子聚合物，其耐油性能较差，一般仅能达到耐矿物油的效果；更何况，在聚烯烃类弹性体中添加大量镁铝等氢氧化物后，其耐低温性能也会变差，通常仅可以通过-25℃的低温拉伸试验要求。因此，现有普通的无卤、低烟、阻燃电缆护套料是无法满足于机车电缆的工况要求的。

为了使电缆护套料能够达到较好的耐油性能，近年来，业内通常选用VA(乙酸乙烯酯)含量较高的乙烯醋酸乙烯酯橡胶作为无卤、低烟、阻热电缆护套料的基料，因为含VA较高的乙烯醋酸乙烯酯橡胶具有良好的材料极性，耐油性能优异。然而，乙烯醋酸乙烯酯橡胶的门尼粘度较低，材料的机械性能较差，以其作为基料的电缆护套料的机械性能不能有效地适应机车电缆的服役工况要求。此外，同样为了使乙烯醋酸乙烯酯橡胶作为基料的电缆护套料能够取得较好的阻燃性能，业内的普遍做法是添加大量的镁铝氢氧化物和部分硼酸锌，例如中国专利文献公开的“一种机车车辆用柔软型耐油耐低温无卤阻热电缆料及其制备方法”(公开号CN 106543546，公开日2017年3月29日)、“125℃机车电缆用辐照交联耐低温柔软耐油无卤阻燃电缆料”(公开号CN 106009447，公开日2016年10月12日)等，大量加入这些添加型阻燃剂，会使材料的机械性能进一步降低，也会使耐低温性能变差。综前所述，现有以乙烯醋酸乙烯酯橡胶作为基料的电缆护套料虽然具有优异的耐油性能，但其却存在耐低温性能差和机械性能低的技术问题，仍然很难有效地满足于机车电缆的工况要求。

发明内容

本发明的技术目的在于：针对上述机车电缆的工况要求和现有电缆护套料技术的不足，提供一种既具备无卤、低烟、阻燃、耐燃料油、耐矿物油等特性，又具备耐低温(耐温范围为-40℃～90℃)、高机械性能等特性的电缆护套胶料，以及该电缆护套胶料的制备方法。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是，一种电缆护套胶料，所述护套胶料的原料配比按下列重量份的组分计算：

作为优选方案，所述乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的原料配比按下列重量份的组分计算：

所述乙烯醋酸乙烯酯橡胶的VA含量为65％。

作为优选方案，所述马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物为杜邦C250。

作为优选方案，所述护套胶料为机车电缆用的护套材料。

一种上述电缆护套胶料的制备方法，所述制备方法包括下列步骤：

步骤1.制备乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

步骤2.将乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶与丁腈橡胶、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物、低温改性剂、低温增塑剂、磷氮阻燃剂、补强剂和防老剂共同投入密炼机内进行混炼；

将密炼机混炼所得的胶料转至开炼机上作进一步混炼；

步骤3.将混炼好的混炼胶料在过滤机上进行过滤；

步骤4.将过滤出的胶料在压延机上出片，冷却后停放至少24小时；

步骤5.将停放好的胶料加入密炼机中进行混炼；

步骤6.将步骤5中的混炼胶料转至开炼机中，加入硫化体系助剂，由开炼机进行混合处理；

步骤7.将步骤6中的开炼机混合所得胶料在压延机上出片，冷却得到成品的护套胶料。

作为优选方案，所述乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的制备方法具体包括如下步骤：

步骤①.将石墨烯粉分散在低温增塑剂中，并用功率为1500瓦的超声分散仪进行超声分散40～60min，得石墨烯增塑剂膏状物；

步骤②.将密炼机预热到120℃；

在密炼机中加入乙烯醋酸乙烯酯橡胶、石墨烯助分散剂和石墨烯增塑剂膏状物；

调整密炼机的转速为60转/min，对密炼机内的物料进行高速剪切分散至少15分钟，得乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明的电缆护套胶料配方中的基料是以包含乙烯醋酸乙烯酯橡胶的石墨烯母胶为主，并辅以丁腈橡胶；其中，乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶是以少量的石墨烯粉和乙烯醋酸乙烯酯橡胶经熔融插层共混而成，使石墨烯粉能够优异地分散于乙烯醋酸乙烯酯橡胶的分子链上，将母胶的门尼粘度实现大幅提升，从而改善乙烯醋酸乙烯酯橡胶的加工性能并显著的提高材料机械性能；而丁腈橡胶则能够有效地提升混合料的耐油性能及机械性能；在前述基料的基础上，本发明的护套胶料配方中通过添加耐低温的增塑剂和高分子化合物的低温改性剂，从而将耐低温性能进一步增强，使其耐温范围为-40℃～90℃；本发明的护套胶料配方中的阻燃剂选用性能优异的磷氮阻燃剂，其分子结构为笼状，集酸源、碳源和气源于一体，通过膨胀、成碳、隔热的机理达到阻燃效果，该阻燃剂以较低的添加就能达到较好的阻燃性能，从而能够减少阻燃剂的加入量，以降低阻燃剂对材料机械性能的不利影响；本发明的护套胶料的配方含胶量能够得到有效地提高，进而降低填料和补强剂对材料耐低温性能的影响。综前所述，本发明的各组分相互协同、配伍，配制所得护套胶料具备无卤、低烟、阻燃、耐燃料油、耐矿物油、耐低温(耐温范围为-40℃～90℃)和高机械性能等特性；

2.本发明的制备方法针对本发明的护套胶料配方而设计，其先经乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的配制，而使石墨烯粉在高速剪切作用下分散于高温熔融的乙烯醋酸乙烯酯橡胶的分子链上，从而将母胶的门尼粘度实现大幅提升，改善乙烯醋酸乙烯酯橡胶的加工性能并显著的提高材料机械性能；再将乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶和各组分经过多次混炼而至成品，从而制得具备无卤、低烟、阻燃、耐燃料油、耐矿物油、耐低温(耐温范围为-40℃～90℃)和高机械性能等特性的护套胶料；所得护套胶料经国家电缆研究所测试，获得主要性能如下：抗张强度≥10MPa，断裂伸长率≥150％，120℃×168h热空气老化系数(≤±30％，≤±30％)，100℃×72h在902#油(矿物油)中的老化系数(≤±30％，≤±40％)，70℃×168h在903#油(燃料油)中的老化系数(≤±30％，≤±30％)，-40℃下的低温拉伸为≥30％，氧指数大于32；可见，本发明的护套胶料在具备优异的无卤、低烟、阻燃特性的同时，还具有优异的耐低温、耐油性能和高机械性能，能够有效地满足于机车电缆的工况要求，当然，也可以适用于其它类似设备的电缆。

具体实施方式

本发明涉及电缆材料，具体是一种电缆护套胶料，以及该护套胶料的制备方法，本发明的护套胶料特别适宜作为机车电缆用的护套材料，当然也可适宜作为类似机车电缆服役工况的其它设备电缆的护套材料。现以列表的方式通过多个实施例对本发明电缆护套胶料的配方进行详细、具体的说明，本发明的制备方法则以单独的实施例对应列表中电缆护套胶料的配方实施例进行详细、具体的说明。

实施例1至8的内容见表1所示。

表1本发明电缆护套胶料的原料配比按下列重量份的组分计算

在上述表1中，乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶主要是由乙烯醋酸乙烯酯橡胶、石墨烯粉、石墨烯助分散剂、低温增塑剂配制而成，对应上述表1的各实施例，乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的原料配比参见表2所示。

在上述表1中，马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物优选杜邦C250。

表2表1中各实施例的乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的原料配比按下列重量份的组分计算

在上述表2中，乙烯醋酸乙烯酯橡胶的VA含量为65％。

实施例9

一种上述实施例1所述电缆护套胶料的制备方法，包括下列步骤：

步骤1.制备乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

该乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的制备方法具体包括如下步骤：

步骤①.将石墨烯粉分散在低温增塑剂中，并用功率为1500瓦的超声分散仪进行超声分散45min，得石墨烯增塑剂膏状物；

步骤②.将密炼机预热到120℃；

在密炼机中加入乙烯醋酸乙烯酯橡胶、石墨烯助分散剂和石墨烯增塑剂膏状物；

调整密炼机的转速为60转/min，对密炼机内的物料进行高速剪切分散15分钟，得乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

步骤2.将乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶与丁腈橡胶、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物、低温改性剂、低温增塑剂、磷氮阻燃剂、补强剂和防老剂共同投入密炼机内进行混炼；

将密炼机混炼所得的胶料转至开炼机上作进一步混炼；

步骤3.将混炼好的混炼胶料在过滤机上进行过滤；

步骤4.将过滤出的胶料在压延机上出片，冷却后停放24小时；

步骤5.将停放好的胶料加入密炼机中进行混炼；

步骤6.将步骤5中的混炼胶料转至开炼机中，加入硫化体系助剂，由开炼机进行混合处理；

步骤7.将步骤6中的开炼机混合所得胶料在压延机上出片，冷却得到成品的护套胶料。

本实施例所制得的护套胶料经国家电线电缆质量监督检验中心测试，获得下表所列的主要性能：

步骤1.制备乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

该乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的制备方法具体包括如下步骤：

步骤①.将石墨烯粉分散在低温增塑剂中，并用功率为1500瓦的超声分散仪进行超声分散50min，得石墨烯增塑剂膏状物；

步骤②.将密炼机预热到120℃；

在密炼机中加入乙烯醋酸乙烯酯橡胶、石墨烯助分散剂和石墨烯增塑剂膏状物；

调整密炼机的转速为60转/min，对密炼机内的物料进行高速剪切分散20分钟，得乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

步骤2.将乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶与丁腈橡胶、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物、低温改性剂、低温增塑剂、磷氮阻燃剂、补强剂和防老剂共同投入密炼机内进行混炼；

将密炼机混炼所得的胶料转至开炼机上作进一步混炼；

步骤3.将混炼好的混炼胶料在过滤机上进行过滤；

步骤4.将过滤出的胶料在压延机上出片，冷却后停放24小时；

步骤5.将停放好的胶料加入密炼机中进行混炼；

步骤6.将步骤5中的混炼胶料转至开炼机中，加入硫化体系助剂，由开炼机进行混合处理；

步骤7.将步骤6中的开炼机混合所得胶料在压延机上出片，冷却得到成品的护套胶料。

实施例11

一种上述实施例6所述电缆护套胶料的制备方法，包括下列步骤：

步骤1.制备乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

该乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的制备方法具体包括如下步骤：

步骤①.将石墨烯粉分散在低温增塑剂中，并用功率为1500瓦的超声分散仪进行超声分散60min，得石墨烯增塑剂膏状物；步骤②.将密炼机预热到120℃；

在密炼机中加入乙烯醋酸乙烯酯橡胶、石墨烯助分散剂和石墨烯增塑剂膏状物；

调整密炼机的转速为60转/min，对密炼机内的物料进行高速剪切分散15分钟，得乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

步骤2.将乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶与丁腈橡胶、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物、低温改性剂、低温增塑剂、磷氮阻燃剂、补强剂和防老剂共同投入密炼机内进行混炼；

将密炼机混炼所得的胶料转至开炼机上作进一步混炼；

步骤3.将混炼好的混炼胶料在过滤机上进行过滤；

步骤4.将过滤出的胶料在压延机上出片，冷却后停放24小时；

步骤5.将停放好的胶料加入密炼机中进行混炼；

步骤6.将步骤5中的混炼胶料转至开炼机中，加入硫化体系助剂，由开炼机进行混合处理；

步骤7.将步骤6中的开炼机混合所得胶料在压延机上出片，冷却得到成品的护套胶料。

实施例12

一种上述实施例8所述电缆护套胶料的制备方法，包括下列步骤：

步骤1.制备乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

该乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的制备方法具体包括如下步骤：

步骤①.将石墨烯粉分散在低温增塑剂中，并用功率为1500瓦的超声分散仪进行超声分散40min，得石墨烯增塑剂膏状物；

步骤②.将密炼机预热到120℃；

在密炼机中加入乙烯醋酸乙烯酯橡胶、石墨烯助分散剂和石墨烯增塑剂膏状物；

调整密炼机的转速为60转/min，对密炼机内的物料进行高速剪切分散20分钟，得乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

步骤2.将乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶与丁腈橡胶、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物、低温改性剂、低温增塑剂、磷氮阻燃剂、补强剂和防老剂共同投入密炼机内进行混炼；

将密炼机混炼所得的胶料转至开炼机上作进一步混炼；

步骤3.将混炼好的混炼胶料在过滤机上进行过滤；

步骤4.将过滤出的胶料在压延机上出片，冷却后停放24小时；

步骤5.将停放好的胶料加入密炼机中进行混炼；

步骤6.将步骤5中的混炼胶料转至开炼机中，加入硫化体系助剂，由开炼机进行混合处理；

步骤7.将步骤6中的开炼机混合所得胶料在压延机上出片，冷却得到成品的护套胶料。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种电缆护套胶料，其特征在于，所述护套胶料的原料配比按下列重量份的组分计算：

乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶 85～100份，

丁腈橡胶 5～20份，

马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物 5～10份，

低温改性剂 5～10份，

低温增塑剂 5～10份，

磷氮阻燃剂 40～80份，

补强剂 15～30份，

防老剂 1～2份，

硫化体系助剂 3～5份。

2.根据权利要求1所述电缆护套胶料，其特征在于，所述乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的原料配比按下列重量份的组分计算：

乙烯醋酸乙烯酯橡胶 100份，

石墨烯粉 0.5～5份，

石墨烯助分散剂 0.1～0.3份，

低温增塑剂 5～10份；

所述乙烯醋酸乙烯酯橡胶的VA含量为65%。

3.根据权利要求1所述电缆护套胶料，其特征在于，所述马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物为杜邦Ｃ250。

4.根据权利要求1所述电缆护套胶料，其特征在于，所述护套胶料为机车电缆用的护套材料。

5.一种权利要求1所述电缆护套胶料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下列步骤：

步骤1. 制备乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶；

步骤2. 将乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶与丁腈橡胶、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯共聚物、低温改性剂、低温增塑剂、磷氮阻燃剂、补强剂和防老剂共同投入密炼机内进行混炼；

将密炼机混炼所得的胶料转至开炼机上作进一步混炼；

步骤3. 将混炼好的混炼胶料在过滤机上进行过滤；

步骤4. 将过滤出的胶料在压延机上出片，冷却后停放至少24小时；

步骤5. 将停放好的胶料加入密炼机中进行混炼；

步骤6. 将步骤5中的混炼胶料转至开炼机中，加入硫化体系助剂，由开炼机进行混合处理；

步骤7. 将步骤6中的开炼机混合所得胶料在压延机上出片，冷却得到成品的护套胶料。

6.根据权利要求5所述电缆护套胶料的制备方法，其特征在于，所述乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶的制备方法具体包括如下步骤：

步骤①. 将石墨烯粉分散在低温增塑剂中，并用功率为1500瓦的超声分散仪进行超声分散40～60min，得石墨烯增塑剂膏状物；

步骤②. 将密炼机预热到120℃；

在密炼机中加入乙烯醋酸乙烯酯橡胶、石墨烯助分散剂和石墨烯增塑剂膏状物；

调整密炼机的转速为60转/min，对密炼机内的物料进行高速剪切分散至少15分钟，得乙烯醋酸乙烯酯-石墨烯母胶。