一种高韧性抗开裂电缆料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高韧性抗开裂电缆料及其制备方法。

背景技术

随着经济的迅速发展，电缆在通讯、电力等领域的应用非常广泛，当电缆在高温环境下使用时，现有电缆表面电缆料会出现开裂现象，导致电缆的折断和传输信号的中断，将会严重影响人们的正常生活。

公开号为CN108410045A的中国专利申请公开了一种耐高温的阻燃无毒电缆料。电缆料中包括如下组分：聚烯烃类热塑性弹性体、聚氨酯弹性体橡胶、三元乙丙橡胶、陶粉、偏苯三酸三辛酯、硬脂酸锌、增强剂、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、阻燃剂、抑烟剂和抗氧剂。其中，陶粉是由凹凸棒石粘土、蒙脱土、海泡石等材料经过改性、煅烧和研磨后得到粉末。聚氨酯弹性体橡胶为聚己内酯型的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，增强剂为高耐磨炭黑；阻燃剂为纳米二氧化铝、纳米二氧化镁和氧化锑的混合物，混合物中三者的质量比2:4:3；抑烟剂为硼酸锌、三氧化钼和有机改性蒙脱土中的一种。该型电缆料的耐高温性能突出，并且具有良好的阻燃性能，非常绿色安全。但是，该专利聚烯烃类热塑性弹性体用量大，影响电缆料的强度。

公开号为108485124A的中国专利申请公开了一种阻燃韧性高无卤环保电缆料及其制备方法，涉及电缆料领域，包括以下重量份计的原料：PVC树脂30-40份、酚醛树脂15-25份、马来酸酐接枝聚丙烯8-16份、硅藻土6-12份、云母粉5-10份、皂石粉3-6份、聚丙烯纤维6-12份、碳化硅4-7份、炭黑2-4份、甲壳素3-5份、纳米二氧化钛4-6份、三氧化二锑3-5份、偶联剂0.8-1.5份、阻燃剂1.2-2.5份和抗氧剂1.5-2.8份；该发明电缆料具有良好的阻燃性和韧性，抗拉伸性和抗折性能优异，不含任何卤素物质，绿色环保，制备方法简单，易生产。但是，该专利电缆料采用大量PVC树脂，所得电缆料抗冲击强度低，耐油性能差。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种高韧性抗开裂电缆料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶30-45份，线性低密度聚乙烯20-30份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 15-25份，聚丙烯纤维5-10份，纳米二氧化钛5-10份，阻燃剂8-16份，填充剂6-15份，防老剂4-10份，软化剂12-25份，交联剂2-6份和助交联剂0.5-2份。

优选地，所述的阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化镁、氧化铝、氧化锌和硼酸锌中一种或几种。

优选地，所述的填充剂为轻质碳酸钙、炭黑N330、炭黑N550和炭黑N660中一种或几种。

优选地，所述的防老剂为OD、MB和4010NA中一种或几种。

优选地，所述的软化剂为二甲基硅油或者羟基硅油。

优选地，所述的交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基过氧基）己烷、1，3-双（2-叔丁基过氧基异丙基）苯和1，4-双叔丁基过氧异丙基苯中一种或几种。

优选地，所述的助交联剂为N，N′-间苯撑双马来酰亚胺、三烯丙基异氰脲酸酯和二甲基丙烯酸乙烯酯中一种或几种。

一种上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，120-150℃条件下混炼10-15min，当密炼机温度达到90-100℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，80-100℃混炼2-6min，冷却后送入开炼机开炼，薄通6-8次，即得。

本发明的积极有益效果：

1. 本发明丁腈橡胶耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强；线性低密度聚乙烯具有较高的软化温度和熔融温度，有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好优点，还具有良好的耐环境应力开裂性、耐冲击、耐撕裂，并可耐酸、碱和有机溶剂；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物稳定性高，抗应力断裂性能和低温冲击强度性能优异；丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物合用为电缆料基材，所得电缆料抗开裂、高韧性，耐高温性能优异。聚丙烯纤维质轻、强度高、弹性好、耐磨、耐腐蚀、耐热、耐老化，易于与基材形成互穿的网络结构，进一步增强了基材的强度和柔韧性；纳米二氧化钛分散于基材网络结构中，提高电缆料的耐磨性和柔韧性。本发明各种原料合用，所得高韧性抗开裂电缆料拉伸强度≥22MPa，抗撕裂强度≥8.5N/mm，拉伸伸长率≥453%，电缆料韧性好、抗开裂；经过热空气老化处理后，拉伸伸长保持率≥90.5%，IBM903标准油处理后，拉伸伸长保持率≥92.1%，电缆料耐高温性能优异，耐油，抗老化。

2. 本发明所述阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化镁、氧化铝、氧化锌和硼酸锌中一种或几种，阻燃性能好，低烟低毒，绿色环保。所述的填充剂为轻质碳酸钙、炭黑N330、炭黑N550和炭黑N660中一种或几种，提高了电缆料的强度。所述的防老剂为OD、MB和4010NA中一种或几种，防止和缓慢电缆料氧化过程，延长电缆料的使用寿命。所述的软化剂为二甲基硅油或者羟基硅油，提高原料的流动性，缩短混合时间，促进各种原料快速和均匀分散。所述的交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基过氧基）己烷、1，3-双（2-叔丁基过氧基异丙基）苯和1，4-双叔丁基过氧异丙基苯中一种或几种，使电缆料更容易形成立体网络结构，提高电缆料的力学性能。所述的助交联剂为N，N′-间苯撑双马来酰亚胺、三烯丙基异氰酸酯和二甲基丙烯酸乙烯酯中一种或几种，有利于缩短交联时间。

3. 本发明高韧性抗开裂电缆料原料种类少，制备方法简单，各原料交联效果好，成本低廉。

具体实施方式

下面结合一些具体实施方式，对本发明进一步说明。

实施例1

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶30份，线性低密度聚乙烯20份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 15份，聚丙烯纤维5份，纳米二氧化钛5份，阻燃剂8份，填充剂6份，防老剂4份，软化剂15份，交联剂12份和助交联剂0.5份。

所述的阻燃剂为三氧化二锑。

所述的填充剂为轻质碳酸钙。

所述的防老剂为OD。

所述的软化剂为二甲基硅油。

所述的交联剂为过氧化二异丙苯。

所述的助交联剂为N，N′-间苯撑双马来酰亚胺。

上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，120℃条件下混炼15min，当密炼机温度达到90℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，90℃混炼5min，冷却后送入开炼机开炼，薄通6次，即得。

实施例2

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶32份，线性低密度聚乙烯21份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 16份，聚丙烯纤维6份，纳米二氧化钛6份，阻燃剂9份，填充剂7份，防老剂5份，软化剂15份，交联剂2.5份和助交联剂0.6份。

所述的阻燃剂为氢氧化镁。

所述的填充剂为炭黑N330。

所述的防老剂为MB。

所述的软化剂为羟基硅油。

所述的交联剂为过氧化苯甲酰。

所述的助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，130℃条件下混炼12min，当密炼机温度达到100℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，80℃混炼2min，冷却后送入开炼机开炼，薄通7次，即得。

实施例3

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶36份，线性低密度聚乙烯24份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 18份，聚丙烯纤维7份，纳米二氧化钛6份，阻燃剂10份，填充剂8份，防老剂5份，软化剂18份，交联剂3份和助交联剂0.8份。

所述的阻燃剂为氧化铝。

所述的填充剂为炭黑N550。

所述的防老剂为4010NA。

所述的软化剂为二甲基硅油。

所述的交联剂为2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基过氧基）己烷。

所述的助交联剂为N，N′-间苯撑双马来酰亚胺。

上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，140℃条件下混炼10min，当密炼机温度达到90℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，100℃混炼4min，冷却后送入开炼机开炼，薄通8次，即得。

实施例4

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶40份，线性低密度聚乙烯25份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物20份，聚丙烯纤维7份，纳米二氧化钛7份，阻燃剂11份，填充剂10份，防老剂6份，软化剂20份，交联剂4份和助交联剂1份。

所述的阻燃剂为硼酸锌。

所述的填充剂为炭黑N660。

所述的防老剂为4010NA。

所述的软化剂为羟基硅油。

所述的交联剂为过2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基过氧基）己烷。

所述的助交联剂为N，N′-间苯撑双马来酰亚胺。

上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，130℃条件下混炼12min，当密炼机温度达到90℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，90℃混炼3min，冷却后送入开炼机开炼，薄通7次，即得。

实施例5

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶41份，线性低密度聚乙烯26份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 21份，聚丙烯纤维8份，纳米二氧化钛8份，阻燃剂12份，填充剂11份，防老剂6份，软化剂21份，交联剂4份和助交联剂1.2份。

所述的阻燃剂为氧化锌和硼酸锌，两者重量比为1：1。

所述的填充剂为轻质碳酸钙。

所述的防老剂为OD。

所述的软化剂为羟基硅油。

所述的交联剂为1，3-双（2-叔丁基过氧基异丙基）苯。

所述的助交联剂为二甲基丙烯酸乙烯酯。

上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，150℃条件下混炼10min，当密炼机温度达到100℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，80℃混炼6min，冷却后送入开炼机开炼，薄通6次，即得。

实施例6

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶42份，线性低密度聚乙烯28份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物23份，聚丙烯纤维8份，纳米二氧化钛9份，阻燃剂13份，填充剂12份，防老剂8份，软化剂23份，交联剂5份和助交联剂1.5份。

所述的阻燃剂为三氧化二锑。

所述的填充剂为炭黑N330。

所述的防老剂为MB。

所述的软化剂为二甲基硅油。

所述的交联剂为1，4-双叔丁基过氧异丙基苯。

所述的助交联剂为N，N′-间苯撑双马来酰亚胺。

上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，120℃条件下混炼13min，当密炼机温度达到90℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，100℃混炼2min，冷却后送入开炼机开炼，薄通7次，即得。

实施例7

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶44份，线性低密度聚乙烯29份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 24份，聚丙烯纤维9份，纳米二氧化钛10份，阻燃剂15份，填充剂13份，防老剂9份，软化剂24份，交联剂5.5份和助交联剂1.8份。

所述的阻燃剂为氢氧化镁。

所述的填充剂为炭黑N550。

所述的防老剂为4010NA。

所述的软化剂为羟基硅油。

所述的交联剂为过氧化二异丙苯。

所述的助交联剂为二甲基丙烯酸乙烯酯。

上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，140℃条件下混炼10min，当密炼机温度达到100℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，100℃混炼3min，冷却后送入开炼机开炼，薄通8次，即得。

实施例8

一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶45份，线性低密度聚乙烯30份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 25份，聚丙烯纤维10份，纳米二氧化钛10份，阻燃剂16份，填充剂15份，防老剂10份，软化剂25份，交联剂6份和助交联剂2份。

所述的阻燃剂为氧化锌。

所述的填充剂为炭黑N660。

所述的防老剂为OD。

所述的软化剂为二甲基硅油。

所述的交联剂为过氧化苯甲酰。

所述的助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的高韧性抗开裂电缆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丁腈橡胶、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物置于双螺杆挤出机共混造粒；

（2）将步骤（1）得到的混合料加入密炼机中，加入聚丙烯纤维、纳米二氧化钛、阻燃剂、填充剂、防老剂和软化剂，150℃条件下混炼12min，当密炼机温度达到90℃时，开始出料，冷却；

（3）将步骤（2）得到的混合料再次加入密炼机中，加入交联剂和助交联剂，80℃混炼5min，冷却后送入开炼机开炼，薄通7次，即得。

对比实施例1

本实施例与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁苯橡胶40份，线性低密度聚乙烯25份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物20份，聚丙烯纤维7份，纳米二氧化钛7份，阻燃剂11份，填充剂10份，防老剂6份，软化剂20份，交联剂4份和助交联剂1份。

对比实施例2

本实施例与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶40份，聚氯乙烯25份，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物20份，聚丙烯纤维7份，纳米二氧化钛7份，阻燃剂11份，填充剂10份，防老剂6份，软化剂20份，交联剂4份和助交联剂1份。

对比实施例3

本实施例与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：一种高韧性抗开裂电缆料，由以下重量份数的原料制成：

丁腈橡胶40份，线性低密度聚乙烯25份，乙烯-醋酸乙烯共聚物20份，聚丙烯纤维7份，纳米二氧化钛7份，阻燃剂11份，填充剂10份，防老剂6份，软化剂20份，交联剂4份和助交联剂1份。

本发明实施例1-8以及对比实施例1-3高韧性抗开裂电缆料的检测结果见下表1。

表1 本发明实施例1-8以及对比实施例1-3高韧性抗开裂电缆料的检测结果

由表1可知，本发明实施例1-8的高韧性抗开裂电缆料拉伸强度≥22MPa，抗撕裂强度≥8.5N/mm，拉伸伸长率≥453%，电缆料韧性好、抗开裂；经过热空气老化处理后，拉伸伸长保持率≥90.5%，IBM903标准油处理后，拉伸伸长保持率≥92.1%，电缆料耐高温性能优异，耐油，抗老化。

对比实施例1采用丁苯橡胶代替丁腈橡胶，对比实施例2采用代替聚氯乙烯代替线性低密度聚乙烯，对比实施例3采用乙烯-醋酸乙烯共聚物代替乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，电缆料强度、抗撕裂强度和拉伸伸长率均下降，热空气老化和IBM903标准油处理后，拉伸伸长率保持率均降低。