CN102336947A - 一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法 - Google Patents

一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法 Download PDF

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一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，它涉及一种半导电屏蔽料的制备方法。它解决了半导电屏蔽料的制备存在挤出表面无法达到超光滑的要求，容易产生凝胶、预交联，无法保证材料中杂质的数量和尺寸达到标准要求的问题。方法：称取原料；将聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯聚合物、抗氧剂和导电炭黑混炼均匀，得物料；物料过滤后，经造粒、脱水和干燥后与交联剂混合，得混有交联剂的粒料；进入吸收料仓均匀化，冷却后即完成。本发明在生产过程中不产生凝胶和预交联；半导电屏蔽料中杂质的数量和尺寸达到进口同类产品的水平，每千克电缆料中70～100μm杂质含量少于10个，达到超净要求，挤出表面达到超光滑的要求。

Description

一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导电屏蔽料的制备方法。
背景技术
由于高压电缆绝缘结构内的电场强度较高，半导电屏蔽层表面任何微小的缺陷都会导致较强的局部放电，引发出电树枝，电树枝逐渐生长，最终导致高压电缆绝缘击穿。因此，对高压电缆半导电屏蔽料的性能提出了很高的要求，挤出表面必须达到超光滑。
目前，高压XLPE绝缘电缆半导电屏蔽料的制备存在两个方面的问题：一是超光滑半导电屏蔽料的配方不完善，不能从配方角度保证高压电缆半导电屏蔽料具有优异的挤出加工性能，半导电屏蔽料的挤出表面无法达到超光滑的要求；二是生产工艺有缺陷，超纯净生产技术不够成熟，在生产过程中容易产生凝胶、预交联及无法保证材料中杂质的数量和尺寸达到标准要求；上述原因致使生产的半导电屏蔽料的产品质量不符合国家对屏蔽料机械物理和电气性能的规定。
名称为“110kV及以上电压等级电缆用半导电屏蔽料制备方法(申请号：201010254852.5，申请日：2010年08月16日)”的专利中存在以下问题：(1)生产过程中在过滤后多次用风进行输送和干燥，风容易再次将杂质带入材料中，无法达到净化要求；(2)“将二次干燥好的半导电屏蔽料加入高速混合器，再加入0.7份过氧化二异丙苯，在40℃下混合11分钟，使半导电屏蔽料和交联剂相互吸收和渗透”；但实际上过氧化二异丙苯的熔点为38～42℃，对于某些过氧化二异丙苯而言，在40℃下仍为固体，无法实现与半导电屏蔽料的相互吸收和渗透；另一方面，即使过氧化二异丙苯在40℃下熔化为液体，但在40℃下混合11分钟，过氧化二异丙苯仅能渗透入半导电屏蔽料的表层，也即在半导电屏蔽料中过氧化二异丙苯的分布是不均匀的，以此材料生产电缆将导致电缆半导电屏蔽料层交联不均匀；(3)将二次干燥好的半导电屏蔽料与过氧化二异丙苯进行高速混合时，高速混合器的旋转部分与半导电屏蔽料间及高速混合器的金属壁与半导电屏蔽料间会产生强烈摩擦，引起局部过热，导致交联剂分解，半导电屏蔽料发生预交联或形成凝胶，达不到相关标准要求，无法实现光滑挤出；(4)要求导电炭黑细度大于等于300目，该描述不准确，300目约为48微米；导电炭黑粒径的尺寸通常小于100nm，否则其导电性变差，添加其难以使高压电缆半导电屏蔽料的电导率和机械性能同时满足要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决半导电屏蔽料的制备存在挤出表面无法达到超光滑的要求，容易产生凝胶、预交联，无法保证材料中杂质的数量和尺寸达到标准要求，电导率和机械性能难以同时满足要求的问题，而提供了一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法。
高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法按以下步骤进行：一、按照重量份称取5～15份的聚乙烯树脂、50～60份的乙烯-醋酸乙烯聚合物、25～35份的导电炭黑、0.1～0.3份的抗氧剂和0.5～1.0份的交联剂；
二、将称取的聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯聚合物、抗氧剂和导电炭黑同时加入到混炼机中，在温度为130～200℃下混炼均匀，得物料；
三、物料进入熔体泵内，熔体泵使物料流过双工位液压换网过滤器进行过滤，过滤后的物料进入单螺杆造粒机造粒，所得粒料经纯净水冷却并被输送到离心脱水机内进行离心脱水和干燥处理，然后进入转鼓混料机，转动加热至粒料的温度为60～75℃，再将称取的交联剂喷淋到粒料的表面，继续转动至粒料表面干燥，获得混有交联剂的粒料；
四、混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为60～75℃的条件下均匀化2～10h，然后冷却至30～50℃，即完成高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备；
其中步骤一中聚乙烯树脂的型号为LD200BW；乙烯-醋酸乙烯聚合物的熔融指数为6～8；导电炭黑的粒径为60～80nm；抗氧剂为2，2-草酰胺基-双〔乙基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)〕丙酸酯；交联剂为过氧化二异丙苯。
本发明高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，生产过程中不产生凝胶和预交联；经检测，半导电屏蔽料中杂质的数量和尺寸达到进口同类产品的水平(每千克电缆料中70～100μm杂质含量少于10个)，达到超净要求，半导电屏蔽料的挤出表面达到超光滑的要求，且产品质量具有长期稳定性；其导电性好，同时满足了半导电屏蔽料的电导率和机械性能。
本发明与现有方法相比具有以下有益效果：
(1)聚乙烯粒料、乙烯-醋酸乙烯聚合物粒料、炭黑和抗氧剂在混炼机中均匀混炼、过滤、造粒后，经纯净水冷却并被输送到位于生产线最高处的离心脱水机内，在后面的生产过程中生产线完全密闭，不使用空气输送，完全靠材料的重力逐级下落；这种生产方式避免了空气中的杂质进入过滤净化后的材料，保证成品材料具有较高的纯净度；
(2)利用转鼓混料机使交联剂(过氧化二异丙苯)初步扩散进入粒料(聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯聚合物、炭黑和抗氧剂的熔融共混颗粒)中；转鼓混料机特殊的内部结构保证在其不停地转动过程中使液体状的交联剂和粒料均匀混合，并且在一定温度的作用下向颗粒内部逐渐扩散，在一定时间内颗粒表面达到干燥，这首先保证了交联剂初步扩散的均匀性；转鼓混料机水套加热、连续转动和特殊的内部结构还能保证其内部温度均匀，其内部没有相对运动的部件，不会因摩擦而产生局部高温，避免产生凝胶和预交联；
(3)交联剂初步扩散进入粒料后，该粒料还要在吸收料仓中恒温保持一定时间，直到交联剂在粒料中扩散均匀。
(4)吸收料仓特殊的内部结构可保证其内部的混有交联剂的粒料先进先出，在其内部停留的时间相等，扩散均匀性一致。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法按以下步骤进行：一、按照重量份称取5～15份的聚乙烯树脂、50～60份的乙烯-醋酸乙烯聚合物、25～35份的导电炭黑、0.1～0.3份的抗氧剂和0.5～1.0份的交联剂；
二、将称取的聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯聚合物、抗氧剂和导电炭黑同时加入到混炼机中，在温度为130～200℃下混炼均匀，得物料；
三、物料进入熔体泵内，熔体泵使物料流过双工位液压换网过滤器进行过滤，过滤后的物料进入单螺杆造粒机造粒，所得粒料经纯净水冷却并被输送到离心脱水机内进行离心脱水和干燥处理，然后进入转鼓混料机，转动加热至粒料的温度为60～75℃，再将称取的交联剂喷淋到粒料的表面，继续转动至粒料表面干燥，获得混有交联剂的粒料；
四、混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为60～75℃的条件下均匀化2～10h，然后冷却至30～50℃，即完成高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备；
其中步骤一中聚乙烯树脂的型号为LD200BW；乙烯-醋酸乙烯聚合物的熔融指数为6～8；导电炭黑的粒径为60～80nm；抗氧剂为2，2-草酰胺基-双〔乙基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)〕丙酸酯；交联剂为过氧化二异丙苯。
本实施方式步骤一中聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯聚合物和导电炭黑均采用金属杂质分离器除去原料中较大尺度的金属杂质。
本实施方式步骤三中熔体泵采用德国威特泵业技术有限公司的CHEM系列熔体泵。
本实施方式步骤三中双工位液压换网过滤器采用郑州市安吉化工塑料机械厂的AJSZ系列双工位液压换网过滤器。
本实施方式步骤三中单螺杆造粒机采用南京诚盟塑料机械实业有限公司的DJ系列单螺杆挤出机。
本实施方式步骤三中双工位液压换网过滤器可以滤掉物料中所有粒径≥100μm的杂质。
本实施方式步骤三中粒料经纯净水冷却并被输送到离心脱水机内，此处的离心脱水机位于生产线最高处。
本实施方式步骤三中转鼓混料机采用哈普电气技术有限责任公司的ZGH系列转鼓混料机。
本实施方式步骤三中转鼓混料机，转动加热至粒料的温度为60～75℃，可保证其内部的粒料温度均匀，同时可使喷淋的交联剂能在粒料中均匀分布。
本实施方式步骤四中混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为60～75℃的条件下均匀化，可保证其内部的混有交联剂的粒料先进先出，在其内部停留的时间相等。
本实施方式中冷却后所得高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料，后续可进入批混料仓，与不同时间进入批混料仓的混有交联剂的粒料在批混料仓内被再次混合均匀，实现连续化生产，获得大批量的高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中按照重量份称取5份的聚乙烯树脂、50份的乙烯-醋酸乙烯聚合物、25份的导电炭黑、0.1份的抗氧剂和0.5份的交联剂。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中按照重量份称取15份的聚乙烯树脂、60份的乙烯-醋酸乙烯聚合物、35份的导电炭黑、0.3份的抗氧剂和1.0份的交联剂。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中按照重量份称取10份的聚乙烯树脂、55份的乙烯-醋酸乙烯聚合物、30份的导电炭黑、0.2份的抗氧剂和0.7份的交联剂。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中在温度为130℃下混炼均匀，得物料。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中在温度为200℃下混炼均匀，得物料。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中在温度为160℃下混炼均匀，得物料。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤二中混炼机为双螺杆混炼机或单螺杆往复式混炼机。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤三中造粒的规格为直径3.5mm、厚度2～3.5mm。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中双工位液压换网过滤器的每一过滤网座上安装有3层过滤网。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是步骤四中混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为60℃的条件下均匀化10h，然后冷却至30℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是步骤四中混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为75℃的条件下均匀化2h，然后冷却至50℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是步骤四中混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为70℃的条件下均匀化5h，然后冷却至30℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法按以下步骤进行：一、按照重量份称取10份的聚乙烯树脂、55份的乙烯-醋酸乙烯聚合物、30份的导电炭黑、0.2份的抗氧剂和0.7份的交联剂；
二、将称取的聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯聚合物、抗氧剂和导电炭黑同时加入到混炼机中，在温度为150℃下混炼均匀，得物料；
三、物料进入熔体泵内，熔体泵使物料流过双工位液压换网过滤器进行过滤，过滤后的物料进入单螺杆造粒机造粒，所得粒料经纯净水冷却并被输送到离心脱水机内进行离心脱水和干燥处理，然后进入转鼓混料机，转动加热至粒料的温度为65℃，再将称取的交联剂喷淋到粒料的表面，继续转动至粒料表面干燥，获得混有交联剂的粒料；
四、混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为65℃的条件下均匀化7h，然后冷却至40℃，即完成高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备；
其中步骤一中聚乙烯树脂的型号为LD200BW；乙烯-醋酸乙烯聚合物的熔融指数为7；导电炭黑的粒径为60nm；抗氧剂为2，2-草酰胺基-双〔乙基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)〕丙酸酯；交联剂为过氧化二异丙苯。
本实施方式中制备所得高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料，生产过程中不产生凝胶和预交联；经检测，半导电屏蔽料中杂质的数量和尺寸达到进口同类产品的水平(每千克电缆料中70～100μm杂质含量少于10个)，达到超净要求，半导电屏蔽料的挤出表面达到超光滑的要求，且产品质量具有长期稳定性；其导电性好，同时满足了半导电屏蔽料的电导率和机械性能。

Claims (7)

1.一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法按以下步骤进行：一、按照重量份称取5～15份的聚乙烯树脂、50～60份的乙烯-醋酸乙烯聚合物、25～35份的导电炭黑、0.1～0.3份的抗氧剂和0.5～1.0份的交联剂；
二、将称取的聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯聚合物、抗氧剂和导电炭黑同时加入到混炼机中，在温度为130～200℃下混炼均匀，得物料；
三、物料进入熔体泵内，熔体泵使物料流过双工位液压换网过滤器进行过滤，过滤后的物料进入单螺杆造粒机造粒，所得粒料经纯净水冷却并被输送到离心脱水机内进行离心脱水和干燥处理，然后进入转鼓混料机，转动加热至粒料的温度为60～75℃，再将称取的交联剂喷淋到粒料的表面，继续转动至粒料表面干燥，获得混有交联剂的粒料；
四、混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为60～75℃的条件下均匀化2～10h，然后冷却至30～50℃，即完成高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备；
其中步骤一中聚乙烯树脂的型号为LD200BW；乙烯-醋酸乙烯聚合物的熔融指数为6～8；导电炭黑的粒径为60～80nm；抗氧剂为2，2-草酰胺基-双〔乙基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)〕丙酸酯；交联剂为过氧化二异丙苯。
2.根据权利要求1所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于步骤一中按照重量份称取10份的聚乙烯树脂、55份的乙烯-醋酸乙烯聚合物、30份的导电炭黑、0.2份的抗氧剂和0.7份的交联剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于步骤二中在温度为160℃下混炼均匀，得物料。
4.根据权利要求1所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于步骤二中混炼机为双螺杆混炼机或单螺杆往复式混炼机。
5.根据权利要求1所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于步骤三中造粒的规格为直径3.5mm、厚度2～3.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于步骤三中双工位液压换网过滤器的每一过滤网座上安装有3层过滤网。
7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电缆超光滑半导电屏蔽料的制备方法，其特征在于步骤四中混有交联剂的粒料进入吸收料仓，在温度为70℃的条件下均匀化5h，然后冷却至30℃。
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