一种海洋高性能橡塑护套材料及制备工艺

摘要

本发明涉及电缆防护器材技术领域，具体为一种海洋高性能橡塑护套材料及制备工艺，包括以下重量百分比的原料：氢化丁腈橡胶12‑17％，稀土3‑6％，凹凸棒石45‑50，润滑剂0.5‑1.5％，抗氧剂1‑1.5％，增韧剂6.5‑7.5％，阻燃剂11‑13％，偶联剂2‑3％，相容剂2‑3％，光稳定剂1‑2％，色母1.5‑2.5％。本发明采用氢化丁晴橡胶制成，具有优异的耐油性，耐腐蚀性，耐低温、高温，耐氧化、耐动态疲劳、耐臭氧的性能，可耐150‑170℃高温，其耐寒性能优于氟橡胶，耐酸性、耐油性是普通的NBR的5倍，适应高盐、大风浪、强紫外线、高水压、海洋生物、动态负荷等海洋环境。

说明书

技术领域

本发明涉及电缆防护器材技术领域，具体为一种海洋高性能橡塑护套材料及制备工艺。

背景技术

海洋脐带电缆是一种集电力传输数字型号和视频信号传输以及气体或液态输送等多功能一体的高技术综合电缆。在复杂的海洋底层条件下，海洋脐带电缆在使用过程中是在高压高酸碱的自屏蔽环境下使用，电缆用于海低挖沟、海底打捞、海底采矿、海洋勘探、海底机器人以及大型海底旅游项目等海洋工程。

近年来海洋光伏、风力发电、水下机器人、石油勘测以及军事等方面的发展，对海洋脐带电缆提出了更高的要求。因此对电缆的护套用料需要满足高盐、大风浪、强紫外线、高水压、海洋生物、动态负荷等恶劣多变的海洋环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋高性能橡塑护套材料及制备工艺，以解决上述背景技术中提出电缆的护套不能应对恶劣多变的海洋环境的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种海洋高性能橡塑护套材料，包括以下重量百分比的原料：包括以下成分组成：氢化丁腈橡胶12-17％，稀土3-6％，凹凸棒石45-50，润滑剂0.5-1.5％，抗氧剂1-1.5％，增韧剂6.5-7.5％，阻燃剂11-13％，偶联剂2-3％，相容剂2-3％，光稳定剂1-2％，色母1.5-2.5％。

作为优选，包括以下重量百分比的原料：氢化丁腈橡胶15.9％，稀土4.9％，凹凸棒石48.8％，润滑剂1.3％，抗氧剂1.2％，增韧剂7.3％，阻燃剂12.2％，偶联剂2.4％，相容剂2.4％，光稳定剂1.2％，色母2.4％。

作为优选，包括以下重量百分比的原料：氢化丁腈橡胶17％，稀土5％，凹凸棒石47.6％，润滑剂1.2％，抗氧剂1.3％，增韧剂7％，阻燃剂12.5％，偶联剂3％，相容剂2.2％，光稳定剂1％，色母2.2％。

作为优选，包括以下重量百分比的原料：氢化丁腈橡胶15％，稀土5.1％，凹凸棒石49.5％，润滑剂1.5％，抗氧剂1％，增韧剂6.5％，阻燃剂13％，偶联剂2％，相容剂2.5％，光稳定剂2％，色母1.9％。

作为优选，所述凹凸棒石采用表面活性剂进行表面改性，所述表面活性剂为长分子链季铵盐、硅烷中的任意一种或者两种的结合，所述氢化丁腈橡胶和凹凸棒石制备时，还加入了橡胶填充油。

作为优选，所述稀土中掺杂有锡酸盐类的红色长余辉发光荧光材料，荧光材料的制备方法具体为：通过固相法分别在空气气氛和抽真空氩气保护气氛下制备Ca

作为优选，所述润滑剂为液态氯化石蜡，所述抗氧剂为AST-500，所述增韧剂由乙烯·醋酸乙烯共聚物和铝酸脂偶联剂复合而成，所述复合而成是将乙烯·醋酸乙烯共聚物和铝酸酯偶联剂按1.5-2.5：0.05-0.1的比例置入搅拌器内，在常温条件下搅拌，搅拌均匀制成。

作为优选，所述阻燃剂为无卤阻燃剂，具体为氢氧化铝，或氢氧化铝与氢氧化镁的混合物，所述光稳定剂采用UV326、UV531、UVP、光稳定剂770和光稳定剂622中的一种或多种混合物。

作为优选，所述偶联剂为有机硅烷偶联剂，具体为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物Si-69或乙烯基三乙氧基硅烷A-151中的一种或两种1：1的混合物。

另一方面，本发明还一种海洋高性能橡塑护套材料的制备工艺，包括上述的海洋高性能橡塑护套材料，具体包括如下步骤：

S1：按重量百分比称取以下各原料；

S2：将氢化丁腈橡胶密炼1-2min；

S3：将稀土、凹凸棒石、相容剂、偶联剂、色母与密炼后的氢化丁腈橡胶搅拌混合均匀，密炼1-2min，密炼温度为130-135℃，得到中间产物A；

S4：再将润滑剂、抗氧剂、增韧剂、阻燃剂、光稳定剂与中间产物A混合均匀，密炼2-3min，得到中间产物B；

S5：将中间产物开炼3-5min，压制成片，并对其冷却20min后，得片材；

S6：将片材投入挤出机内，通过模具成型，形成管材，得到海洋高性能橡塑护套。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本海洋高性能橡塑护套材料及制备工艺中，氢化丁晴橡胶(HNBR)是一种综合性能极好、极具发展潜力的特种橡胶。HNBR与传统的NBR相比，其分子主链上的碳-碳双键(C＝C)少化学结构稳定，具有优异的耐油性，耐腐蚀性，耐低温、高温，耐氧化、耐动态疲劳、耐臭氧的性能，可耐150-170℃高温，其耐寒性能优于氟橡胶，耐酸性、耐油性是普通的NBR的5倍，耐磨性比普通的NBR提高80％，其优异的耐新型制冷剂、耐硫化氢性能更是独树一帜；新型橙红色长余辉发光材料Ca

2、本海洋高性能橡塑护套材料及制备工艺中，在进行试验后结论技术指标如下：

(1)荧光余辉测试，水中日光激发后橙红余辉≥7小时，辐射剂量检测≤1mSv。

(2)耐水解试验，10％氢氧化纳溶液中浸泡168小时，护套伸长抗强变化率±10％。

(3)强度试验，护套伸长率≥300％，抗张强度≥20Mpa，121℃,168小时老化后伸长和抗强变化率均±20％。

(4)整体拉断强度≥线缆直径mm*10Kg。

(5)防海洋生物测试，在远离海岸线10海里的海水中浸泡12个月，系统及线缆表皮无鲨鱼撕咬痕迹。

(6)浮力测试，依第5条在水中悬浮12个月后水位线变化±20cm。

(7)静态水压(开端)试验:3Mpa，2h，试样自由端不滴水，护套内表面不潮湿，电缆组成元件相对于护套的位移不超过6.4mm。

(8)热延伸参数：200℃，15min，20N/cm2，负载下护套伸长率≤50％，冷却后永久伸长率≤15％。

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做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。

本发明提供以下技术方案：

实施例1

一种海洋高性能橡塑护套材料，包括以下重量百分比的原料：氢化丁腈橡胶15.9％，稀土4.9％，凹凸棒石48.8％，润滑剂1.3％，抗氧剂1.2％，增韧剂7.3％，阻燃剂12.2％，偶联剂2.4％，相容剂2.4％，光稳定剂1.2％，色母2.4％。

具体的，本实施例中，凹凸棒石采用表面活性剂进行表面改性，表面活性剂为长分子链季铵盐、硅烷以1：1的混合物，氢化丁腈橡胶和凹凸棒石制备时，还加入了橡胶填充油。

进一步的，稀土中掺杂有锡酸盐类的红色长余辉发光荧光材料，荧光材料的制备方法具体为：通过固相法分别在空气气氛和抽真空氩气保护气氛下制备Ca

值得说明的是，润滑剂为液态氯化石蜡，抗氧剂为AST-500，增韧剂由乙烯·醋酸乙烯共聚物和铝酸脂偶联剂复合而成，复合而成是将乙烯·醋酸乙烯共聚物和铝酸酯偶联剂按1.5：0.075的比例置入搅拌器内，在常温条件下搅拌，搅拌均匀制成。

此外，阻燃剂为无卤阻燃剂，具体为氢氧化铝，光稳定剂采用光稳定剂770。

值得注意的是，偶联剂为有机硅烷偶联剂，具体为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物Si-69。

本实施例中的海洋高性能橡塑护套材料的制备工艺，包括以下步骤：

S1：按重量百分比称取以下各原料；

S2：将氢化丁腈橡胶密炼1min；

S3：将稀土、凹凸棒石、相容剂、偶联剂、色母与密炼后的氢化丁腈橡胶搅拌混合均匀，密炼1.5min，密炼温度为130℃，得到中间产物A；

S4：再将润滑剂、抗氧剂、增韧剂、阻燃剂、光稳定剂与中间产物A混合均匀，密炼2min，得到中间产物B；

S5：将中间产物开炼3min，压制成片，并对其冷却20min后，得片材；

S6：将片材投入挤出机内，通过模具成型，形成管材，得到海洋高性能橡塑护套。

实施例2

一种海洋高性能橡塑护套材料，包括以下重量百分比的原料：氢化丁腈橡胶17％，稀土5％，凹凸棒石47.6％，润滑剂1.2％，抗氧剂1.3％，增韧剂7％，阻燃剂12.5％，偶联剂3％，相容剂2.2％，光稳定剂1％，色母2.2％。

具体的，本实施例中，凹凸棒石采用表面活性剂进行表面改性，表面活性剂为长分子链季铵盐，氢化丁腈橡胶和凹凸棒石制备时，还加入了橡胶填充油。

进一步的，稀土中掺杂有锡酸盐类的红色长余辉发光荧光材料，荧光材料的制备方法具体为：通过固相法分别在空气气氛和抽真空氩气保护气氛下制备Ca

值得说明的是，润滑剂为液态氯化石蜡，抗氧剂为AST-500，增韧剂由乙烯·醋酸乙烯共聚物和铝酸脂偶联剂复合而成，复合而成是将乙烯·醋酸乙烯共聚物和铝酸酯偶联剂按2：0.1的比例置入搅拌器内，在常温条件下搅拌，搅拌均匀制成。

此外，阻燃剂为无卤阻燃剂，具体为氢氧化铝与氢氧化镁的混合物，光稳定剂采用UV326。

值得注意的是，偶联剂为有机硅烷偶联剂，具体为乙烯基三乙氧基硅烷A-151。

本实施例中的海洋高性能橡塑护套材料的制备工艺，包括以下步骤：

S1：按重量百分比称取以下各原料；

S2：将氢化丁腈橡胶密炼1.5min；

S3：将稀土、凹凸棒石、相容剂、偶联剂、色母与密炼后的氢化丁腈橡胶搅拌混合均匀，密炼2min，密炼温度为135℃，得到中间产物A；

S4：再将润滑剂、抗氧剂、增韧剂、阻燃剂、光稳定剂与中间产物A混合均匀，密炼2.5min，得到中间产物B；

S5：将中间产物开炼4min，压制成片，并对其冷却20min后，得片材；

S6：将片材投入挤出机内，通过模具成型，形成管材，得到海洋高性能橡塑护套。

实施例3

一种海洋高性能橡塑护套材料，包括以下重量百分比的原料：氢化丁腈橡胶15％，稀土5.1％，凹凸棒石49.5％，润滑剂1.5％，抗氧剂1％，增韧剂6.5％，阻燃剂13％，偶联剂2％，相容剂2.5％，光稳定剂2％，色母1.9％。

具体的，本实施例中，凹凸棒石采用表面活性剂进行表面改性，表面活性剂为长分子链季铵盐、硅烷中的任意一种或者两种的结合，氢化丁腈橡胶和凹凸棒石制备时，还加入了橡胶填充油。

进一步的，稀土中掺杂有锡酸盐类的红色长余辉发光荧光材料，荧光材料的制备方法具体为：通过固相法分别在空气气氛和抽真空氩气保护气氛下制备Ca

值得说明的是，润滑剂为液态氯化石蜡，抗氧剂为AST-500，增韧剂由乙烯·醋酸乙烯共聚物和铝酸脂偶联剂复合而成，复合而成是将乙烯·醋酸乙烯共聚物和铝酸酯偶联剂按1.8：0.09的比例置入搅拌器内，在常温条件下搅拌，搅拌均匀制成。

此外，阻燃剂为无卤阻燃剂，具体为氢氧化铝与氢氧化镁的混合物，光稳定剂采用光稳定剂770和光稳定剂622的混合物。

值得注意的是，偶联剂为有机硅烷偶联剂，具体为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物Si-69或乙烯基三乙氧基硅烷A-151以1：1的混合物。

本实施例中的海洋高性能橡塑护套材料的制备工艺，包括以下步骤：

S1：按重量百分比称取以下各原料；

S2：将氢化丁腈橡胶密炼1.5min；

S3：将稀土、凹凸棒石、相容剂、偶联剂、色母与密炼后的氢化丁腈橡胶搅拌混合均匀，密炼1min，密炼温度为132℃，得到中间产物A；

S4：再将润滑剂、抗氧剂、增韧剂、阻燃剂、光稳定剂与中间产物A混合均匀，密炼2.8min，得到中间产物B；

S5：将中间产物开炼4.2min，压制成片，并对其冷却20min后，得片材；

S6：将片材投入挤出机内，通过模具成型，形成管材，得到海洋高性能橡塑护套。

将本发明的与传统产品的橡塑护套在无光环境使用状态、防海洋生物、水密性、耐水解性、防微生物、护套伸长率、护套抗张强度、成本和适用领域对比，如下表所示：

本发明的海洋高性能橡塑护套材料及制备工艺，进行试验后结论技术指标如下：

(1)荧光余辉测试，水中日光激发后橙红余辉≥7小时，辐射剂量检测≤1mSv。

(2)耐水解试验，10％氢氧化纳溶液中浸泡168小时，护套伸长抗强变化率±10％。

(3)强度试验，护套伸长率≥300％，抗张强度≥20Mpa，121℃,168小时老化后伸长和抗强变化率均±20％。

(4)整体拉断强度≥线缆直径mm*10Kg。

(5)防海洋生物测试，在远离海岸线10海里的海水中浸泡12个月，系统及线缆表皮无鲨鱼撕咬痕迹。

(6)浮力测试，依第5条在水中悬浮12个月后水位线变化±20cm。

(7)静态水压(开端)试验:3Mpa，2h，试样自由端不滴水，护套内表面不潮湿，电缆组成元件相对于护套的位移不超过6.4mm。

(8)热延伸参数：200℃，15min，20N/cm2，负载下护套伸长率≤50％，冷却后永久伸长率≤15％。

本发明的海洋高性能橡塑护套材料及制备工艺中，氢化丁晴橡胶(HNBR)是一种综合性能极好、极具发展潜力的特种橡胶。HNBR与传统的NBR相比，其分子主链上的碳-碳双键(C＝C)少化学结构稳定，具有优异的耐油性，耐腐蚀性，耐低温、高温，耐氧化、耐动态疲劳、耐臭氧的性能，可耐150-170℃高温，其耐寒性能优于氟橡胶，耐酸性、耐油性是普通的NBR的5倍，耐磨性比普通的NBR提高80％，其优异的耐新型制冷剂、耐硫化氢性能更是独树一帜；新型橙红色长余辉发光材料Ca

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。