一种耐高温性橡套线缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚合物技术领域，具体的，涉及一种耐高温性橡套线缆及其制备方法。

背景技术

电缆通常由带有绝缘和保护层的一个或多个相互绝缘的导体制成。它是一种将电力或信息从一个地方传送到另一个地方的线路设备，广泛应用于电力系统中。然而，天然橡胶和大多数橡胶都是易燃或是可燃材料。目前主要采用添加阻燃剂或阻燃补充剂的方法及阻燃材料共混改性来提高阻燃性。现有技术中，氯丁橡胶是一种具有很好的阻燃性的橡胶材料，源于其中含有的卤素类阻燃剂，该类阻燃剂阻燃效果好且成本低，所以被广泛用作高分子材料中。然而氯丁橡胶一旦燃烧时，该类阻燃剂会产生大量有害的卤素化合物，不仅危害人体，而且污染环境。所以目前需要在无卤基础上以开发出新型的阻燃橡胶体系，以应用于橡套线缆的绝缘层中。

发明内容

本发明提出一种耐高温性橡套线缆及其制备方法，其目的之一是解决了相关技术中的阻燃剂燃烧会产生大量有害的卤素化合物问题。

目的之二是进一步提高橡套的耐高温功能。

本发明的技术方案如下：

一种耐高温性橡套线缆，包括导电层以及绝缘层，其特征在于，所述绝缘层原料包括按重量计的以下组分：

橡胶50-70份、邻苯二甲酸二辛酯10-15份、硅氧烷阻燃剂3-5份，其中：

所述橡胶包括丁腈橡胶、聚氨酯橡胶中的其中一种或多种混合物；

所述硅氧烷阻燃剂为聚二甲基硅氧烷、聚铝硅氧烷阻燃剂中的其中一种或多种混合物。

在一种优选的方案中，橡胶的质量为50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70份中的其中一种。

在一种优选的方案中，邻苯二甲酸二辛酯的质量为10、11、12、13、14、15份中的其中一种。

在一种优选的方案中，硅氧烷阻燃剂的质量为3、3.5、4、4.5、5份中的其中一种。

在一种优选的方案中，所述绝缘层原料还包括按重量计的以下组分：聚碳酸酯10-15份。

聚碳酸酯与硅氧烷阻燃剂具有良好的协同效果，在高温状态下，硅氧烷阻燃剂具有在聚碳酸酯内部向外扩散的趋势，从而向橡套表面迁移以形成均质的阻燃层。

在一种优选的方案中，聚碳酸酯的质量为10、11、12、13、14、15份中的其中一种。

在一种优选的方案中，所述绝缘层原料还包括按重量计的以下组分：氧化石墨烯8-10份。

氧化石墨烯因为存在含氧基团等缺陷破坏了它本身的电子结构，提高了其绝缘性。并且氧化石墨烯结构稳定，能够一定程度提高橡套的耐磨性能。同时，氧化石墨烯具有良好的导热性能，可以避免电缆因内部导线过热引起的高温自燃现象。

在一种优选的方案中，所述氧化石墨烯的质量为8、8.5、9、9.5、10份中的其中一种。

在一种优选的方案中，所述绝缘层原料还包括按重量计的以下组分：耐磨剂10-20份；所述耐磨剂包括炭黑、玄武岩中的其中一种或多种混合物。

在一种优选的方案中，所述耐磨剂为炭黑。

在一种优选的方案中，所述炭黑的质量为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20份中的其中一种。

在一种优选的方案中，所述绝缘层原料还包括按重量计的以下组分：助剂3-5份；所述助剂包括氧化锌、N-环己基-N'-苯基对苯二胺中的其中一种或多种混合物。

在一种优选的方案中，所述助剂的质量为3、3.5、4、4.5、5份中的其中一种。

在一种优选的方案中，所述助剂为氧化锌、N-环己基-N'-苯基对苯二胺质量比为1:1的混合物。

在一种优选的方案中，所述绝缘层原料还包括按重量计的以下组分：硫磺5-7份。

在一种优选的方案中，所述硫磺的质量为5、5.5、6、6.5、7中的其中一种。

一种耐高温性橡套线缆的方法，包括如下步骤：

S1.拉制所述导电层，并退火；

S2.将若干所述导电层绞合在一起，形成导电丝；

S3.将所述绝缘层原料投入挤出机共混挤出，并包覆所述导电丝。

在一种优选的方案中，步骤S3中，所述挤出机内温度为85-87℃。

在一种优选的方案中，步骤S3中，所述挤出机内温度为85、85.5、86、86.5、87℃中的其中一种。

在一种优选的方案中，步骤S3中，所述挤出机内搅拌时间为50-75s。

在一种优选的方案中，步骤S3中，所述挤出机内搅拌时间为50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75s中的其中一种。

在一种优选的方案中，所述导电层包括铜、铝、锡、银、金中的其中一种或多种混合物。

在一种优选的方案中，所述导电层为铜。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明中选用无卤的括丁腈橡胶、聚氨酯橡胶，并且添加剂中也基本不包含卤元素，避免燃烧时产生的含卤有害物质的产生；

2、本发明中通过添加多种阻燃剂进入橡胶中形成电缆的橡套绝缘层，形成了协同效应，以进一步提高了电缆的阻燃性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明中线缆的结构示意图；其中三角形代表邻苯二甲酸二辛酯，方形代表硅氧烷阻燃剂；

图2为实施例1-5以及对比例1-7的测试结果示意表；

图3为实施例6-8的测试结果示意表；

图4为实施例1、6的测试结果示意表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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他实施例，都涉及本发明保护的范围。

实施例1

一种耐高温性橡套线缆，制备方法包括如下步骤：

S1.拉制所述导电层，并退火，所述导电层原料为铜单丝；

S2.将若干铜单丝绞合在一起，形成铜导丝；

S3.将用于制备所述绝缘层的原料投入挤出机共混挤出，并包覆铜导丝，得到线缆；其中原料包括按重量计的以下组分：橡胶50份、邻苯二甲酸二辛酯10份、硅氧烷阻燃剂3份，耐磨剂10份，助剂3份，硫磺5份；其中橡胶为丁腈橡胶，硅氧烷阻燃剂为聚二甲基硅氧烷，耐磨剂为炭黑，助剂为氧化锌与N-环己基-N'-苯基对苯二胺质量比1:1的混合物。

实施例2

S1.拉制所述导电层，并退火，所述导电层原料为铜单丝；

S2.将若干铜单丝绞合在一起，形成铜导丝；

S3.将用于制备所述绝缘层的原料投入挤出机共混挤出，并包覆铜导丝，得到线缆；其中原料包括按重量计的以下组分：橡胶70份、邻苯二甲酸二辛酯15份、硅氧烷阻燃剂5份，耐磨剂20份，助剂5份，硫磺7份；其中橡胶为丁腈橡胶，硅氧烷阻燃剂为聚二甲基硅氧烷，耐磨剂为炭黑，助剂为氧化锌与N-环己基-N'-苯基对苯二胺质量比1:1的混合物。

实施例3

S1.拉制所述导电层，并退火，所述导电层原料为铜单丝；

S2.将若干铜单丝绞合在一起，形成铜导丝；

S3.将用于制备所述绝缘层的原料投入挤出机共混挤出，并包覆铜导丝，得到线缆；其中原料包括按重量计的以下组分：橡胶60份、邻苯二甲酸二辛酯12份、硅氧烷阻燃剂4份，耐磨剂15份，助剂4份，硫磺6份；其中橡胶为丁腈橡胶，硅氧烷阻燃剂为聚二甲基硅氧烷，耐磨剂为炭黑，助剂为氧化锌与N-环己基-N'-苯基对苯二胺质量比1:1的混合物。

实施例4

S1.拉制所述导电层，并退火，所述导电层原料为铜单丝；

S2.将若干铜单丝绞合在一起，形成铜导丝；

S3.将用于制备所述绝缘层的原料投入挤出机共混挤出，并包覆铜导丝，得到线缆；其中原料包括按重量计的以下组分：橡胶65份、邻苯二甲酸二辛酯14份、硅氧烷阻燃剂4份，耐磨剂18份，助剂4份，硫磺6份；其中耐磨剂为炭黑，助剂为氧化锌与N-环己基-N'-苯基对苯二胺质量比1:1的混合物。

对比例1

S1.拉制所述导电层，并退火，所述导电层原料为铜单丝；

S2.将若干铜单丝绞合在一起，形成铜导丝；

S3.将用于制备所述绝缘层的原料投入挤出机共混挤出，并包覆铜导丝，得到线缆；其中原料包括按重量计的以下组分：橡胶100份、邻苯二甲酸二辛酯8份、硅氧烷阻燃剂2份，耐磨剂10份，助剂3份，硫磺5份；其中耐磨剂为炭黑，助剂为氧化锌与N-环己基-N'-苯基对苯二胺质量比1:1的混合物。

对比例2

S1.拉制所述导电层，并退火，所述导电层原料为铜单丝；

S2.将若干铜单丝绞合在一起，形成铜导丝；

S3.将用于制备所述绝缘层的原料投入挤出机共混挤出，并包覆铜导丝，得到线缆；其中原料包括按重量计的以下组分：橡胶40份、邻苯二甲酸二辛酯20份、硅氧烷阻燃剂8份，耐磨剂10份，助剂3份，硫磺5份；其中耐磨剂为炭黑，助剂为氧化锌与N-环己基-N'-苯基对苯二胺质量比1:1的混合物。

对比例3

在本对比例中，与实施例1不同之处在于，所述原料中不包括邻苯二甲酸二辛酯。

对比例4

在本对比例中，与实施例1不同之处在于，所述原料中不包括硅氧烷阻燃剂。

对比例5

在本对比例中，与对比例3不同之处在于，所述原料中包括硅氧烷阻燃剂6份。

对比例6

在本对比例中，与对比例4不同之处在于，所述原料中包括邻苯二甲酸二辛酯20份。

对实施例1-4以及对比例1-6中构成电缆绝缘层的橡套进行力学性能、绝缘性能和阻燃性能，测试结果如图2所示，其中：

拉伸强度：用于表征材料最大均匀塑性变形的抗力，试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力(Fb)，除以试样原横截面积(So)所得的应力(σ)，称为抗拉强度或者强度极限(σb)，单位为N/mm

σ＝Fb/So

式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N(牛顿)；So--试样原始横截面积，mm2。

断裂伸长率：指纤维受外力作用至拉断时，拉伸后的伸长长度与拉伸前长度的比值称断裂伸长率，用e表示，单位为％。用于表征纤维柔软性能和弹性性能的指标。断裂伸长率越大表示其柔软性能和弹性越好。计算公式为：

e＝(La-L0)/L0

式中：e--断裂伸长率，％；L0--试样原来长，mm；La--试样拉断时的长度，mm。

在拉伸强度与断裂伸长率测试中，待测试电缆的绝缘层厚度均为5mm，

氧指数：指在规定的条件下，材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度。以氧所占的体积百分数的数值来表示。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧。在所规定的试验条件下在室温下材料在O

在氧指数测试中，将待测试绝缘层切割成立方体，规格为100mm*10mm*4mm。

电阻率：用来表示各种物质电阻特性的物理量。在温度一定的情况下，材料的电阻为：

R＝ρL/S

式中：ρ--电阻率，Ω·m；L材料的长度，m；S，材料的横截面积，mm

在电阻率测试中，测试温度为20℃。

由图2测试结果可知，参考实施例1-4的结果，在本技术方案的范围内，橡套均具有优良的力学性能、阻燃性能和绝缘性能。参考对比例1，当橡胶在橡套中的质量比例过高时，虽然能一定程度上提升橡套的力学性能，但是会使其阻燃性能下降。参考对比例2，当橡胶在橡套中的质量比例过低时，虽然保持了一定的阻燃性能，然而其力学性能和绝缘性能均有所下降，不能够达到合格标准。

参考对比例3-4，单独在橡胶内添加邻苯二甲酸二辛酯或者硅氧烷阻燃剂，与实施例1相比，其阻燃效果均有所下降。

参考对比例5-6，单独提高邻苯二甲酸二辛酯或者硅氧烷阻燃剂的含量，对于其阻燃性能的提升也很有限，反而会略微降低橡套的力学性能。

综上，能够说明邻苯二甲酸二辛酯和硅氧烷阻燃剂添加进入橡胶后，对其阻燃性能具有协同性提升效果。

实施例5

在本实施例中，与实施例1不同之处在于，所述原料中还包括聚碳酸酯10份。

对比例7

在本实施例中，与实施例5不同之处在于，所述原料中不包括硅氧烷阻燃剂。

由图2测试结果可知，参考实施例5的测试结果，加入聚碳酸酯之后，能够进一步提升橡套的阻燃性能。然而参考对比例7的测试结果，与对比例4的结果进行比较。原料中不包括硅氧烷阻燃剂时，聚碳酸酯便不能对提升橡套的阻燃性能做出贡献。综上，聚碳酸酯的加入可与硅氧烷阻燃剂产生协同性作用，以进一步提高橡套的阻燃性能，并且不影响橡套的力学性能以及绝缘性能。

实施例6

在本实施例中，与实施例1不同之处在于，所述原料中还包括氧化石墨烯8份。

实施例7

在本实施例中，与实施例6不同之处在于，所述原料中不包括耐磨剂。

对比例8

在本对比例中，与实施例1不同之处在于，所述原料中不包括耐磨剂。

对实施例6-7以及对比例8中构成电缆绝缘层的橡套进行绝缘性以及耐磨性试验，测试结果如图3所示，其中：

耐磨性：指材料抵抗机械磨损的能力。在一定荷重的磨速条件下，单位面积在单位时间的磨耗。用试样的磨损量来表示，它等于试样磨前质量与磨后质量之差除以受磨面积，以材料在规定摩擦条件下的磨损率或磨损度的倒数来表示。其计算公式为：

G＝(m

式中：G——材料的磨损率，g/cm

耐磨性的测试方法参考中国国家标准GB/T 1689—1998《硫化橡胶耐磨性能的测定》。

参考图3，未加入炭黑的实施例7和对比例8中橡套的电阻率均有所升高，然而对比实施例1与对比例8的结果，未添加炭黑的结果会使得橡套的磨损度急剧升高，而同样未添加炭黑的实施例7则磨损度有略微升高，缘于其中添加的氧化石墨烯能够一定程度上提高橡套的耐磨程度。同时对比实施例1、6的结果，实施例6中添加了氧化石墨烯的橡套，能够进一步提高其绝缘性能，所以氧化石墨烯可以同时作为耐磨剂以及提高绝缘性的添加剂。

此外，测试实施例1以及实施例6的热导率，结果如图4所示，其中：

热导率：指当温度垂直向下梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。当用于测量绝缘层导热性能时，其具体定义为：在绝缘层内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率，其单位为瓦特·米

E/t＝λA(θ2-θ1)/ι

式中：E--在时间t内所传递的能量，J；A--截面积，m

相比于未添加氧化石墨烯的实施例1中的橡套，实施例6中添加了氧化石墨烯的橡套，其具有更好的导热效率。说明氧化石墨烯能够减少电缆因自身发热引起的高温问题，同样也起到了提高电缆耐高温的效果。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。