一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料及其制备方法。

背景技术

PVC等传统护套基料在燃烧时会产生的大量酸性气体，为了制备绝缘兼护套的橡胶料，专利申请CN110358199A中虽然采用乙丙橡胶和聚乙烯的混合物综合二者的优势，使所制得的材料具有较好的绝缘性和机械性能，但乙丙橡胶和聚乙烯混合物的阻燃性能极差，在空气中可剧烈燃烧，即便该技术中进一步使用氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物作为阻燃填充剂，同时添加了烷基次膦酸盐作为协效阻燃剂改善该复合材料的阻燃性能，但其中氢氧化镁或者氢氧化铝等阻燃剂的添加会降低材料的机械性能，提高材料的吸水率，导致材料在潮湿环境下绝缘性能大幅下降。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明提供一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料及其制备方法，用以解决现有技术中以乙丙橡胶为基料制备绝缘兼护套橡胶料时存在的上述缺陷，本发明制备的橡胶料兼具燃烧时产生的有毒气体少、潮湿环境下绝缘性能好以及力学性能优异的特点，并且耐温等级高，既可以作为风能电缆的绝缘层，也可以作为风能电缆的护套层。

具体地，本发明提供一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料，包括：乙丙橡胶、低密度聚乙烯、改性纳米陶土和复合阻燃剂；所述复合阻燃剂为锡酸锌与磷氮化合物的复合物，优选为质量比为5:10的锡酸锌与聚磷酸铵的复合物。

所述改性纳米陶土是指：D50为1μm的纳米陶土经表面改性得到。在风能电缆中，常采用纳米陶土用于提升护套基体的性能，但所采用的陶土均为20μm左右的常规陶土或者改性陶土。

本发明在研究中发现，当采用改性陶土与所述复合阻燃剂改善橡胶料的性能时，改性纳米陶土相较于改性陶土在性能的提升上更加显著，特别是，通过该改性纳米陶土与所述复合阻燃剂的协效作用，使制得的橡胶料在潮湿环境下不仅具有优异的绝缘性和机械性能，而且其在燃烧时产生的有毒气体少、耐温等级高。

根据本发明提供的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料，所述复合阻燃剂与所述乙丙橡胶的质量比为15～60:80～120；所述改性纳米陶土和所述复合阻燃剂的质量比为60～100:15～60。

根据本发明提供的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料，所述改性纳米陶土为硅烷改性纳米陶土，优选地，所述硅烷改性纳米陶土为硅烷偶联剂A-172改性的纳米陶土。

上述改性纳米陶土可以通过在高速搅拌机中加入纳米陶土及偶联剂，并在60～90℃的条件下进行预混合15～30min处理后得到，其中，纳米陶土与偶联剂的质量比为60～100:1～2。

根据本发明提供的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料，所述乙丙橡胶和所述低密度聚乙烯的质量比为80～120:20～60。

根据本发明提供的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料，所述橡胶料的原料中还包括质量比为2～4:2～4的硫化促进剂和交联剂，优选地，所述硫化促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯，所述交联剂为过氧化二异丙苯。

根据本发明提供的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料，所述橡胶料的原料中还包括氧化锌、红丹母胶、防老剂、加工助剂和色粉中的一种以上。

根据本发明提供的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料，按重量份数计，所述橡胶料的原料包括：乙丙橡胶80～120份、低密度聚乙烯20～60份、改性纳米陶土60～100份、复合阻燃剂15～60份、氧化锌4～10份、红丹母胶4～10份、防老剂0.5～2份、加工助剂2～5份、色粉1～2份、硫化促进剂2～4份和交联剂2～4份。

优选地，按重量份数计，所述橡胶料的原料由乙丙橡胶80份、低密度聚乙烯20份、硅烷改性纳米陶土61份、复合阻燃剂30份、氧化锌5份、红丹母胶5份、防老剂2份、加工助剂5份、色粉2份、硫化促进剂3份和交联剂2.5份组成。

本发明还提供如上所述的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，包括：将改性纳米陶土和复合阻燃剂加入主要由乙丙橡胶和低密度聚乙烯混练得到的预处理胶料中。

根据本发明提供的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，包括：

将乙丙橡胶、低密度聚乙烯和红丹母胶加入密炼机中进行混练，混炼温度为105～115℃，混炼好的胶进行出片冷却，停放4～6h得预处理胶料；

将所述预处理胶料加入密炼机中，并依次将防老剂、加工助剂、氧化锌、改性纳米陶土、复合阻燃剂和色粉加入所述预处理胶料中进行混练4～8min，混炼温度为120～135℃，将混炼好的橡胶停放4～8h得混合物；

将所述混合物加入密炼机中，并将硫化促进剂和交联剂加入所述混合物中进行混练1～2min，排胶温度为100～115℃，得混炼胶；

将所述混炼胶造粒，即得。

本发明提供的一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料及其制备方法，通过改性纳米陶土与复合阻燃剂的协效作用，可以使制得的橡胶料在潮湿环境下不仅具有优异的绝缘性和机械性能，而且其在燃烧时产生的有毒气体少，并且耐温等级更高，既可以作为风能电缆的绝缘层，也可以作为风能电缆的护套层，具有十分重要的技术意义。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，其步骤如下：

(1)配料：按重量份数计，配乙丙橡胶80份、低密度聚乙烯20份、纳米陶土60份、复合阻燃剂(质量比为5:10的锡酸锌与聚磷酸铵)30份、氧化锌5份、红丹母胶5份、防老剂2份、加工助剂5份、色粉2份、硅烷偶联剂A-172 1份、硫化促进剂(三烯丙基异氰脲酸酯)3份和交联剂(DCP)2.5份。

(2)粉料预处理：先在高速搅拌机中加入纳米陶土及硅烷偶联剂A-172，并在80℃的条件下进行预混合20min处理后，得硅烷改性纳米陶土，待使用。

(3)胶料预处理：采用密炼机对乙丙橡胶、低密度聚乙烯及红丹母胶进行混炼，混炼温度为110℃，混炼好的胶进行出片冷却，停放5h。

(4)混炼：采用密炼机对上述处理好的原料进行混炼，首先加入步骤(3)得到的胶料，然后依次加入防老剂、加工助剂、氧化锌、步骤(2)得到的硅烷改性纳米陶土、复合阻燃剂、色粉，混炼6min，混炼温度达到125℃，将混炼好的橡胶停放6h。

(5)加硫：采用密炼机对步骤(4)得到的橡胶进行加硫混炼，逐步加入硫化促进剂和交联剂，混炼时间为1min，排胶温度在110℃。

(6)造粒：采用造粒机对步骤(5)得到的混炼胶进行造粒后加工处理，通过旋风冷却输送系统对成型后的胶粒进行冷却收箱。

实施例2

一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：将乙丙橡胶的调整为85份、低密度聚乙烯调整为15份。

实施例3

一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：将三烯丙基异氰脲酸酯等质量替换为三聚氰酸三烯丙酯。

实施例4

一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：将硅烷偶联剂A-172等质量替换为偶联剂KH550。从实施例1和实施例4可以看出，改性纳米陶土中的表面改性剂对所得橡胶料的力学性能也会产生一定影响，且硅烷偶联剂A-172相较于常用的偶联剂KH550而言，更适用于本发明中的风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备。

实施例5

一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：将复合阻燃剂替换为质量比为1：1的锡酸锌与聚磷酸三聚氰胺。

实施例6

一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：将聚磷酸铵替换为聚磷酸三聚氰胺。

对比例1

一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：将纳米陶土等质量替换为平均粒径为20μm的常用陶土。

对比例2

一种风能电缆用阻燃绝缘兼护套橡胶料的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：将复合阻燃剂等质量替换为氢氧化铝。

对实施例1-6和对比例1-2所得乙丙硫化胶进行测试，其中，机械性能的测试方法为GB/T 2951.11，老化性能的测试方法为GB/T2951.12，体积电阻率的测试方法为GB/T1401，氧指数的测试方法为GB/T 2406.2，耐IRM902矿物油的测试方法为GB/T 2951.21，潮湿环境电阻率的测试方法为浸85℃水24h测试体积电阻率。测试结果如下：

通过上述测试结果可以看出，陶土的尺寸和阻燃剂的选择对制得的橡胶料在潮湿环境下的绝缘性、机械性能和阻燃性必不可少，而其中，特别是改性陶土的尺寸对橡胶料在潮湿环境下的绝缘性的改善程度明显。在针对实施例5和6所采用的配方进行研究时，该改性陶土的尺寸所起到的作用相似，均能有效提升橡胶料在潮湿环境下的绝缘性。

最后应说明的是：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。