CN110498956A - 一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，涉及一种弹性体共混材料，旨在解决机械强度差，无法在线缆中起到良好地固定作用的技术问题，本申请的技术要点包括橡胶弹性体、有机硅树脂、无机硅酸胶体、增强剂以及其它助剂。本发明申请的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，不仅具有不但具有良好的耐热性能、耐紫外性能和耐老化性能，还具有良好的粘结性能、电绝缘性能以及易塑形变等特点，而且还具有较好的机械强度，适合在温度较高的线缆和户外线缆上应用。

Description

一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料

技术领域

本发明涉及一种弹性体共混材料，更具体地说，它涉及一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料。

背景技术

在线缆的使用中往往需要既能耐热老化又能有高绝缘性能的涂层的保护，常规的绝缘涂层有聚酯薄膜，环氧树脂、聚氯乙烯等等。这些材料的耐高温性能不强，以致其在耐热老化性能方面容易出现问题，导致变脆脱落等问题。

公告号为CN107043537A申请公开了一种隔热阻燃材料的制备方法，以水性有机硅树脂为原料，制备得到隔热阻燃材料，制备思路为：水性有机硅树脂与聚苯乙烯交联，并加入钛酸正丁酯与硅酸制备的钛酸-硅酸溶胶，密封曝气与密封加压反应得到隔热阻燃材料。上述发明制得的隔热阻燃材料具体轻质、高强、隔热、吸声、阻燃等优点。

其中，有机硅树脂最突出的性能之一是优异的热氧化稳定性。在250摄氏度下加热24小时后，有机硅失重仅为2-8％，聚碳酸酯为55.5％左右，聚苯乙烯为65.6％左右，环氧树脂为22.7％左右。此外，它虽然具有良好的绝缘特性和耐酸碱特性，但是因为其自身原因有机硅树脂没有很好的机械强度，当在应用于线缆时无法起到良好地固定的作用，因此需要提出一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，不仅具有良好的热氧化稳定性、绝缘特性和耐酸碱特性，而且还具有较好的机械强度。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，包括橡胶弹性体、有机硅树脂、无机硅酸胶体、增强剂以及其它助剂。

进一步的：弹性体共混材料中各组分的重量比为：以橡胶弹性体总重量为100份计，所述有机硅树脂和无机硅酸胶体的重量分别为5-30份和20-100份。

通过采用上述技术方案，机硅树脂(也称为聚硅氧烷)是一类由硅原子和氧原子交替连结组成骨架，不同的有机基团再与硅原子连结的聚合物的统称。有机硅树脂结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物特性与无机物功能于一身。在有机硅树脂中添加橡胶弹性体，无机硅酸胶体、增强剂以及其它助剂，有效弥补了有机硅树脂机械强度不足的问题，其中，无机硅酸胶体是液溶胶，其分散质是硅酸颗粒，其分散剂为水，表观上是无色透明液体，具有一般胶体的所有性质。同时，上述无机硅酸胶体的加入，在保持热稳定性不变的前提下，还能提高弹性体共混材料的硬度以便使用过程中提高对外界冲击的保护效果。而橡胶弹性体是指除去外力后能恢复原状的橡胶材料，橡胶弹性体是整个弹性体共混材料的基础材料，它的存在赋予了整个弹性体共混材料良好的弹性、机械强度以及可塑性。此外，增强剂又称增强材料，是指添加到橡胶中能与橡胶紧密地结合，并使制品的机械力学性能显著提高的物质。

进一步的：所述橡胶弹性体是由线型高分子组成的尚未交联或部分交联的物质，所述尚未交联或部分交联的橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度在10至300之间。

进一步的：所述尚未交联或部分交联的橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度，较好是在50至200之间。

进一步的：所述尚未交联或部分交联的橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度，最佳是在80至150之间。

进一步的：所述橡胶弹性体选自氯丁橡胶、聚丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、乙烯丙烯二烯橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，氯丁橡胶又名氯丁二烯橡胶，新平橡胶，它是由氯丁二烯(即2-氯-1,3-丁二烯)为主要原料进行α-聚合而生产的合成橡胶，它具有良好的物理机械性能，耐油，耐热，耐燃，耐日光，耐臭氧，耐酸碱，耐化学试剂。而聚丁二烯橡胶是以1，3-丁二烯为单体聚合而得到的一种通用合成橡胶，它具有优异的高弹性、耐寒性和耐磨损性能，主要用于制造轮胎，也可用于制造胶鞋、胶带、胶辊等耐磨性制品。

此外，聚氨酯橡胶为聚合物主链上含有较多的氨基甲酸酯基团的系列弹性体材料，实为聚氨基甲酸酯橡胶，简称为聚氨酯橡胶或氨酯橡胶(urethane rubber)或聚氨酯弹性体(polyurethane elastomer)。它具有良好的耐磨性、耐油、耐药、耐低温、耐臭氧、抗辐射、电绝缘，以及粘接性能。而丁基橡胶是合成橡胶的一种，由异丁烯和少量异戊二烯合成。它具有耐热、耐臭氧、耐老化、耐化学药品，并有吸震、电绝缘性能，并且对阳光及臭氧具良好的抵抗性，可暴露于动物或植物油或是可氧化的化学物中。

另外，乙烯丙烯二烯橡胶则具有良好的低回弹性，并且密封性能。同时，丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，丁腈橡胶主要采用低温乳液聚合法生产，耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强。

综上，上述氯丁橡胶、聚丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、乙烯丙烯二烯橡胶、丁腈橡胶多种橡胶弹性体不仅具有各种的优异性能，而且都能赋予整个弹性体共混材料良好的弹性、机械强度以及可塑性，使其能够在线缆上更好的进行实用。

进一步的：所述有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在5000-10000000g/mol之间。

进一步的：所述有机硅树脂，较好的分子量为50000-5000000g/mol。

进一步的：所述有机硅树脂，最佳的分子量为100000-3000000g/mol。

进一步的：所述有机硅树脂至少包含但不限于以下物质中的一种：烷基有机硅树脂、羟基有机硅树脂和芳基有机硅树脂。

通过采用上述技术方案，上述有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物，在有机溶剂如甲苯存在下，在较低温度下加水分解，得到酸性水解物。水解的初始产物是环状的、线型的和交联聚合物的混合物，通常还含有相当多的羟基。水解物经水洗除去酸，中性的初缩聚体于空气中热氧化或在催化剂存在下进一步缩聚，最后形成高度交联的立体网络结构。上述有机硅树脂具有优异的热氧化稳定性、电绝缘性能、耐候性、防水、防盐雾、防霉菌、生物相容性等特性，且运用广泛。

进一步的：弹性体共混材料还至少包含以下一种组分：交联剂、调色剂、阻燃剂、催化剂和表面活性剂。

进一步的：所述交联剂选自甲基三甲氧基硅烷、乙甲基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四丙氧基硅烷、烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷、四乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

进一步的：增强剂选自气相法二氧化硅、碳酸钙、滑石粉、云母粉、氧化钛、粘土中的一种或几种。

进一步的：所述阻燃剂为无机阻燃剂和/或机氮系阻燃剂；所述无机阻燃剂选自碲化合物、羟基铝、氢氧化镁、硼酸盐中的一种或多种；有机氮系阻燃剂选自三嗪及其衍生物、三聚氰胺，溴化物如二溴甲烷、三氯溴甲烷、二氯溴甲烷及八溴二苯基氧化物、五溴乙基苯、四溴双酚A中的一种或多种。

进一步的：所述催化剂为锡络合物和/或钛络合物；所述锡络合物选自二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或多种，所述钛络合物选自D60。

进一步的：所述表面活性剂选自硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂，所述钛酸酯偶联剂选自KH550、KH540、KH560、KH792和KH602中的一种或几种。

进一步的：调色剂为无机色料，所述无机色料选自碳黑、石墨粉、氧化铁中的一种或几种。

通过采用上述技术方案，交联剂、催化剂和增强剂的加入可使得弹性体共混材料具有能够交联成有强度的成品；而表面活性剂的加入能够使得增强剂能够更好的与基体配发混合，改善界面性能。此外，调色剂的加入提高了整个弹性体共混材料在颜色上的多样性，方便人们根据颜色辨认其具体的功能或者安装的位置。另外，阻燃剂的加入可以提高整个弹性体共混材料的阻燃性能，大大提高了安全性能。

进一步的：以橡胶弹性体总重量为100份计，所述交联剂的含量为0.1-15wt％，增强剂的含量为50-500wt％，调色剂的含量为1-20wt％，阻燃剂的含量为5-100wt％，催化剂的含量为0.2-10wt％，表面活性剂的含量为0.1-15wt％。

进一步的：以橡胶弹性体总重量为100份计，所述交联剂的含量为1-12wt％，增强剂的含量为50-500wt％，调色剂的含量为1-20wt％，阻燃剂的含量为5-100wt％，催化剂的含量为0.2-10wt％，表面活性剂的含量为0.1-15wt％。

进一步的：以橡胶弹性体总重量为100份计，所述交联剂的含量为3-8wt％，增强剂的含量为100-200wt％，调色剂的含量为5-10wt％，阻燃剂的含量为30-60wt％，催化剂的含量为2-5wt％，表面活性剂的含量为2-6wt％。

通过采用上述技术方案，对上述交联剂、调色剂、阻燃剂、增强剂、催化剂和表面活性剂的含量进行限定，通过优化含量，大大提高了整个弹性体共混材料的耐热性能、耐紫外性能、耐老化性能、粘结性能、电绝缘性能、易塑形变，以及较好的机械强度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明不仅具有不但具有良好的耐热性能、耐紫外性能和耐老化性能，还具有良好的粘结性能、电绝缘性能以及易塑形变等特点，而且还具有较好的机械强度，适合在温度较高的线缆和户外线缆上应用；

2、优化的，交联剂、催化剂和增强剂的加入可使得弹性体共混材料具有能够交联成有强度的成品；而表面活性剂的加入能够使得增强剂能够更好的与基体配发混合，改善界面性能。此外，调色剂的加入提高了整个弹性体共混材料在颜色上的多样性，方便人们根据颜色辨认其具体的功能或者安装的位置。另外，阻燃剂的加入可以提高整个弹性体共混材料的阻燃性能，大大提高了安全性能。

具体实施方式

以下结合各实施例对本发明作进一步详细说明。

一、实施例实施例1：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，弹性体共混材料包括氯丁橡胶100kg、有机硅树脂5kg、无机硅酸胶体20kg、甲基三甲氧基硅烷0.1kg、气相法二氧化硅50kg、碳黑1kg，羟基铝5kg，二乙酸二丁基锡0.2kg，钛酸酯偶联剂KH550为0.1kg。

其中，有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在5000g/mol左右；

其制备方法包括如下操作步骤：

步骤一、称量和配料：分别称量原材料后得到氯丁橡胶100kg、有机硅树脂5kg、无机硅酸胶体20kg、甲基三甲氧基硅烷0.1kg、气相法二氧化硅500kg、碳黑1kg，羟基铝5kg，二乙酸二丁基锡0.2kg，以及钛酸酯偶联剂KH550为0.1kg。

步骤二、一次投料混合：将氯丁橡胶50kg、有机硅树脂2.5kg、无机硅酸胶体10kg、甲基三甲氧基硅烷0.05kg、气相法二氧化硅25kg、碳黑0.5kg，羟基铝2.5kg，二乙酸二丁基锡0.1kg，以及钛酸酯偶联剂KH550为0.05kg加入到混料机内，按照300转/分钟的速度混合搅拌20分钟。

步骤三、二次投料混合：将剩余的原材料投入到混料机内，按照300转/分钟的速度混合搅拌20分钟后得到成品料。

步骤四、成品料挤出成型：将步骤三得到的成品料经橡胶硫化产品挤压成型机挤出成，得到片状产品。

步骤五、收卷及真空包装入库。

实施例2：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，弹性体共混材料包括氯丁橡胶100kg、有机硅树脂10kg、无机硅酸胶体50kg、甲基三甲氧基硅烷12kg、气相法二氧化硅100kg、碳黑5kg，羟基铝30kg，二乙酸二丁基锡2kg，钛酸酯偶联剂KH550为2kg。

其中，有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在50000g/mol左右；

其制备方法包括如下操作步骤：

步骤一、称量和配料：分别称量原材料后得到分别称量原材料后得到弹性体共混材料包括氯丁橡胶100kg、有机硅树脂10kg、无机硅酸胶体50kg、甲基三甲氧基硅烷12kg、气相法二氧化硅100kg、碳黑5kg，羟基铝30kg，二乙酸二丁基锡2kg，钛酸酯偶联剂KH550为2kg。

步骤二、一次投料混合：将氯丁橡胶50kg、有机硅树脂5kg、无机硅酸胶体25kg、甲基三甲氧基硅烷6kg、气相法二氧化硅50kg、碳黑2.5kg，羟基铝15kg，二乙酸二丁基锡21kg，钛酸酯偶联剂KH550为1kg加入到混料机内，按照400转/分钟的速度混合搅拌25分钟。

步骤三、二次投料混合：将剩余的原材料投入到混料机内，按照300-500转/分钟的速度混合搅拌25分钟后得到成品料。

步骤四、成品料挤出成型：将步骤三得到的成品料经橡胶硫化产品挤压成型机挤出成，得到片状产品。

步骤五、收卷、真空包装入库。

实施例3：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，弹性体共混材料包括氯丁橡胶100kg、有机硅树脂30kg、无机硅酸胶体100kg、甲基三甲氧基硅烷15kg、气相法二氧化硅500kg、碳黑20kg，羟基铝100kg，二乙酸二丁基锡10kg，钛酸酯偶联剂KH550为15kg。

其中，有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在10000000g/mol左右；

其制备方法包括如下操作步骤：

步骤一、称量和配料：分别称量原材料后得到50kg的氯丁橡胶、有机硅树脂30kg、无机硅酸胶体100kg、甲基三甲氧基硅烷15kg、气相法二氧化硅500kg、碳黑20kg，羟基铝100kg，二乙酸二丁基锡10kg，以及钛酸酯偶联剂KH550为15kg。

步骤二、一次投料混合：将氯丁橡胶50kg、有机硅树脂15kg、无机硅酸胶体50kg、甲基三甲氧基硅烷7.5kg、气相法二氧化硅250kg、碳黑10kg，羟基铝50kg，二乙酸二丁基锡5kg，以及钛酸酯偶联剂KH550为7.5kg加入到混料机内，按照500转/分钟的速度混合搅拌30分钟。

步骤三、二次投料混合：将剩余的原材料投入到混料机内，按照500转/分钟的速度混合搅拌30分钟后得到成品料。

步骤四、成品料挤出成型：将步骤三得到的成品料经橡胶硫化产品挤压成型机挤出成，得到片状产品。

步骤五、收卷、真空包装入库。

实施例4-10：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：如表1所示，其组合含量和制备的方法不同。

表1一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料实施例1-4的重量分数的组分

实施例11：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度在10左右；有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在5000000g/mol左右。

实施例12：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度在300左右；有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在5000000g/mol左右。

实施例13：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度在200左右；有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在5000000g/mol左右。

实施例14：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度在150左右；有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在100000g/mol左右。

实施例15：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度在80左右；有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在100000g/mol左右。

实施例16：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度在50左右；有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在3000000g/mol左右。

二、对比例

对比例1：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：不含有无机硅酸胶体。

对比例2：一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，与实施例1的不用之处在于：不含有橡胶弹性体。

三、检测数据试验一：性能测试试验对象：将实施例1-10制备得到的弹性体共混材料作为试验样品1-10，将对比例1-2制备得到的弹性体共混材料作为对照样品1-2。

表2性能测试结果

试验结果：表2所示，与对照样品1相比较，试验样品1-10的抗冲击性能较好，在-40～90℃的温度下，200次循环冷热冲击其表面无明显变化，对照样品1在200次循环冷热冲击其表面无明显变化；而对照样品2在同样的情况下其表面出现细小裂纹；87％以上的机率在浸水电压包复FT100导线，浸水12kv电压下绝缘不击穿。由此可得到无机硅酸胶体的加入，在保持热稳定性不变的前提下，还能提高弹性体共混材料的硬度以便使用过程中提高对外界冲击的保护效果。对对照样品2相比较，试验样品1-10的机械强度较好，固化硬度均保持在48.5邵氏A的数值以上。而对照样品2固化硬度在33邵氏A。同时，试验样品1-10的抗冲击性能较好，在-40～90℃的温度下，在200次循环冷热冲击其表面无明显变化；而对照样品2在同样的情况下其表面出现细小裂纹，并且75％以上的机率在浸水电压包复FT100导线，浸水12kv电压下绝缘不击穿。因此可知，橡胶弹性体的加入有效弥补了有机硅树脂机械强度不足的问题，进而与无机硅酸胶体、增强剂等材料复合具有提高抗机械冲击强度以及冷热冲击强度的作用。

具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，包括橡胶弹性体、有机硅树脂、无机硅酸胶体、增强剂以及其它助剂。

2.根据权利要求1所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，弹性体共混材料中各组分的重量比为：以橡胶弹性体总重量为100份计，所述有机硅树脂和无机硅酸胶体的重量分别为5-30份和20-100份。

3.根据权利要求1所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，所述橡胶弹性体是由线型高分子组成的尚未交联或部分交联的物质，所述尚未交联或部分交联的橡胶弹性体采用国标GB1232测试其门尼粘度在10至300之间。

4.根据权利要求3所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，所述橡胶弹性体选自氯丁橡胶、聚丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、乙烯丙烯二烯橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，所述有机硅树脂是一种具有网状结构高度交联的有机硅氧烷的聚合物，其分子量在5000-10000000 g/mol之间。

6.根据权利要求5所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，所述有机硅树脂至少包含但不限于以下物质中的一种：烷基有机硅树脂、羟基有机硅树脂和芳基有机硅树脂。

7.根据权利要求1所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，弹性体共混材料还至少包含以下一种组分：交联剂、调色剂、阻燃剂、催化剂和表面活性剂。

8.根据权利要求7所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，所述交联剂选自甲基三甲氧基硅烷、乙甲基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四丙氧基硅烷、烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷、四乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种；增强剂选自气相法二氧化硅、碳酸钙、滑石粉、云母粉、氧化钛、粘土中的一种或几种；所述阻燃剂为无机阻燃剂和/或机氮系阻燃剂；所述无机阻燃剂选自碲化合物、羟基铝、氢氧化镁、硼酸盐中的一种或多种；有机氮系阻燃剂选自三嗪及其衍生物、三聚氰胺，溴化物如二溴甲烷、三氯溴甲烷、二氯溴甲烷及八溴二苯基氧化物、五溴乙基苯、四溴双酚A中的一种或多种；所述催化剂为锡络合物和/或钛络合物。

9.根据权利要求7所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，所述锡络合物选自二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或多种，所述钛络合物选自D60；所述表面活性剂选自硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂，所述钛酸酯偶联剂选自KH550、KH540、KH560、KH792和KH602中的一种或几种；调色剂为无机色料，所述无机色料选自碳黑、石墨粉、氧化铁中的一种或几种。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的一种具有线缆保护功能的弹性体共混材料，其特征在于，以橡胶弹性体总重量为100份计，所述交联剂的含量为0.1-15wt%，增强剂的含量为50-500wt%，调色剂的含量为1-20wt%，阻燃剂的含量为5-100wt%，催化剂的含量为0.2-10wt%，表面活性剂的含量为0.1-15wt%。