一种辐照交联橡胶基阻燃电缆及其制备方法与流程

1.本发明涉及电缆加工技术领域，尤其涉及一种辐照交联橡胶基阻燃电缆及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前，电线电缆的应用范围越来越广泛，而由于电线电缆的绝缘料和护套料大都是有机聚合物，在一定的温度和氧气浓度下会引发燃烧。在电缆给社会提供便利的同时也带来了火灾的风险，电缆因为自身和外在的原因被点燃，就有可能延着电缆铺设的方向从建筑物内到外蔓延，再点燃其他可燃物，引起更大的火灾，同时电缆在燃烧时还会产生各种有毒的烟雾，造成生命财产的损失。为减少火灾隐患，对电线电缆所用的聚合物进行阻燃处理是十分必要的。
3.目前电缆的阻燃橡胶料大多是采用天然丁苯胶、三元乙丙胶、氯化聚乙烯、或氯璜化聚乙烯添加阻燃剂、硫化剂等助剂，然后置入到高温高压硫化管道中进行硫化成型。此工艺有如下几项缺点：
4.1、硫化管道比较长，短则60～70m，长则120～150m，占地面积大，管理复杂。
5.2、密封蒸汽管道中，电缆的生产情况，无法查看，不可控，容易出现欠硫或过硫情况，产品质量控制困难。
6.3、硫化过程需要用到锅炉加热，产生高压蒸汽，设备复杂，且安全风险较高。
7.4、耗电耗能大。
8.因此，如何提供一种能够连续生产，能耗相对较低且更安全、可控的电缆是业界需要解决的问题。


技术实现要素：

9.针对上述问题，本发明的目的在于设计提供一种辐照交联橡胶基阻燃电缆及其制备方法，对外护套层的原料配方进行设计，具有优良的耐辐照性能，能够适宜于辐照交联生产，且制备过程相对能耗更低、更简单、安全。
10.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
11.一种辐照交联橡胶基阻燃电缆，所述电缆由内向外包括导体、绝缘层、屏蔽层、隔氧阻燃层和外护套层，所述外护套层包括以下重量份原料：聚氨酯橡胶60
‑
80份、三元乙丙橡胶20
‑
40份、改性纳米氮化硼颗粒15
‑
25份、炭黑4
‑
6份、纳米氧化锌3
‑
8份、甲基硅油8
‑
10份、阻燃剂10
‑
15份、抗氧化剂0.4
‑
0.6份、硅烷偶联剂1
‑
2份。
12.橡胶材料在辐照的过程中会吸收部分辐照能，生成大量的自由基，从而产生老化，导致材料断裂伸长率下降，硬度增加，本技术采用聚氨酯橡胶作为主体基材，配合三元乙丙橡胶，能够有效提高外护套的耐辐照性能，同时添加改性纳米氮化硼颗粒，一方面改性纳米氮化硼颗粒能够作为刚性无机粒子增加基体材料的力学性能，另一方面，改性纳米氮化硼颗粒还能够捕获辐照产生的自由基，从而在一定程度上减少辐照产生的老化，进而进一步
保证了外护套的性能。
13.进一步，所述外护套层包括以下重量份原料：聚氨酯橡胶75份、三元乙丙橡胶30份、改性纳米氮化硼颗粒22份、炭黑5份、纳米氧化锌6份、甲基硅油8份、阻燃剂12份、抗氧化剂0.6份、硅烷偶联剂2份。
14.进一步，所述改性纳米氮化硼颗粒是以1,1
‑
二苯基乙烯对立方氮化硼进行接枝改性所得。
15.本发明的改性纳米氮化硼颗粒，首先加入的氮化硼，主要是为了引入氮化硼中的硼原子，在一定程度上起到提高耐辐照性能的作用，其次，在氮化硼的表面接枝引入1,1
‑
二苯基乙烯，1,1
‑
二苯基乙烯中含有两个苯基，苯基作为亲电基团，能够捕获基体材料因辐照产生的自由基，不仅能够防止自由基继续和其它的基体材料反应，导致降解、老化，提高外护套的耐辐照性能，并且通过1,1
‑
二苯基乙烯对自由基的捕获还能够模糊基体材料和改性纳米氮化硼颗粒之间的界限，从而提高改性纳米氮化硼颗粒在基体材料中的分散性。
16.进一步，所述改性纳米氮化硼颗粒的制备方法为：将经过预处理的立方氮化硼粉末加入甲苯中，搅拌分散后，滴加加入偶联剂，超声分散均匀得到悬浮液，向悬浮液中加入三氯氧磷，室温下搅拌反应12
‑
14h，再加入偶氮二异丁腈和1,1
‑
二苯基乙烯，于冰盐浴中通入氩气保持20
‑
30min，泄至常压，于60
‑
80℃油浴温度下反应6
‑
8h，反应完成后过滤，滤饼先后用无水乙醇、丙酮、去离子水清洗干净后，真空干燥得到改性纳米氮化硼颗粒。
17.进一步，所述预处理为将立方氮化硼粉末超声加入过氧化氢溶液中，保温回流3
‑
4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤干净后，搅拌分散于去离子水中，进行低温等离子体处理即得。
18.通过对立方氮化硼进行过氧化氢处理和低温等离子体处理，在氮化硼的表面引入了羟基、羧基等官能团，有利于氮化硼和1,1
‑
二苯基乙烯之间的接枝反应。
19.此外，本发明还公开了上述一种辐照交联橡胶基阻燃电缆的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：
20.s1：将金属进行拉丝，进行退火处理后绞制得到导体；
21.s2：在导体外通过挤包工艺挤包得到绝缘层；
22.s3：在绝缘层的外表面编织得到屏蔽层；
23.s4：屏蔽层外通过缠绕阻燃包带得到隔氧阻燃层；
24.s5：将制备得到的外护套粒料通过挤出机挤包在隔氧阻燃层表面，冷却成型后，利用高能电子加速器进行辐照，得到电缆成品。
25.进一步，所述高能电子加速器辐照的参数为：辐照电压1.5
‑
2mev，辐照电流20
‑
60ma，速度为200
‑
400m/min。
26.进一步，所述外护套粒料的制备方法为：
27.a1：将聚氨酯橡胶、三元乙丙橡胶加入开炼机上进行塑炼，然后加入改性纳米氮化硼颗粒、炭黑、纳米氧化锌，升温至80
‑
90℃，混炼30min后，加入甲基硅油、阻燃剂、抗氧化剂和硅烷偶联剂，升温至120
‑
140℃，混炼均匀后压片成型，得到母胶；
28.a2：将母胶置于密炼机中，进行三角包打卷处理，混炼均匀后下片，经双螺杆挤出机挤出造粒得到外护套粒料。
29.进一步，所述双螺杆挤出机的温度为175
‑
220℃。
30.本发明的有益效果：
31.本发明的一种辐照交联橡胶基阻燃电缆，通过对外护套的原料配方进行设计，以聚氨酯橡胶作为作为主基体材料，辅以三元乙丙橡胶，提升了基础材料的耐辐照性能，再辅以改性纳米氮化硼颗粒、炭黑等，使得外护套能够适合于辐照交联生产，再结合对制备的工艺参数等进行调整，整个生产过程可以连续进行，在制备的过程中不会使用到高压蒸汽即不需要使用到蒸汽锅炉等，占地面积相对更小、能耗更低、安全性更好，且生产过程传统的硫化工艺更简单，可目力查看整个生产过程，质量更容易把控。
具体实施方式
32.以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
33.实施例一
34.改性纳米氮化硼颗粒的制备
35.将立方氮化硼粉末加入过氧化氢溶液中，超声分散后，于60℃温度下保温回流4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤干净后，搅拌分散于去离子水中，以空气作为工作气体进行低温等离子体处理即得。
36.按照1.5g/l的固液比将经过预处理的立方氮化硼粉末加入甲苯中，搅拌分散后，滴加加入0.05倍立方氮化硼粉末质量的偶联剂，超声分散均匀得到悬浮液，向悬浮液中加入三氯氧磷，室温下搅拌反应14h，再加入偶氮二异丁腈和1,1
‑
二苯基乙烯，其中甲苯、三氯氧磷、偶氮异丁腈的体积比为8:1:0.4，立方氮化硼粉末和1,1
‑
二苯基乙烯的质量比为1:1.5，于冰盐浴中通入氩气增压至0.3mpa，保持30min，泄至常压，于80℃油浴温度下反应6h，反应完成后过滤，滤饼先后用无水乙醇、丙酮、去离子水清洗干净后，真空干燥得到改性纳米氮化硼颗粒。
37.外护套粒料的制备
38.a1：将75份聚氨酯橡胶、30份三元乙丙橡胶加入开炼机上进行塑炼，然后加入22份改性纳米氮化硼颗粒、5份炭黑、6份纳米氧化锌，升温至90℃，混炼30min后，加入8份甲基硅油、12份阻燃剂、0.6份抗氧化剂和2份硅烷偶联剂，升温至140℃，混炼均匀后压片成型，得到母胶；
39.a2：将母胶置于密炼机中，进行三角包打卷处理，混炼均匀后下片，于220℃温度下经双螺杆挤出机挤出造粒得到外护套粒料。
40.电缆的制备
41.s1：将金属进行拉丝，进行退火处理后绞制得到导体；
42.s2：在导体外通过挤包工艺挤包得到绝缘层；
43.s3：在绝缘层的外表面编织得到屏蔽层；
44.s4：屏蔽层外通过缠绕阻燃包带得到隔氧阻燃层；
45.s5：将制备得到的外护套粒料通过挤出机挤包在隔氧阻燃层表面，冷却成型后，利用高能电子加速器，辐照电压1.8mev，辐照电流60ma，速度为400m/min条件下进行辐照，得到电缆成品。
46.实施例二
47.改性纳米氮化硼颗粒的制备
48.将立方氮化硼粉末加入过氧化氢溶液中，超声分散后，于60℃温度下保温回流4h，过滤，滤饼用去离子水洗涤干净后，搅拌分散于去离子水中，以空气作为工作气体进行低温等离子体处理即得。
49.按照1.2g/l的固液比将经过预处理的立方氮化硼粉末加入甲苯中，搅拌分散后，滴加加入0.05倍立方氮化硼粉末质量的偶联剂，超声分散均匀得到悬浮液，向悬浮液中加入三氯氧磷，室温下搅拌反应13h，再加入偶氮二异丁腈和1,1
‑
二苯基乙烯，其中甲苯、三氯氧磷、偶氮异丁腈的体积比为8:1:0.4，立方氮化硼粉末和1,1
‑
二苯基乙烯的质量比为1:1.5，于冰盐浴中通入氩气增压至0.2mpa，保持25min，泄至常压，于60℃油浴温度下反应8h，反应完成后过滤，滤饼先后用无水乙醇、丙酮、去离子水清洗干净后，真空干燥得到改性纳米氮化硼颗粒。
50.外护套粒料的制备
51.a1：将80份聚氨酯橡胶、40份三元乙丙橡胶加入开炼机上进行塑炼，然后加入15份改性纳米氮化硼颗粒、6份炭黑、3份纳米氧化锌，升温至80℃，混炼30min后，加入10份甲基硅油、10份阻燃剂、0.5份抗氧化剂和2份硅烷偶联剂，升温至130℃，混炼均匀后压片成型，得到母胶；
52.a2：将母胶置于密炼机中，进行三角包打卷处理，混炼均匀后下片，于200℃温度下经双螺杆挤出机挤出造粒得到外护套粒料。
53.电缆的制备
54.s1：将金属进行拉丝，进行退火处理后绞制得到导体；
55.s2：在导体外通过挤包工艺挤包得到绝缘层；
56.s3：在绝缘层的外表面编织得到屏蔽层；
57.s4：屏蔽层外通过缠绕阻燃包带得到隔氧阻燃层；
58.s5：将制备得到的外护套粒料通过挤出机挤包在隔氧阻燃层表面，冷却成型后，利用高能电子加速器，辐照电压1.5mev，辐照电流20ma，速度为200m/min条件下进行辐照，得到电缆成品。
59.实施例三
60.改性纳米氮化硼颗粒的制备
61.将立方氮化硼粉末加入过氧化氢溶液中，超声分散后，于60℃温度下保温回流3h，过滤，滤饼用去离子水洗涤干净后，搅拌分散于去离子水中，以空气作为工作气体进行低温等离子体处理即得。
62.按照2g/l的固液比将经过预处理的立方氮化硼粉末加入甲苯中，搅拌分散后，滴加加入0.05倍立方氮化硼粉末质量的偶联剂，超声分散均匀得到悬浮液，向悬浮液中加入三氯氧磷，室温下搅拌反应14h，再加入偶氮二异丁腈和1,1
‑
二苯基乙烯，其中甲苯、三氯氧磷、偶氮异丁腈的体积比为9:1:0.3，立方氮化硼粉末和1,1
‑
二苯基乙烯的质量比为1:1.5，于冰盐浴中通入氩气增压至0.3mpa，保持30min，泄至常压，于70℃油浴温度下反应8h，反应完成后过滤，滤饼先后用无水乙醇、丙酮、去离子水清洗干净后，真空干燥得到改性纳米氮化硼颗粒。
63.外护套粒料的制备
64.a1：将60份聚氨酯橡胶、20份三元乙丙橡胶加入开炼机上进行塑炼，然后加入25份
改性纳米氮化硼颗粒、4份炭黑、8份纳米氧化锌，升温至85℃，混炼30min后，加入9份甲基硅油、15份阻燃剂、0.4份抗氧化剂和1份硅烷偶联剂，升温至140℃，混炼均匀后压片成型，得到母胶；
65.a2：将母胶置于密炼机中，进行三角包打卷处理，混炼均匀后下片，于175℃温度下经双螺杆挤出机挤出造粒得到外护套粒料。
66.电缆的制备
67.s1：将金属进行拉丝，进行退火处理后绞制得到导体；
68.s2：在导体外通过挤包工艺挤包得到绝缘层；
69.s3：在绝缘层的外表面编织得到屏蔽层；
70.s4：屏蔽层外通过缠绕阻燃包带得到隔氧阻燃层；
71.s5：将制备得到的外护套粒料通过挤出机挤包在隔氧阻燃层表面，冷却成型后，利用高能电子加速器，辐照电压2mev，辐照电流40ma，速度为300m/min条件下进行辐照，得到电缆成品。
72.对比例一
73.本对比例和实施例一相比，其不同之处在于本实施例的外护套料中添加的立方氮化硼粉末为常规的、没有经过处理的立方氮化硼粉末。
74.对比例二
75.本对比例和实施例一相比，其不同之处在于本对比例的外护套料中没有添加改性立方氮化硼粉末。
76.将实施例一～三，对比例一、二制备得到的外护套料用压片机压片得到试验品，然后在经过同样的辐照交联后，对其抗张强度、断裂伸长率以及耐热老化性能进行测试，其中，耐老化性能测试即将试样在100℃下保温48h后测试其老化后的力学性能，通过与老化前进行对比计算性能保持率，测试结果如表1所示：
[0077][0078]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。