CN101717542B - 一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法，采用了极性分子改性的芳香性弹性体共聚物、过氧化物交联剂、聚乙烯树脂以及抗氧剂，通过熔融共混法制备。本发明制备的抗水树绝缘材料可以显著抑制电缆绝缘层中的交联聚乙烯因水电老化而产生的水树的长度，其水树长度是同等条件下过氧化物交联聚乙烯的40％，显著提高了绝缘电缆的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆绝缘材料的制备方法，特别是一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法。
背景技术
塑料电力电缆由于铺设容易、价格低廉、加工方便、介电性能和机械性能好，被广泛应用于输配电工程中。而这种以挤塑电介质为绝缘主体的电力电缆安装在有水或极可能与水接触的地下时，当有机聚合物材料在液态或汽态水存在的情况下长期处于电场作用时，沿电场方向会出现含水微孔相连的水树枝网络结构，从而极大地影响了电力电缆的使用寿命，特别是中低压电缆可能由于局部出现被称为″水树″的网络结构而产生介质击穿，从而导致电缆破坏。
为了避免或减少水树的产生，通常在聚合物绝缘材料中添加抗水树生长剂，专利号(EP0,099,640)公开了乙烯基共聚物EVA可作为电线电缆的水树生长抑制剂；1994年应用科学学报第2卷第4期349-354页公开了采用二茂铁及其衍生物等电压稳定剂可作为抑制聚乙烯电树生长的添加剂；而电气和电子工程师协会Trans Electr Insul第22卷第2期也报道了巴比妥酸及其衍生物等自由基清除剂可作为水树抑制剂使用；电气和电子工程师协会Trans PAS第103卷第三期报道了苯乙烯共聚物可作为水树添加剂使用；美国专利(US4,876,147)公开了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物及氢化丁苯橡胶能够作为抑制水树生长的添加剂。
尽管这些亲水性材料能够抑制水树的生长，但都有一定的缺点，如相容性差，挥发性等，而电压稳定剂和自由基清除剂也会随着电缆的使用而逐渐流失，在电缆运行期间反而会增强水树枝的破坏程度。而参与聚乙烯交联的极性分子改性的芳香性弹性体共聚物则能够克服亲水性材料及电压稳定剂作为水树抑制剂的那些缺陷。
发明内容
本发明的目的是采用极性分子改性的芳香性弹性体共聚物抑制水树的生长，制备出具有抗水树性能的绝缘材料。
本发明一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法如下，以下均以重量份来表示：
将100份的聚乙烯树脂和0.5-25份的极性分子改性的芳香性弹性体共聚物加入到密炼机中，在170-190℃下混炼5-10分钟，然后再加入0.1-3.0份过氧化物和0.1-0.5份的抗氧剂，再混炼5-10分钟，混炼温度为110-130℃，得到一种抗水树电缆绝缘材料；其中极性分子改性的芳香性弹性体共聚物为氨基改性的、丙烯酸改性的或马来酸酐改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物，接枝率在0.1-10％之间，其密度为0.86-0.93g/cm3，苯乙烯含量为20-35wt％，熔体流动指数在0.02至20g/10min之间。
本发明采用的过氧化物为过氧化二枯基、过氧化十二烷酰、偶氮二异丁腈、过氧化二叔丁基、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己炔或2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己烷叔丁基氢。
本发明采用的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯；其密度在0.86至0.93g/cm3之间，熔体流动指数在1.0至4.0g/10min之间。
本发明采用的抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂2246或抗氧剂1010。
本发明一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法中，采用了极性分子改性的芳香性弹性体共聚物，即在熔融混炼过程中，添加了极性分子改性的芳香性弹性体共聚物；采用极性分子改性的芳香性弹性体共聚物的原因主要有两个，一是芳香性弹性体共聚物上接枝的极性基团具有一定的亲水性，二是芳香性弹性体共聚物能提高聚乙烯树脂的韧性。与传统的电缆绝缘材料相比，制备的抗水树电缆绝缘材料不仅具有良好的力学性能和介电性能，并且能有效地抑制水树现象的产生，水树长度降低到过氧化物交联聚乙烯的40％。对比申联新材料科技有限公司出售的牌号为SLPE-4201的抗水树电缆绝缘材料，本发明制备的一种抗水树电缆绝缘材料中的水树长度也能降低到50％，特别适用于中低压电缆的绝缘层。
具体实施方式
本发明将通过下面的具体实施实例对本发明的技术方案进行更加详细的说明，但是本发明并不局限于以下提出的实施实例。
以下实施例得到的一种抗水树电缆绝缘材料的力学性能评价方法采用IEC60811标准，介电性能评价方法分别采用ASTM D149-2004、ASTM D150-2004标准；抗水树性能评价参考采用ASTM D6097标准。
以下实施例和比较例中，聚乙烯树脂采用美国Exxon Mobil的低密度聚乙烯，牌号为100BW，其密度为0.9225g/cm3，熔体流动指数为2.0g/10min。
马来酸酐改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物采用美国Kraton公司的，牌号为G1901，马来酸酐的接枝率为～2.0wt％，苯乙烯含量为30wt％。而丙烯酸改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物采用实验室自制的材料。
苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物采用美国Kraton公司的，牌号为G1651H，苯乙烯含量为31wt％，密度为0.91g/cm3。
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物采用韩国Hyundai石化的，牌号为VA600，其密度为0.95g/cm3，VA含量为28wt％，熔体流动指数为6.0g/10min。
丙烯酸改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物的制备方法如下：
向带有搅拌器、冷凝管和氮气通入管的三口圆底烧瓶中，加入10.0克苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物和90毫升甲苯，充分溶解后加入10毫升丙烯酸和1.0克过氧化二苯甲酰(BPO)。在90℃下反应7小时后，注入到剧烈搅拌的大量沸腾蒸馏水中，过滤沉淀，然后绞成细条，再在蒸馏水中煮沸两次，然后再在索式抽提器中用蒸馏水抽提至恒量，真空干燥至恒量后得到丙烯酸改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物。
实施例1
将140克低密度聚乙烯与7克马来酸酐改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物加入到密炼机中，混炼10分钟，混炼温度为190℃，转速为60r/min，然后再加入2.8克过氧化二枯基和0.14克的抗氧剂1010，再混炼5分钟，混炼温度为110℃，转速为40r/min，得到一种抗水树电缆绝缘材料，其性能见表1。
实施例2
将140克低密度聚乙烯与7克丙烯酸改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物加入到密炼机中，混炼10分钟，混炼温度为190℃，转速为60r/min，然后再加入2.8克过氧化二枯基和0.14克的抗氧剂1010，再混炼5分钟，混炼温度为110℃，转速为40r/min，得到一种抗水树电缆绝缘材料，其性能见表1。
比较例1
将140克低密度聚乙烯与7克苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物、1.4克的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、2.8克过氧化二枯基以及0.14克的抗氧剂1010加入到密炼机中，混炼10分钟，混炼温度为110℃，转速为60r/min，得到用于比较的绝缘材料，其性能见表1。
比较例2
将150克低密度聚乙烯、3.0克过氧化二枯基和0.15克抗氧剂1010加入到密炼机中，混炼10分钟，混炼温度为115℃，转速为60r/min，得到用于比较的绝缘材料，其性能见表1。
比较例3
上海交大申联新材料科技有限公司出售的35KV及以下可交联低密度聚乙烯电力电缆绝缘料SLPE-4201，其性能见表1。
表1性能比较
| 性能材料 | 水树长度(um) | 拉伸强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 工频介电强度(kV/mm) | 工频介质损耗(10-4) | 工频介电常数 |
| 实施例1 | 315 | 24.29 | 473 | 85.1 | 4.1 | 2.245 |
| 实施例2 | 354 | 23.6 | 494 | 83.7 | 4.3 | 2.231 |
| 比较例1 | 450 | 22.4 | 521 | 83.4 | 4.6 | 2.205 |
| 比较例2 | 777 | 22.7 | 535 | 87 | 4.0 | 2.211 |
| 比较例3 | 678 | 1.6 | 2.2 |
从表1中可以明显看出，本发明上述实施实例所得的一种抗水树电缆绝缘材料的水树长度相对于比较例2的绝缘料的水树长度降低50-70％，对比与比较例3申联新材料科技有限公司出售的抗水树绝缘料SLPE-4201，水树长度也降低55％，同时拉伸强度和断裂伸长率与比较例2有所提高，介电性能也有一定的改善，比较例1中苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物也能降低聚乙烯的水树长度，但是由于加工工艺的差异，比较例1的综合性能明显低于实施例1的综合性能。比较实施例1与2可以发现，实施例1的水树抑制效果明显更好，且综合性能也非常优越，满足电线电缆绝缘的要求。这表明本发明得到的一种抗水树电缆绝缘材料具有良好的抗水树性能，其它力学性能与介电性能相比于比较例并没有明显的变化，依然保持交联聚乙烯的特性。
Claims (4)
1.一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于制备方法如下，以下均以重量份表示：
将100份的聚乙烯树脂和0.5-25份的极性分子改性的芳香性弹性体共聚物加入到密炼机中，在170-190℃下混炼5-10分钟，然后再加入0.1-3.0份过氧化物和0.1-0.5份的抗氧剂，再混炼5-10分钟，混炼温度为110-130℃，得到一种抗水树电缆绝缘材料；其中极性分子改性的芳香性弹性体共聚物为氨基改性的、丙烯酸改性的或马来酸酐改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性弹性体共聚物，接枝率在0.1-10 %之间，其密度为0.86-0.93 g/cm3，苯乙烯含量为20-35 wt%，熔体流动指数在0.02至20g/10min之间。
2.根据权利要求1所述的一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法，其特征是过氧化物为过氧化二枯基、过氧化十二烷酰、过氧化二叔丁基、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)-己炔或2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)-己烷叔丁基氢。
3.根据权利要求1所述的一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法，其特征是聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，其密度在0.86和0.93 g/ cm3之间，熔体流动指数在1至4.0g/10min之间。
4.根据权利要求1所述的一种抗水树电缆绝缘材料的制备方法，其特征是抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂2246或抗氧剂1010。
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