一种耐老化型电缆及其加工方法与流程

有机化合物处理,合成应用技术1.本发明属于电缆技术领域，具体地，涉及一种耐老化型电缆及其加工方法。背景技术：2.电线电缆作为电能和信息传输体，在各个领域得到广泛的应用。为了增加电缆的使用寿命，保证电线电缆的正常运行，通常在电缆的外部设置有保护套从而对电缆进行保护，常用的电缆护套是橡胶类或者是聚乙烯材料，橡胶类护套的弹性比较好，但是耐候性比较差，容易老化开裂，而聚乙烯类护套材料的脆性大，耐磨性和韧性比较差，不能很好起到保护电缆的作用。3.中国专利申请号201410072303.4公开了一种耐热抗老化电缆护套材料及其制备方法，其原料按重量份包括：聚稳丁腈橡胶30-40份，氢化丁腈橡胶20-30份，氧化镁5-8份，煅烧陶土8-13份，碳酸钙8-10份，氯化石蜡2-5份，酞青蓝0.2-0.3份，白炭黑14-17份，有机纳米蒙脱土13-18份，dop软化剂1.5-3份，促进剂dm0.7-1.3份，促进剂tmtd0.5-1.2份，硫磺0.5-0.9份。该发明中的护套材料是是以聚稳丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶混合作为基材制备而成的，并未对其耐老化性能做实质改善，使获得的护套材料的耐候性和耐老化性难以满足使用要求。技术实现要素：4.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种耐老化型电缆及其加工方法。5.本发明的电缆最外层采用自制的橡胶材料作为橡胶保护层，橡胶材料采用丁腈橡胶作为基质，丁腈橡胶本身具备较高的耐磨性和耐热性，并加入了改性纳米二氧化钛；通过对纳米二氧化钛进行改性，在其表面接枝有机分子链，一方面，改善纳米二氧化钛的极性和团聚现象，促进纳米二氧化钛在橡胶基质中的均匀分散；另一方面，引入的有机分子链，也能够起到捕获自由基、提高交联密度的作用，进而提高橡胶的耐老化性能；因此，改性纳米二氧化钛的加入能够在降低助剂的使用基础上，提升橡胶的耐老化性能，使获得的橡胶材料形成电缆的橡胶保护层时，能够有效抵抗光老化和热老化，提高电缆的耐老化性能。6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：7.一种耐老化型电缆，包括铜导体，铜导体外侧包裹有导体屏蔽层，导体屏蔽层外侧包裹有绝缘橡胶层，绝缘橡胶层外侧为绕包有橡胶保护层；其中，橡胶保护层采用改性橡胶材料制备而成，改性橡胶材料的原料按重量份计包括：丁腈橡胶70-80份、改性纳米二氧化钛3-4份、硬脂酸0.7-0.9份、硫黄1.2-1.3份、促进剂dm 0.3-0.4份；8.改性橡胶材料通过如下步骤制成：9.先将丁腈橡胶在开炼机上薄通6次(辊距设为0.5mm)，再按常规混炼方法加入改性纳米二氧化钛、硬脂酸和促进剂md，最后加入硫黄，混炼胶停放过夜后，采用平板硫化机进行硫化，制得改性橡胶材料。10.所述改性纳米二氧化钛通过如下步骤制备：11.s1、将纳米二氧化钛、4-氨基环己羧酸与乙醇水溶液(质量分数50％)混合，再加入n,n-二甲基甲酰胺，升温至60℃反应4h，过滤，依次用乙醇和去离子水洗涤3-4次后，干燥，得到预改性二氧化钛；纳米二氧化钛、4-氨基环己羧酸、乙醇水溶液和n,n-二甲基甲酰胺的用量比为10g:3-4g:150ml:0.2mg；12.4-氨基环己羧酸分子上的-cooh与纳米二氧化钛表面的-oh发生酯化反应，在纳米二氧化钛表面通过酯基接枝环己烷和-nh2，具体反应过程如下所示：[0013][0014]s2、将3,5-二叔丁基水杨醛与无水乙醇混合，搅拌溶解后加入冰醋酸作催化剂，搅拌下预热到75℃，获得改性液，将预改性二氧化钛与无水乙醇混合加入三口烧瓶中，升温至75℃，采用恒压滴液漏斗将改性液缓慢滴加到三口烧瓶中，于75℃恒温反应5h，过滤，用乙醇和水依次洗涤3-4次后，真空干燥，得到改性纳米二氧化钛；改性液中3,5-二叔丁基水杨醛、无水乙醇、冰醋酸的用量比为2.3g:40ml:0.1ml；预改性二氧化钛、无水乙醇和改性液的用量之比为4.9g:30ml:85ml；[0015]在冰醋酸作为催化剂的条件下，3,5-二叔丁基水杨醛分子上的-cho与预改性二氧化钛表面引入的-nh2发生化学反应，形成-c＝n-键，获得改性二氧化钛，反应过程如下所示：[0016][0017]通过对纳米二氧化钛进行改性，消耗了表面-oh(极性基团)，而引入有机分子链，有机分子链上含有环己烷和苯环，因此，能够有效改善纳米二氧化钛的团聚现象，提高纳米二氧化钛与橡胶基体的相容性，从而促进纳米二氧化钛在橡胶基质中的均匀分散；纳米二氧化钛本身是一种很好的无机紫外线屏蔽剂，其屏蔽原理是对紫外线的吸收和散射，在护套材料中添加纳米二氧化钛后，可以提高橡胶层的紫外线屏蔽作用，延缓光老化；另外，纳米二氧化钛表面接枝的有机链团，含有酚羟基和-c＝n-键，酚羟基可以提供质子氢，从而捕获1个自由基；-c＝n-键作为供电子基团使得酚羟基的电子密度增大，从而提高了酚羟基的活性，同时氮原子上的孤对电子可以中和1个自由基；另外酚羟基给出氢质子后形成酚氧自由基，又可以捕获1个自由基，如此则阻止了热氧链式反应的进一步进行，表现为耐老化性能的提升；-c＝n-键可以提高橡胶硫化时的交联密度，有效延缓其热氧老化进程，改善热氧稳定性。[0018]一种耐老化型电缆的加工方法如下：[0019]先在铜导体外侧包裹导体屏蔽层和绝缘橡胶层，然后将改性橡胶材料包覆于绝缘橡胶层外侧形成橡胶保护层，获得电缆。[0020]本发明的有益效果：[0021]本发明的电缆最外层采用自制的橡胶材料作为橡胶保护层，橡胶材料采用丁腈橡胶作为基质，丁腈橡胶本身具备较高的耐磨性和耐热性，并加入了改性纳米二氧化钛；通过对纳米二氧化钛进行改性，在其表面接枝有机分子链，一方面，改善纳米二氧化钛的极性和团聚现象，促进纳米二氧化钛在橡胶基质中的均匀分散；另一方面，引入的有机分子链，也能够起到捕获自由基、提高交联密度的作用，进而提高橡胶的耐老化性能；因此，改性纳米二氧化钛的加入能够在降低助剂的使用基础上，提升橡胶的耐老化性能，使获得的橡胶材料形成电缆的橡胶保护层时，能够有效抵抗光老化和热老化，提高电缆的耐老化性能。具体实施方式[0022]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它实施例，都属于本发明保护的范围。[0023]实施例1[0024]制备改性纳米二氧化钛：[0025]s1、将10g纳米二氧化钛、3g的4-氨基环己羧酸与150ml乙醇水溶液(质量分数50％)混合，再加入0.2mg的n,n-二甲基甲酰胺，升温至60℃反应4h，过滤，依次用乙醇和去离子水洗涤3次后，干燥，得到预改性二氧化钛；[0026]s2、将4.6g的3,5-二叔丁基水杨醛与80ml无水乙醇混合，搅拌溶解后加入0.2ml冰醋酸作催化剂，搅拌下预热到75℃，获得改性液，将4.9g预改性二氧化钛与30ml无水乙醇混合加入三口烧瓶中，升温至75℃，采用恒压滴液漏斗将85ml改性液缓慢滴加到三口烧瓶中，于75℃恒温反应5h，过滤，用乙醇和水依次洗涤3次后，真空干燥，得到改性纳米二氧化钛。[0027]实施例2[0028]制备改性纳米二氧化钛：[0029]s1、将10g纳米二氧化钛、4g的4-氨基环己羧酸与150ml乙醇水溶液(质量分数50％)混合，再加入0.2mg的n,n-二甲基甲酰胺，升温至60℃反应4h，过滤，依次用乙醇和去离子水洗涤4次后，干燥，得到预改性二氧化钛；[0030]s2、将4.6g的3,5-二叔丁基水杨醛与80ml无水乙醇混合，搅拌溶解后加入0.2ml冰醋酸作催化剂，搅拌下预热到75℃，获得改性液，将4.9g预改性二氧化钛与30ml无水乙醇混合加入三口烧瓶中，升温至75℃，采用恒压滴液漏斗将85ml改性液缓慢滴加到三口烧瓶中，于75℃恒温反应5h，过滤，用乙醇和水依次洗涤4次后，真空干燥，得到改性纳米二氧化钛。[0031]实施例3[0032]制备一种耐老化型电缆：[0033]先将70g丁腈橡胶在开炼机上薄通6次(辊距设为0.5mm)，再按常规混炼方法加入3g实施例1制得的改性纳米二氧化钛、0.7g硬脂酸和0.3g促进剂md，最后加入1.2g硫黄，混炼胶停放过夜后，采用平板硫化机进行硫化，制得改性橡胶材料；[0034]先在铜导体外侧包裹导体屏蔽层和绝缘橡胶层，然后将改性橡胶材料包覆于绝缘橡胶层外侧形成橡胶保护层，获得电缆。[0035]实施例4[0036]制备一种耐老化型电缆：[0037]先将75g丁腈橡胶在开炼机上薄通6次(辊距设为0.5mm)，再按常规混炼方法加入3.5g实施例1制得的改性纳米二氧化钛、0.8g硬脂酸和0.35g促进剂md，最后加入1.25g硫黄，混炼胶停放过夜后，采用平板硫化机进行硫化，制得改性橡胶材料；[0038]先在铜导体外侧包裹导体屏蔽层和绝缘橡胶层，然后将改性橡胶材料包覆于绝缘橡胶层外侧形成橡胶保护层，获得电缆。[0039]实施例5[0040]制备一种耐老化型电缆：[0041]先将80g丁腈橡胶在开炼机上薄通6次(辊距设为0.5mm)，再按常规混炼方法加入4g实施例1制得的改性纳米二氧化钛、0.9g硬脂酸和0.4g促进剂md，最后加入1.3g硫黄，混炼胶停放过夜后，采用平板硫化机进行硫化，制得改性橡胶材料；[0042]先在铜导体外侧包裹导体屏蔽层和绝缘橡胶层，然后将改性橡胶材料包覆于绝缘橡胶层外侧形成橡胶保护层，获得电缆。[0043]对比例[0044]将实施例3中的改性纳米二氧化钛原料换成普通纳米二氧化钛原料，其余原料及制备过程不变。[0045]对实施例3-5和对比例获得的改性橡胶材料，进行如下性能测试：[0046]老化性能：按照gb/t 3512-2001测定热空气老化性能，具体为，将哑铃形试样按一定间隔悬挂于热空气老化箱中，在100℃下进行老化试验，老化96h后取出，用ut 2080型电子拉力试验机在500mm/min的拉伸速率下测定其拉伸强度、扯断伸长率和定伸应力，用lx-a型橡胶硬度计按gb/t 531-1999测定其邵尔a硬度；[0047]测得的结果如下表所示：[0048][0049]由上表数据可知，实施例3-5中，由于改性纳米二氧化钛的加入，其不仅能均匀分散于橡胶材料中，能够从物理和化学角度稳定发挥耐老化性能，从而显著提升橡胶材料的耐老化性能。[0050]在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0051]以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。









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