CN101724192A

CN101724192A - 中高压抗水树绝缘电缆料及其制备方法

Info

Publication number: CN101724192A
Application number: CN200910201093A
Authority: CN
Inventors: 徐永卫; 王芹; 钟伟勤; 龚华; 沈彬华; 邱汉亮; 欧阳观林
Original assignee: XINSHANGHUA HIGH MOLECULAR MATERIAL CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: XINSHANGHUA HIGH MOLECULAR MATERIAL CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-06-09

Abstract

本发明公开了一种中高压抗水树绝缘电缆料及其制备方法，是由包括如下重量份数的组分制备的：聚乙烯100份，主抗氧剂份0.1～5份，辅助抗氧剂0.05～5份，交联剂1～4份，成核剂0.1～10份，茂金属聚合物0.1～10份，芳香性共聚弹性体3～30份。本发明提供的中高压抗水树电缆绝缘料，采用了常用的醇类成核剂与特殊成核剂茂金属聚合物，与芳香性共聚物弹性体对水树生长的不同抑制机理，与传统电缆绝缘材料相比，能够有效抑制水树生长，并具有良好的力学性能和介电性能，延长了电缆使用寿命，特别适用于中高压电力电缆的绝缘层。

Description

中高压抗水树绝缘电缆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及绝缘电缆料领域，特别是一种能应用于中高压绝缘电缆料。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)电缆结构简单、制造周期短、工作温度高、耐热性和机械性能好，传输容量大，不仅适用于中低压，而且适用于高压和超高压系统中。

但电缆投入运行后都将受到电、机械、化学以及热、光等因素的作用而老化，影响其寿命。水树是中高压XLPE电缆绝缘破坏的主要原因。抗水树电缆料在国外已得到大量应用，已基本取代传统XLPE电缆料。

抗水树电缆料的机理是在XLPE中加入水树抑制剂或通过改性聚合物以达到阻碍水树形成及生长的目的。目前人们已采用多种措施以期能够解决绝缘料中的水树问题。如CN 101367972A结合极性共聚物与芳香性共聚弹性体制备具有抗水树性能的绝缘材料；CN 101149994A在配方中加入茂金属弹性体作为成核剂，结合马来酸酐接枝共聚物及聚乙二醇共同作用来改进抗水树性能；CN 1908048A采用丁苯橡胶提高绝缘材料的韧性，从而改善抗水树性能；EP0,099,640中将EVA作为水树生长的抑制剂。

然而之前的各种技术虽然在抗水树性能方面有所改善，但都存在着一定的缺点，如加入亲水性物质的缺陷在于它们与非极性聚乙烯的混溶性差，例如聚乙二醇添加剂虽然能够延迟水树形成，但经过一定的时间间隔，往往导致绝缘体中水树量的整体增加，低亲水性或疏水性材料并不能防止绝缘体中水树形成；还存在挥发性问题，绝缘料的加工性能上也会受到影响，并且添加剂之间存在着相互作用，很难寻求一种性能的平衡。

发明内容

本发明的目的是提供一种中高压抗水树绝缘电缆料及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明所述的中高压抗水树绝缘电缆料，包括如下重量份数的组分：

聚乙烯 100份

主抗氧剂份 0.1～5份，优选0.2份。

辅助抗氧剂 0.05～5份，优选0.1份

交联剂 1～4份，优选2份

成核剂 0.1～10份，优选0.2份

茂金属聚合物 0.1～10份，优选1份

芳香性共聚弹性体 3～30份，优选5～20份。

所述的聚乙烯为高压低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯中的一种以上，密度为0.86～0.98g/cm³，熔体流动指数为1～10.0g/10min；

所述的主抗氧剂选自抗氧剂(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸草酰(二亚氨基-2，1亚乙基酯)(697)、抗氧剂2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(264)、抗氧剂N，N’-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼(1024)、抗氧剂2，2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(2246)、抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)或抗氧剂4，4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)(300)中的一种以上；

所述的辅助抗氧剂选自抗氧剂双(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸单乙酯)镍(802)、抗氧剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(168)或硫代二丙酸双(十八酯)(DSTP)中的一种以上；

所述的交联剂选自过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈、过氧化二叔丁基、过氧化十二烷酰、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)-己炔、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己烷叔丁基氢、过氧化苯甲酰或4，4-双(过氧化叔丁基)戊酸正丁酯中的一种以上；

所述的成核剂选山梨糖醇、木糖醇、甘露醇或赤藓醇中的一种以上；

所述的茂金属聚合物是茂金属聚乙烯、茂金属弹性体中的一种以上；

优选的茂金属聚乙烯是茂金属低密度聚乙烯或茂金属线性低密度聚乙烯，可采用上海海外化工有限公司的产品，产品牌号为Q281、Q210、Q400或7050等；优选的茂金属弹性体是辛烯单体的质量分数在30％～50％，可采用埃克森公司产品，产品牌号POE5171，5181。

本发明最优的组合为三梨糖醇与茂金属聚乙烯；

所述的芳香性共聚弹性体选自丁苯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚弹性体或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚弹性体中的一种以上，其密度为0.86～0.98g/cm³，苯乙烯质量分数为20％～40％，熔体流动指数为0.1～15g/10min。

本发明的中高压抗水树绝缘电缆料的制备方法，包括如下步骤：

将上述的各个组分加入温度为110～140℃的密炼机，混炼时间为10～30分钟，即得到一种新型的所述的中高压抗水树绝缘电缆材料。

本发明提供的中高压抗水树电缆绝缘料，采用了常用的醇类成核剂与特殊成核剂茂金属聚合物，与芳香性共聚物弹性体对水树生长的不同抑制机理，与传统电缆绝缘材料相比，能够有效抑制水树生长，并具有良好的力学性能和介电性能，延长了电缆使用寿命，特别适用于中高压电力电缆的绝缘层。

本发明制备的绝缘料具有很好的抗水树性能，主要有以下原因：醇类聚合物作为成核剂，添加到PE中以改变PE结晶形态，使其球晶数量多尺寸小，改变PE球晶规整性。特殊成核剂茂金属聚合物立构规整性高，易于形成较为分散的球晶，本发明采用茂金属聚乙烯作为特殊成核剂与PE共混，降低PE成核相自由能势垒，加快结晶速度，减小晶体尺寸，抑制空间电荷效应，增加材料弹性，增强了材料的热稳定性，同时，共同使用茂金属聚合物与醇类聚合物作为成核剂具有一定的协同效果，能够有效抑制水树增长；芳香性共聚物弹性体能够提高聚乙烯树脂的韧性，与聚乙烯树脂有很好的相容性，阻止水树微裂纹的进一步发展，芳香性共聚物弹性体与本发明采用的两类成核剂对水树的抑制机理不同，共同作用具有一定的协同效果，能够有效的抑制水树生长。

具体实施方式：

实施例1

聚乙烯100克、主抗氧剂4，4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)(300)0.2克、辅助抗氧剂硫代二丙酸双(十八酯)(DSTP)0.1克、交联剂过氧化二异丙苯(DCP)2克、成核剂三梨糖醇0.2克、茂金属聚乙烯1克和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(苯含量28％)嵌段共聚弹性体8克放入哈克流变仪中混炼，混炼温度为120℃，混炼时间为15分钟，得到一种新型中高压抗水树绝缘电缆料，其性能见表1。

所述的聚乙烯的密度为0.86g/cm³，熔体流动指数为2.5g/10min；

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚弹性体密度为0.98g/cm³，苯乙烯质量分数为40％，熔体流动指数为0.1g/10min。

茂金属聚乙烯采用上海海外化工有限公司的产品，产品牌号为Q281。

实施例2

聚乙烯100克、主抗氧剂4，4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)(300)0.2克、辅助抗氧剂硫代二丙酸双(十八酯)(DSTP)0.1克、交联剂过氧化二异丙苯(DCP)2克、成核剂三梨糖醇0.2克、茂金属聚合物1克和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(苯含量28％)嵌段共聚弹性体15克放入哈克流变仪中混炼，混炼温度为120℃，混炼时间为15分钟，得到一种新型中高压抗水树绝缘电缆料，其性能见表1。

所述的聚乙烯的密度为0.98g/cm³，熔体流动指数为2.0g/10min；

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚弹性体密度为0.98g/cm³，苯乙烯质量分数为20％，熔体流动指数为15g/10min。

对比例1

聚乙烯100克、主抗氧剂4，4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)(300)0.2克、辅助抗氧剂硫代二丙酸双(十八酯)(DSTP)0.1克和交联剂过氧化二异丙苯(DCP)2克放入哈克流变仪中混炼，混炼温度为120℃，混炼时间为15分钟，得到一种新型中高压抗水树绝缘电缆料，其性能见表1。

对比例2

聚乙烯100克、主抗氧剂4，4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)(300)0.2克、辅助抗氧剂硫代二丙酸双(十八酯)(DSTP)0.1克、交联剂过氧化二异丙苯(DCP)2克、成核剂三梨糖醇0.2克和茂金属聚乙烯1克放入哈克流变仪中混炼，混炼温度为120℃，混炼时间为15分钟，得到一种新型中高压抗水树绝缘电缆料，其性能见表1。

表一性能比较

从表1可以明显看出，本发明上述实施例所得的一种新型中高压抗水树绝缘电缆料的水树长度与对比例1的绝缘料水树长度相比降低47％～70％，对比例与比较例2的抗水树绝缘材料相比水树长度降低了35％～60％，同时断裂伸长率与比较例相比也有所提高，介电性能也有一定程度的改善，这表明采用本制备方法得到的绝缘材料可以抑制水树的生长，具有很好的抗水树性能，同时力学性能和介电性能良好，延长电缆寿命。

Claims

1.中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，是由包括如下重量份数的组分制备的：

聚乙烯 100份

主抗氧剂份 0.1～5份

辅助抗氧剂 0.05～5份

交联剂 1～4份

成核剂 0.1～10份

茂金属聚合物 0.1～10份

芳香性共聚弹性体 3～30份。

2.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，是由包括如下重量份数的组分制备的：

聚乙烯 100份

主抗氧剂份 0.2份

辅助抗氧剂 0.1份

交联剂 2份

成核剂 0.2份

茂金属聚合物 1份

芳香性共聚弹性体 5～20份。

3.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，所述的聚乙烯的密度为0.86～0.98g/cm³，熔体流动指数为1～10.0g/10min。

4.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，所述的主抗氧剂选自抗氧剂(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸草酰(二亚氨基-2，1亚乙基酯)(697)、抗氧剂2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(264)、抗氧剂N，N’-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼(1024)、抗氧剂2，2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(2246)、抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)或抗氧剂4，4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)(300)中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，所述的辅助抗氧剂选自抗氧剂双(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸单乙酯)镍(802)、抗氧剂亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(168)或硫代二丙酸双(十八酯)(DSTP)中的一种以上；

所述的交联剂选自过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈、过氧化二叔丁基、过氧化十二烷酰、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)-己炔、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)-己烷叔丁基氢、过氧化苯甲酰或4，4-双(过氧化叔丁基)戊酸正丁酯中的一种以上。

6.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，所述的成核剂选山梨糖醇、木糖醇、甘露醇或赤藓醇中的一种以上。

7.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，所述的茂金属聚合物是茂金属聚乙烯或茂金属弹性体中的一种以上。

8.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，优选的茂金属聚乙烯是茂金属低密度聚乙烯或茂金属线性低密度聚乙烯，优选的茂金属弹性体辛烯单体的质量分数在30％～50％。

9.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，所述的成核剂为三梨糖醇，茂金属聚合物是茂金属聚乙烯。

10.根据权利要求1所述的中高压抗水树绝缘电缆料，其特征在于，所述的芳香性共聚弹性体选自丁苯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚弹性体或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚弹性体中的一种以上。