一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料及其制备方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711046542.2 (22)申请日 2017.10.31 (71)申请人 四川力智久创知识产权运营有限公 司 地址 610000 四川省成都市武侯区长华路 19号3栋1单元11楼1113号 (72)发明人 舒春柳 (74)专利代理机构 四川力久律师事务所 51221 代理人 熊晓果 (51)Int.Cl. C08L 81/02(2006.01) C08L 71/02(2006.01) C08L 33/02(2006.01) C08K 13/04(2006.01) C08

2、K 7/10(2006.01) C08K 3/04(2006.01) C08K 5/548(2006.01) C08K 3/30(2006.01) H01B 3/30(2006.01) (54)发明名称 一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料及其制备 方法 (57)摘要 本发明公开了一种抗拉聚苯硫醚改性电缆 材料及其制备方法， 该材料包括以下重量份原材 料制备而成： 10-15份的玄武岩纤维、 0 .001- 0.003份的石墨烯， 8-12份的改性剂、 10-15份的 聚乙二醇、 35-45份的聚苯硫醚、 0.3-0.8份的偶 联剂、 0.1-0.3份的交联剂； 将经过改性处理的玄 武岩纤维添加到聚苯

3、硫醚中并进行交联改性， 显 著的提高了聚苯硫醚的抗拉强度能， 且保留了较 好的加工性， 将该聚苯硫醚材料用于电缆的护套 层， 能显著增加电缆的抗拉性能。 权利要求书1页 说明书5页 CN 107815113 A 2018.03.20 CN 107815113 A 1.一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 包括以下重量份原材料制备而成： 10-15份的玄武岩纤维、 0.001-0.003份的石墨烯， 8-12份的改性剂、 10-15份的聚乙二醇、 35-45份的聚苯硫醚、 0.3-0.8份的偶联剂、 0.1-0.3份的交联剂； 所述的改性剂为硫酸与聚 丙烯酸钠组成的混合物； 所述的聚乙二

4、醇聚合度为300-500； 所述的聚苯硫醚聚合度为 1800-2600； 所述的偶联剂为巯基硅烷偶联剂； 所述的交联剂为对甲苯磺酰氯。 2.根据权利要求1所述的抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 所述的石墨烯重量 份为0.002份。 3.根据权利要求1所述的抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 所述的玄武岩纤维 直径为0.01-0.5 m， 长度为10-180 m。 4.根据权利要求3所述的抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 所述的玄武岩纤维 直径为0.05-0.2 m， 长度为30-80 m。 5.根据权利要求1所述的抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 所述的改性剂中硫

5、 酸与聚丙烯酸钠的物质的量之比为1 5。 6.根据权利要求1所述的抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 所述的聚乙二醇的 聚合度为380-420。 7.根据权利要求6所述的抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 所述的聚乙二醇的 聚合度为400。 8.根据权利要求1所述的抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 所述聚苯硫醚的聚 合度为2000-2400。 9.根据权利要求8所述的抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其特征在于， 所述聚苯硫醚的聚 合度为2200。 10.一种权利要求1-9任一项所述抗拉聚苯硫醚改性电缆材料的制备方法， 其特征在 于， 包括以下步骤： （1） 将玄武岩纤维用改性剂

6、进行改性处理并干燥； （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用偶联剂进行处理； （3） 将经过偶联处理的玄武岩纤维与石墨烯、 聚乙二醇、 聚苯硫醚、 交联剂混合均匀后 用挤出机进行挤出， 得到抗拉聚苯硫醚改性电缆材料。 权利要求书 1/1 页 2 CN 107815113 A 2 一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及电缆材料领域， 具体涉及一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料及其制备方 法。 背景技术 0002 电缆是用一根或多根导线经过绞合制作成导体线芯， 再在导体上施以相应的绝缘 层， 外面包上密封护套而形成的导线， 主要由线芯、 绝缘层、 屏蔽层和护套层构成。 电

7、缆具有 占用地面和空间少； 供电安全可靠， 触电可能性小； 有利于提高电力系统的功率因数； 运行、 维护工作简单方便； 有利于美化城市， 具有保密性等诸多优点， 被广泛应用于生活和生产中 的各个领域。 电缆护套层的作用是密封保护电缆免受外界杂质和水分的侵入， 防止外力直 接损坏电缆绝缘层。 电缆护套层材料不仅要求密封性好、 防腐性高、 机械强度高、 阻燃性好， 还应当具有一定的抗拉强度。 0003 聚苯硫醚是分子主链中带有苯硫基的热塑性树脂， 是一种结晶性的聚合物， 具有 机械强度高、 耐高温、 耐化学药品性、 难燃、 热稳定性好、 电性能优良等优点， 在电子、 汽车、 机械及化工领域均有广泛

8、应用。 在电缆领域， 聚苯硫醚也是电缆较常用的材料之一。 随着电 缆在更多领域中的应用， 电缆的应用环境也越来越复杂， 因而， 对电缆的各项性能的要求也 越来越高， 用单一的聚苯硫醚材料制备得到的电缆性能已不能满足电缆性能的要求， 对电 缆用聚苯硫醚材料进行改性成为必要。 0004 抗拉性能是电缆需要具备的基本性能之一， 随着电缆应用的范围不断增加， 电缆 铺设的跨度也不断提高， 因而， 对电缆的抗拉性能要求也越来越高， 对电缆用聚苯硫醚材料 的抗拉性能要求也越来越高。 现有技术中也采用了多种方法来提高聚苯硫醚材料的抗拉 性， 如： 添加高强度纤维和对聚苯硫醚进行交联的方法， 但由于原材料选择

9、的针对性较差或 没有对聚苯硫醚聚合度进行控制等因素的影响， 得到的改性聚苯硫醚材料抗拉性能并没有 达到预想的要求， 要么加工性好但抗拉强度不足， 要么抗拉强度好却加工性变差， 从而严重 影响了电缆的生产和应用。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有用于电缆的聚苯硫醚材料抗拉强度不足的缺陷， 提供 一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料及其制备方法； 本发明将经过改性处理的玄武岩纤维添加 到聚苯硫醚中并进行交联改性， 显著的提高了聚苯硫醚的抗拉强度， 且保留了较好的加工 性， 将该聚苯硫醚材料用于电缆， 能显著增加电缆的抗拉性能。 0006 为了实现上述发明目的， 本发明提供了一种抗拉聚苯硫醚改性

10、电缆材料， 包括以 下重量份原材料制备而成： 10-15份的玄武岩纤维、 0.001-0.003份的石墨烯， 8-12份的改性 剂、 10-15份的聚乙二醇、 35-45份的聚苯硫醚、 0.3-0.8份的偶联剂、 0.1-0.3份的交联剂。 0007 本发明一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 根据玄武岩纤维和交联能增加聚苯硫醚 抗拉强度的基本原理， 不仅通过针对性的筛选改性剂、 偶联剂和交联剂的种类， 来提高玄武 说明书 1/5 页 3 CN 107815113 A 3 岩纤维与聚苯硫醚之间的相容性， 使玄武岩纤维对聚苯硫醚的抗拉强度增强作用更好， 还 通过控制聚苯硫醚材料的聚合度来使改性后的聚苯

11、硫醚材料在抗拉强度与加工性之间达 到最佳平衡关系， 从而使得到的聚苯硫醚材料在具有优异的抗拉强度的条件下， 也满足制 备电缆所需要的加工性， 从而能大量生产高抗拉强度的电缆。 0008 上述一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其中石墨烯能与玄武岩纤维协同作用， 在 不明显影响聚苯硫醚材料电性能的前提下， 显著增加聚苯硫醚材料的抗拉强度； 石墨烯的 量需要控制在规定范围内， 用量过大， 聚苯硫醚材料电阻率大幅降低， 绝缘性降低， 不适合 用于电缆护套层； 用量过少， 对聚苯硫醚材料抗拉强度增加作用小， 作用效果不明显； 优选 的， 所述的石墨烯用量为0.002份。 0009 上述一种抗拉聚苯硫醚改性

12、电缆材料， 其中， 所述的玄武岩纤维直径为0.01-0.5 m， 长度为10-180 m； 玄武岩纤维直径和长度越小， 分散性越差， 对聚苯硫醚抗拉强度的增强 作用降低， 玄武岩纤维直径和长度越大， 在聚苯硫醚相中相容性越差， 容易出现界面分离， 影响聚苯硫醚材料的抗拉强度； 优选的， 所述的玄武岩纤维直径为0.05-0.2 m， 长度为30- 80 m； 最优选的， 所述的玄武岩纤维直径为0.1 m， 长度为50 m； 通过优选， 玄武岩纤维对聚 苯硫醚材料的抗拉增强效果最好。 0010 上述一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其中， 所述的改性剂为硫酸与聚丙烯酸钠 组成的混合物； 所述的改性剂

13、能改善玄武岩纤维与聚苯硫醚的相容性， 增加材料抗拉强度； 优选的， 所述的改性剂中硫酸与聚丙烯酸钠的物质的量之比为1 5。 0011 上述一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其中， 聚苯硫醚的聚合度越大， 交联后抗拉 强度越差， 加工性越好， 聚苯硫醚的聚合物越小， 则交联后抗拉强度越好， 加工性越差， 因 此， 选择合理的聚苯硫醚聚合度， 是平衡抗拉强度和加工性的重要手段。 所述的聚乙二醇聚 合度为300-500； 优选的， 所述的聚乙二醇的聚合度为380-420； 最优的， 所述的聚乙二醇的 聚合度为400； 通过优选， 得到的聚苯硫醚既具有优异的抗拉强度， 也具有较好的加工性， 适 合用于制

14、备电缆护套层。 0012 其中， 所述的聚苯硫醚聚合度为1800-2600； 优选的， 所述聚苯硫醚的聚合度为 2000-2400； 最优选的， 所述的聚苯硫醚的聚合度为2200； 通过优选， 得到的聚苯硫醚既具有 优异的抗拉强度， 也具有较好的加工性， 适合用于制备电缆护套层。 0013 上述一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其中， 所述的偶联剂为巯基硅烷偶联剂； 巯 基硅烷偶联剂能增加玄武岩纤维与聚苯硫醚材料之间的相容性， 提高聚苯硫醚材料的性 能。 0014 其中， 所述的交联剂为对甲苯磺酰氯， 该交联剂不仅能将两种不同聚合度的聚苯 硫醚适当交联， 提高聚苯硫醚材料的抗拉强度， 能提高与玄

15、武岩纤维的相容性， 增加玄武岩 纤维对聚苯硫醚的改性作用， 与玄武岩纤维形成协同增效作用。 0015 上述一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料， 其中， 其原材料还包括分散剂、 增塑剂、 抗 静电剂、 染色剂、 増亮剂中的一种或多种； 上述的助剂能提高抗拉聚苯硫醚改性电缆材料的 加工性， 增加其功能性等作用， 从而提高其适用性。 0016 为了实现上述发明目的， 进一步的， 本发明提供了一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材 料的制备方法， 包括以下步骤： （1） 将玄武岩纤维用改性剂进行改性处理并干燥； 说明书 2/5 页 4 CN 107815113 A 4 （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用偶联剂进行处理

16、； （3） 将经过偶联处理的玄武岩纤维与石墨烯、 聚乙二醇、 聚苯硫醚、 交联剂混合均匀后 用挤出机进行挤出， 得到抗拉聚苯硫醚改性电缆材料。 0017 本发明一种抗拉聚苯硫醚改性电缆材料的制备方法， 先对玄武岩纤维进行改性处 理， 增加其与高分子材料的相容性， 再用偶联剂对玄武岩纤维进行偶联， 最后与聚苯硫醚等 原料进行混合， 使玄武岩纤维分散在交联聚苯硫醚中， 形成稳定性好、 抗拉强度好、 加工性 好的改性聚苯硫醚材料； 该制备方法简单可靠， 适合用于抗拉聚苯硫醚改性电缆材料的大 规模、 工业化生产。 0018 与现有技术相比， 本发明的有益效果： 1、 本发明抗拉聚苯硫醚改性电缆材料中石

17、墨烯能与玄武岩纤维协同作用， 在不明显影 响聚苯硫醚材料电性能的前提下， 显著增加聚苯硫醚材料的抗拉强度。 0019 2、 本发明抗拉聚苯硫醚改性电缆材料针对性的筛选改性剂、 偶联剂和交联剂的种 类， 来提高玄武岩纤维与聚苯硫醚之间的相容性， 使玄武岩纤维对聚苯硫醚的抗拉强度增 强作用更好。 0020 3、 本发明抗拉聚苯硫醚改性电缆材料通过控制聚苯硫醚的聚合度来使改性后的 聚苯硫醚材料在抗拉强度与加工性之间达到最佳平衡关系， 使得到的聚苯硫醚材料在具有 优异的抗拉强度的条件下， 也符合制备电缆护套层所需要的加工性。 0021 4、 本发明制备方法简单、 可靠， 适合抗拉聚苯硫醚改性电缆材料的

18、大规模、 工业化 生产。 具体实施方式 0022 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。 但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例， 凡基于本发明内容所实现的技术均属于本 发明的范围。 0023 实施例1 （1） 将12份的直径为0.1 m、 长度为50 m的玄武岩纤维用1.5份的硫酸和7.5份的聚丙烯 酸钠进行改性处理后并干燥； （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的巯基硅烷偶联剂进行偶联处理； （3） 将偶联后的玄武岩纤维与0.002份石墨烯、 12份的聚合度为400的聚乙二醇、 45份的 聚合度为2200的聚苯硫醚、 0.2份的对甲苯磺酰氯混合均

19、匀后用挤出机进行挤出， 得到抗拉 聚苯硫醚改性电缆材料。 0024 实施例2 （1） 将10份的直径为0.5 m、 长度为180 m的玄武岩纤维用1份的硫酸和7份的聚丙烯酸 钠进行改性处理后并干燥； （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用0.3份的巯基硅烷偶联剂进行偶联处理； （3） 将偶联后的玄武岩纤维与0.001份石墨烯、 15份的聚合度为300的聚乙二醇、 45份的 聚合度为2600的聚苯硫醚、 0.1份的对甲苯磺酰氯混合均匀后用挤出机进行挤出， 得到抗拉 聚苯硫醚改性电缆材料。 0025 实施例3 说明书 3/5 页 5 CN 107815113 A 5 （1） 将15份的直径为0.01

20、 m、 长度为10 m的玄武岩纤维用2份的硫酸和10份的聚丙烯酸 钠进行改性处理后并干燥； （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用0.8份的巯基硅烷偶联剂进行偶联处理； （3） 将偶联后的玄武岩纤维与0.003份石墨烯、 10份的聚合度为500的聚乙二醇、 35份的 聚合度为1800的聚苯硫醚、 0.3份的对甲苯磺酰氯混合均匀后用挤出机进行挤出， 得到抗拉 聚苯硫醚改性电缆材料。 0026 对比例1 （1） 将12份的直径为0.1 m、 长度为50 m的玄武岩纤维用1.5份的硫酸和7.5份的聚丙烯 酸钠进行改性处理后并干燥； （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的巯基硅烷偶联剂进行偶联处

21、理； （3） 将偶联后的玄武岩纤维与12份的聚合度为400的聚乙二醇、 45份的聚合度为2200的 聚苯硫醚、 0.2份的对甲苯磺酰氯混合均匀后用挤出机进行挤出， 得到聚苯硫醚改性电缆材 料。 0027 对比例2 （1） 将12份的直径为0.1 m、 长度为50 m的玄武岩纤维用0.5份的巯基硅烷偶联剂进行 偶联处理； （2） 将偶联后的玄武岩纤维与0.002份石墨烯、 12份的聚合度为400的聚乙二醇、 45份的 聚合度为2200的聚苯硫醚、 0.2份的对甲苯磺酰氯混合均匀后用挤出机进行挤出， 得到聚苯 硫醚改性电缆材料。 0028 对比例3 （1） 将12份的直径为0.1 m、 长度为50

22、 m的玄武岩纤维用1.5份的硫酸和7.5份的聚丙烯 酸钠进行改性处理后并干燥； （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的巯基硅烷偶联剂进行偶联处理； （3） 将偶联后的玄武岩纤维与0.002份石墨烯、 12份的聚合度为280的聚乙二醇、 45份的 聚合度为1700的聚苯硫醚、 0.2份的对甲苯磺酰氯混合均匀后用挤出机进行挤出， 得到聚苯 硫醚改性电缆材料。 0029 对比例4 （1） 将12份的直径为0.1 m、 长度为50 m的玄武岩纤维用6份的硫酸和3份的聚丙烯酸钠 进行改性处理后并干燥； （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的巯基硅烷偶联剂进行偶联处理； （3） 将偶联后的

23、玄武岩纤维与0.002份石墨烯、 12份的聚合度为520的聚乙二醇、 45份的 聚合度为2800的聚苯硫醚、 0.2份的对甲苯磺酰氯混合均匀后用挤出机进行挤出， 得到聚苯 硫醚改性电缆材料。 0030 对比例5 （1） 将12份的直径为0.1 m、 长度为50 m的玄武岩纤维用1.5份的硫酸和7.5份的聚丙烯 酸钠进行改性处理后并干燥； （2） 将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的巯基硅烷偶联剂进行偶联处理； （3） 将偶联后的玄武岩纤维与0.002份石墨烯、 12份的聚合度为400的聚乙二醇、 45份的 聚合度为2200的聚苯硫醚、 0.2份的二甲基丙烯酸乙二醇酯混合均匀后用挤出机进行挤出

24、， 说明书 4/5 页 6 CN 107815113 A 6 得到聚苯硫醚改性电缆材料。 0031 将上述实施例1-3和对比例1-5中的聚苯硫醚改性电缆材料， 进行性能检测， 记录 数据如下： 性能拉伸强度 （MPa）拉伸率 （%）加工性 实施例187.618.6+ 实施例286.514.6+ 实施例387.115.7+ 对比例181.712.5+ 对比例279.116.3+ 对比例388.28.6+ 对比例480.214.2+ 对比例582.712.4+ 注：“+” 越多， 说明性能越好。 0032 对上述实验数据分析可知， 实施例1-3中制备得到的本发明抗拉聚苯硫醚改性电 缆材料， 抗拉强

25、度好， 加工性好； 而对比例1中， 未添加石墨烯， 不能与玄武岩纤维协同增效， 聚苯硫醚材料的抗拉强度显著降低； 对比例2中未采用改性剂对玄武岩纤维进行改性处理， 玄武岩纤维在聚苯硫醚中的相容性变差， 对聚苯硫醚的抗拉强度增强作用降低， 加工性变 差； 对比例3中聚苯硫醚的聚合度太小， 交联后聚苯硫醚流动性差， 加工性变差， 不利于在电 缆中进行使用； 对比例4中聚苯硫醚的聚合度大， 虽然加工性变好， 但抗拉强度显著降低； 对 比例5中未采用本发明针对性选择的交联剂， 聚苯硫醚与玄武岩纤维的相容性降低， 导致聚 苯硫醚材料的抗拉强度、 加工性降低。 说明书 5/5 页 7 CN 107815113 A 7