CN117659591B - 一种高抗冲氯化聚氯乙烯cpvc电缆导管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料技术领域，公开了一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，以氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯、耐热型辅料、包覆型纤维辅料、润滑剂、热稳定剂、抗氧化剂为原料，经混料、造粒、挤出成型工艺制得，耐热型辅料可以与氯化聚氯乙烯的分子链之间产生缠绕结构，形成立体的三维网络，可增强氯化聚氯乙烯电缆导管的抗冲性能和耐热性能，包覆型纤维辅料具有壳核型结构，能产生“桥梁”作用，不仅能够利用壳层杂氮硅三环特殊的环状结构，对应力进行缓冲，够吸收冲击能量，还能阻止裂纹扩展，从而有效增强氯化聚氯乙烯电缆导管的抗冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具有涉及一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管。
背景技术
电缆导管是用来保护电力***的电缆不受环境干扰破坏，保证线路安全运行的材料，又被称为电力管，电缆导管作为电力传输的关键组成部分，其性能的优劣直接影响到电力***的稳定性和安全性。在众多电缆导管材料中，氯化聚氯乙烯(CPVC)以其卓越的加工性能、化学稳定性、电绝缘性和阻燃性，逐渐成为理想的电缆保护材料。随着科技的不断进步，电缆导管的应用环境也越发苛刻，这就导致市场对电缆导管的性能要求越来越高，虽然氯化聚氯乙烯已经具有相对可观的抗冲击性能和耐热性能，但由于在制作过程中添加了过多的敷料，导致制得的氯化聚氯乙烯电缆导管的耐热性能和冲击性能产生了负面影响，因此需要对氯化聚氯乙烯电缆导管的配方进行适当改进，以符合市场对电缆导管在矿井等特殊应用环境下的需求。
发明专利申请号CN202211055825.4公开了一种CPVC电力电缆导管及其制备方法，以超支化聚合物和甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物作为增韧剂，对氯化聚氯乙烯进行协同增韧改性，在保证电缆导管环刚度的同时，还能有效提高电缆导管的抗冲击强度，因此，可以从氯化聚氯乙烯的配方入手，通过添加具有增韧效果的添加剂，与氯化聚氯乙烯混合，增强其性能。
基于此，本发明提供了一种氯化聚氯乙烯电缆导管，具有优异的抗冲击性能和耐热性能，能够满足恶劣环境下的电缆使用需求，可进一步拓展氯化聚氯乙烯电缆导管的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，解决了氯化聚氯乙烯电缆导管抗冲击性能和耐热性能不佳的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，所述CPVC电缆导管的制作工艺包括以下步骤：
第一步、混料
将氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯、耐热型辅料、包覆型纤维辅料、润滑剂、热稳定剂、抗氧化剂依次加入高速捏合机中，在100～120℃的混料温度中捏合30～40min，所得记为混合料；
第二步、造粒
将混合料移入双螺杆挤出机中，将挤出机的各区温度依次设置为：一区160～180℃、二区185～195℃、三区175～185℃、四区170～180℃、五区175～185℃，挤出造粒，所得记为混合粒料；
第三步、挤出成型
将混合粒料置于挤出机中，经挤出成型工艺后，冷却定型，所得即为CPVC电缆导管；
所述包覆型纤维辅料为表面包覆杂氮硅三环聚合物包覆层的海泡石纤维。
进一步优选地，按重量份数计，所述CPVC电缆导管包括以下组分：氯化聚氯乙烯60～75份、聚氯乙烯20～30份、耐热型辅料3.5～6.5份、包覆型纤维辅料2～4.5份、润滑剂0.5～1.5份、热稳定剂5～10份、抗氧化剂0.5～1份。
进一步优选地，所述耐热型辅料的制备方法如下所述：
向反应釜中充满氮气，排出釜内的空气，将端氨基硅油加入至釜中，再加入二甲苯，开启搅拌，混合均匀后，向釜中继续加入3,6-二溴-9-苯基咔唑，加完后，控制釜内温度为60～70℃，在搅拌条件下加入助剂混匀，加毕，保持8～12h后，蒸发溶剂，将低沸物去除，降温出料，所得即为耐热型辅料。
具体的，端氨基硅油的端氨基结构具有较高的活性，能够与3,6-二溴-9-苯基咔唑中的卤素取代基发生取代，在助剂的作用下，取代反应不断进行，形成以仲氨基连接的硅油-咔唑嵌段聚合物，即耐热型辅料。
进一步优选地，所述端氨基硅油的重均分子量为500～1000，其中氨基的质量含量0.1～2％。
进一步优选地，所述助剂为吡啶或者三乙胺，助剂的加入量为端氨基硅油和3,6-二溴-9-苯基咔唑总质量的15～25％。
进一步优选地，所述包覆型纤维辅料的制备方法如下所示：
步骤一、海泡石纤维的表面改性
将经预处理的海泡石纤维超声分散在四氢呋喃中，使其形成分散液，在冰浴条件下，将二烯丙基氨基甲酰氯加入分散液中，待其加完后，移出冰水浴，于室温下搅拌6～9h，分离出纤维料，所得记为海泡石纤维改性体；
步骤二、海泡石的表面包覆
将海泡石纤维改性体分散在1,4-二氧六环中，倒入反应釜中，通如氮气作为保护气，将甲基丙烯酰氧基杂氮硅三环、交联剂和引发剂加入至釜中，加毕，将釜内温度控制在70～80℃，在搅拌条件下维持6～12h，离心出纤维料，经洗涤除杂、干燥，所得即为包覆型纤维辅料。
具体的，海泡石纤维表面含有硅羟基，能够与二烯丙基氨基甲酰氯中的酰氯取代基发生缩合，使海泡石纤维表现产生大量可发生自由基聚合的烯取代基，在引发剂作用下，该取代基做为引发位点，使甲基丙烯酰氧基杂氮硅三环原位聚合在海泡石纤维表面，配合交联剂的作用，形成表面包覆杂氮硅三环聚合物层的海泡石纤维，即包覆型纤维辅料。
进一步优选地，步骤一中，所述海泡石纤维的预处理过程具体为：首先，使用纯化水对海泡石纤维进行清洗，按照1:10～15的固液比，再将其投入质量分数为3％的盐酸溶液中，在100～200r/min的搅拌速率下搅拌酸化6～8h后，再经抽滤、洗涤、烘干即可。
进一步优选地，步骤二中，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或者N,N'-乙烯基双丙烯酰胺。
进一步优选地，步骤二中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或者偶氮二氰基戊酸中的至少一种。
进一步优选地，所述润滑剂为液体石蜡、硬脂酸钙或者聚乙烯蜡中的至少一种；所述热稳定剂为钙锌稳定剂或者钡锌稳定剂；所述抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的复合物，质量比为1:1。
本发明的有益效果：
本发明制备的耐热型辅料是以仲氨基连接的硅油-咔唑嵌段聚合物，仲氨基的存在可以使耐热型辅料在与氯化聚氯乙烯基体熔融挤出过程中发生相互作用，使得耐热型辅料的分子链与基体的分子链之间产生缠绕结构，形成立体的三维网络，不仅使氯化聚氯乙烯分子链难以运动，进而增强其耐高温性能，还能使制备的氯化聚氯乙烯电缆导管具有更高的密度，进而更好的应对冲击应力。同时，耐热型辅料结构中的硅油链段含有丰富硅氧键和刚性咔唑杂环，可使交联网络结构更加稳定，从而进一步增强氯化聚氯乙烯电缆导管的耐热性能。
本发明制备的包覆型纤维辅料由表面的杂氮硅三环聚合物包覆层和海泡石纤维组成的壳核型填充剂，一方面，包覆层的存在能够使海泡石纤维与氯化聚氯乙烯基体的相容性得到提高，避免团聚的发生，另一方面，这种壳核型结构的海泡石纤维具有“桥梁”作用，不仅能够利用壳层杂氮硅三环特殊的环状结构，对应力进行缓冲，够吸收冲击能量，还能阻止裂纹扩展，从而有效增强氯化聚氯乙烯电缆导管的抗冲击性能。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中耐热型辅料的红外谱图；
图2为本发明实施例2中海泡石纤维和包覆型纤维辅料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
耐热型辅料的制备
向反应釜中充满氮气，排出釜内的空气，将1.5g重均分子量为1000，氨基质量含量为2％的端氨基硅油加入至釜中，再加入二甲苯，开启搅拌，混合均匀后，向釜中继续加入0.6g的3,6-二溴-9-苯基咔唑，加完后，控制釜内温度为65℃，在搅拌条件下加入0.4g三乙胺混匀，加毕，保持9h后，蒸发溶剂，将低沸物去除，降温出料，所得即为耐热型辅料。
使用Nicolet 380型傅里叶红外变换光谱仪对耐热型辅料进行分析，采用KBr压片，扫描范围为500～4000cm-1，结果如图1所示，分析得出，位于3185cm-1处的吸收峰为端氨基硅油与3,6-二溴-9-苯基咔唑取代产生-NH-特征吸收峰，位于3000～3100cm-1处的吸收峰是苯环的碳氢特征吸收峰，位于1336cm-1处的吸收峰为C-N特征吸收峰，位于1081cm-1处的吸收峰为Si-O特征吸收峰。
实施例2
包覆型纤维辅料的制备
步骤一、海泡石纤维的预处理
使用纯化水对海泡石纤维进行清洗，按照1:15的固液比，再将其投入质量分数为3％的盐酸溶液中，在200r/min的搅拌速率下搅拌酸化6h后，再经抽滤、洗涤、烘干即可；
步骤二、海泡石纤维的表面改性
将2.6g经预处理的海泡石纤维超声分散在四氢呋喃中，使其形成分散液，在冰浴条件下，将3.5g二烯丙基氨基甲酰氯加入分散液中，待其加完后，移出冰水浴，于室温下搅拌8h，分离出纤维料，所得记为海泡石纤维改性体；
步骤三、海泡石的表面包覆
将2.4g海泡石纤维改性体分散在1,4-二氧六环中，倒入反应釜中，通如氮气作为保护气，将4g甲基丙烯酰氧基杂氮硅三环、0.2g的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和0.1g偶氮二异丁腈加入至釜中，加毕，将釜内温度控制在75℃，在搅拌条件下维持9h，离心出纤维料，经洗涤除杂、干燥，所得即为包覆型纤维辅料。
使用JSM-5900LV型扫描电子显微镜观察海泡石纤维和包覆型纤维辅料，结果见图2，观察可知，海泡石纤维表面光滑无褶皱，反观包覆型纤维辅料，表面褶皱较多，明显具有包覆型结构。
实施例3
一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管的制作工艺包括以下步骤：
第一步、混料
将60份氯化聚氯乙烯、20份聚氯乙烯、3.5份本发明实施例1制备的耐热型辅料、2份本发明实施例2制备的包覆型纤维辅料、0.5份液体石蜡、5份钙锌稳定剂、0.25份抗氧剂1010和0.25份抗氧剂168依次加入高速捏合机中，在100℃的混料温度中捏合30min，所得记为混合料；
第二步、造粒
将混合料移入双螺杆挤出机中，将挤出机的各区温度依次设置为：一区170℃、二区190℃、三区180℃、四区175℃、五区180℃，挤出造粒，所得记为混合粒料；
第三步、挤出成型
将混合粒料置于挤出机中，经挤出成型工艺后，冷却定型，所得即为CPVC电缆导管。
实施例4
一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管的制作工艺包括以下步骤：
第一步、混料
将70份氯化聚氯乙烯、25份聚氯乙烯、5份本发明实施例1制备的耐热型辅料、4份本发明实施例2制备的包覆型纤维辅料、1份硬脂酸钙、6份钡锌稳定剂、0.4份抗氧剂1010和0.4份抗氧剂168依次加入高速捏合机中，在110℃的混料温度中捏合40min，所得记为混合料；
第二步、造粒
将混合料移入双螺杆挤出机中，将挤出机的各区温度依次设置为：一区170℃、二区190℃、三区180℃、四区175℃、五区180℃，挤出造粒，所得记为混合粒料；
第三步、挤出成型
将混合粒料置于挤出机中，经挤出成型工艺后，冷却定型，所得即为CPVC电缆导管。
实施例5
一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管的制作工艺包括以下步骤：
第一步、混料
将75份氯化聚氯乙烯、30份聚氯乙烯、6.5份本发明实施例1制备的耐热型辅料、4.5份本发明实施例2制备的包覆型纤维辅料、1.5份聚乙烯蜡、10份钡锌稳定剂、0.5份抗氧剂1010和0.5份抗氧剂168依次加入高速捏合机中，在120℃的混料温度中捏合40min，所得记为混合料；
第二步、造粒
将混合料移入双螺杆挤出机中，将挤出机的各区温度依次设置为：一区170℃、二区190℃、三区180℃、四区175℃、五区180℃，挤出造粒，所得记为混合粒料；
第三步、挤出成型
将混合粒料置于挤出机中，经挤出成型工艺后，冷却定型，所得即为CPVC电缆导管。
对比例1
一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管的制作工艺，与实施例4不同之处在于：将原料中的耐热型辅料去除，其他处理均与实施例4相同。
对比例2
一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管的制作工艺，与实施例4不同之处在于：将原料中的包覆型纤维辅料替换成海泡石纤维，其他处理均与实施例4相同。
对比例3
一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管的制作工艺，与实施例4不同之处在于：将原料中的包覆型纤维辅料去除，其他处理均与实施例4相同。
对比例4
一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管的制作工艺，与实施例4不同之处在于：将原料中的耐热型辅料和包覆型纤维辅料均去除，其他处理均与实施例4相同。
性能检测
根据国标GB/T 8802-2001，测试本发明实施例3-实施例5以及对比例1-对比例4制备的电缆导管的维卡软化温度；
根据国标GB/T 1043.2-2018，进行缺口冲击强度测试；
测试结果记录在下表中：
| 组别 | 维卡软化温度/％ | 缺口冲击强度/kJ/m2 |
| 实施例3 | 109 | 28.1 |
| 实施例4 | 110 | 28.4 |
| 实施例5 | 109 | 28.3 |
| 对比例1 | 97 | 25.6 |
| 对比例2 | 108 | 23.9 |
| 对比例3 | 105 | 18.8 |
| 对比例4 | 95 | 16.4 |
分析测试数据可知，同时添加了耐热型辅料和包覆型纤维辅料制得的电缆导管明显具有更加优异的抗冲击性能和耐热性能。
对比例1将耐热型辅料去除，导致耐热性能下降明显，同时冲击性能也受到小幅影响，对比例2使用不含有包覆层海泡石纤维进行填充改性，导致抗冲击性能明显下降，这是由于不含包覆层的海泡石纤维不具有壳核结构，对应力的缓冲效果较差。对比例3去除包覆型纤维辅料，导致抗冲击性能进一步下降，这是由于不能利用海泡石纤维的“桥梁”作用导致。结合对比例1和对比例3的测试数据可知，耐热型辅料和包覆型纤维辅料对氯化聚氯乙烯电缆导管抗冲击性能的提升具有协同效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，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，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：氯化聚氯乙烯60～75份、聚氯乙烯20～30份、耐热型辅料3.5～6.5份、包覆型纤维辅料2～4.5份、润滑剂0.5～1.5份、热稳定剂5～10份、抗氧化剂0.5～1份；
所述CPVC电缆导管的制作工艺包括以下步骤：
第一步、混料
将氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯、耐热型辅料、包覆型纤维辅料、润滑剂、热稳定剂、抗氧化剂依次加入高速捏合机中，在100～120℃的混料温度中捏合30～40min，所得记为混合料；
第二步、造粒
将混合料移入双螺杆挤出机中，将挤出机的各区温度依次设置为：一区160～180℃、二区185～195℃、三区175～185℃、四区170～180℃、五区175～185℃，挤出造粒，所得记为混合粒料；
第三步、挤出成型
将混合粒料置于挤出机中，经挤出成型工艺后，冷却定型，所得即为CPVC电缆导管；
所述耐热型辅料的制备方法如下所述：
向反应釜中充满氮气，排出釜内的空气，将端氨基硅油加入至釜中，再加入二甲苯，开启搅拌，混合均匀后，向釜中继续加入3,6-二溴-9-苯基咔唑，加完后，控制釜内温度为60～70℃，在搅拌条件下加入助剂混匀，加毕，保持8～12h后，蒸发溶剂，将低沸物去除，降温出料，所得即为耐热型辅料；
所述包覆型纤维辅料为表面包覆杂氮硅三环聚合物包覆层的海泡石纤维；
所述包覆型纤维辅料的制备方法如下所示：
步骤一、海泡石纤维的表面改性
将经预处理的海泡石纤维超声分散在四氢呋喃中，使其形成分散液，在冰浴条件下，将二烯丙基氨基甲酰氯加入分散液中，待其加完后，移出冰水浴，于室温下搅拌6～9h，分离出纤维料，所得记为海泡石纤维改性体；
步骤二、海泡石的表面包覆
将海泡石纤维改性体分散在1,4-二氧六环中，倒入反应釜中，通如氮气作为保护气，将甲基丙烯酰氧基杂氮硅三环、交联剂和引发剂加入至釜中，加毕，将釜内温度控制在70～80℃，在搅拌条件下维持6～12h，离心出纤维料，经洗涤除杂、干燥，所得即为包覆型纤维辅料。
2.根据权利要求1所述的一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，其特征在于，所述端氨基硅油的重均分子量为500～1000，其中氨基的质量含量0.1～2％。
3.根据权利要求1所述的一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，其特征在于，所述助剂为吡啶或者三乙胺，助剂的加入量为端氨基硅油和3,6-二溴-9-苯基咔唑总质量的15～25％。
4.根据权利要求1所述的一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，其特征在于，步骤一中，所述海泡石纤维的预处理过程具体为：首先，使用纯化水对海泡石纤维进行清洗，按照1:10～15的固液比，再将其投入质量分数为3％的盐酸溶液中，在100～200r/min的搅拌速率下搅拌酸化6～8h后，再经抽滤、洗涤、烘干即可。
5.根据权利要求1所述的一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，其特征在于，步骤二中，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或者N,N'-乙烯基双丙烯酰胺。
6.根据权利要求1所述的一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，其特征在于，步骤二中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或者偶氮二氰基戊酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种高抗冲氯化聚氯乙烯CPVC电缆导管，其特征在于，所述润滑剂为液体石蜡、硬脂酸钙或者聚乙烯蜡中的至少一种；所述热稳定剂为钙锌稳定剂或者钡锌稳定剂；所述抗氧化剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的复合物，质量比为1:1。
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