CN102417668A - 一种风能发电用电缆护套材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风能发电用电缆护套材料及其制备方法，该材料的组分为：生胶基体100份、硫化剂5-20份、硫化促进剂1-5份、硫化助剂1-5份、酸吸收剂10-30份、补强剂30-50份、防老剂1-3份、增塑剂30-60份、阻燃剂20-40份、协同阻燃剂10-50份、偶联剂1-5份、加工助剂2-6份。本发明风力发电用电缆外护套材料在-55℃具有良好的耐扭曲性能、极好的机械性能，具有很好的耐候性、阻燃性、耐油性等特性为本发明的最大特点，能够满足风能发电用电缆护套材料的性能要求，适合低温环境中的使用。

Description

一种风能发电用电缆护套材料及其制备方法

发明领域

本发明涉及一种风能发电用电缆护套材料。

背景技术

近年来，由于国内外石油、煤炭等资源紧张的趋势，各国大力发展新型能源，风能作为一种洁净能源，即节能又环保，有着取之不尽的来源。但是风能发电的电缆附件却跟不上风能发电的要求，风能发电用电缆由于维修困难，使用条件苛刻，所以电缆性能和寿命要求较高，在北方地区要承受低温的考验，同时电缆在运行过程中不断被扭转。

现在市售的风能发电用电缆的效果不太理想，主要是因为风能电缆的护套材料选择的是聚乙烯或聚氨酯等具有塑料特性的高分子结晶性材料，导致风能电缆在户外适应时经自然界的低温环境开裂、紫外线老化变脆开裂以及酸碱腐蚀后护套的物理机械性能均变差。申请号为101643563A的专利公开了一种用氯化聚乙烯基的风能发电用电缆护套材料，用氯化聚乙烯作为基础胶，加入大量的增塑剂，能够在-40℃正常使用，但不适合我国北方冬季更低温度环境的使用。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术难题，本发明提供具有极好低温柔顺性、良好机械强度、耐油和阻燃性能好的风能发电用电缆护套材料。

本发明的另一个目的是提供该风能发电用电缆护套材料的制备方法。

本发明采用的技术方案：一种风能发电用电缆护套材料，其原料组分的重量配比为：氯磺化聚乙烯100份、硫化剂5-20份、硫化促进剂1-5份、硫化助剂1-5份、酸吸收剂10-30份、补强剂30-50份、防老剂1-3份、增塑剂20-80份、阻燃剂20-60份、偶联剂1-5份、加工助剂2-6份

作为优选，所述的所述的硫化剂为PbO、MgO及两者配合使用或者过氧化物，硫化促进剂为秋兰姆类、噻唑类，硫化助剂为N，N’-间苯撑双马来酰亚胺，补强剂为高分散白炭黑，防老剂为N，N-二丁基二硫代氨基甲酸镍，加工助剂为凡士林、硬脂酸，阻燃剂为三氧化二锑和十溴联苯醚，氢氧化铝或者氢氧化镁并用，其所述的三氧化二锑和十溴联苯醚质量比为0.3∶1-2。

作为优选，所述的秋兰姆类为六硫化双五甲撑秋兰姆，所述的噻唑类为2、2’-二硫代二苯并噻唑。

作为优选，将所述的硫化剂、硫化促进剂和硫化助剂组成硫化体系，该硫化体系的组分质量比为：PbO、六硫化双五甲撑秋兰姆、2、2’-二硫代二苯并噻唑、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺的质量比为5-15∶1-3∶0.∶2-0.8∶0.5-1.5。

作为优选，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、癸二酸二辛酯(DOS)、氯化石蜡、己二酸二辛酯(DOA)。

作为优选，所述的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)。

一种制备上述风力发电用电缆护套材料的方法，包括如下步骤：

1、混炼：先将所述的生胶基体放入扭矩流变仪中，并将该生胶基体混合均匀；然后在所述扭矩流变仪中加入补强剂、偶联剂、防老剂、加工助剂、阻燃剂、酸吸收剂、硫化助剂、硫化促进剂、硫化剂，将上述组份混合均匀，制成混炼胶体。

2、用开炼机将所述混炼胶体出片停放。

3、用硫化仪测得所述混炼胶体的硫化参数。

4、在平板硫化机上制取试片，取t90+2min为正硫化时间，压力为14MPa，温度为170℃。

有益效果：本发明风能发电用电缆护套材料具有耐严寒、耐扭曲电缆护套材料具有良好的低温柔性、机械性能、老化性能、耐湿性能、热延伸性能、耐油性能和阻燃性能。拉伸强度≥13Mpa，断裂伸长率≥400％，-55℃拉伸断裂伸长率≥50％，氧指数≥35％，耐IRM902油拉伸强度变化率≤40％。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。

先将所述的生胶基体放入扭矩流变仪中，并将该生胶基体混合均匀；然后在所述扭矩流变仪中加入补强剂、偶联剂、防老剂、加工助剂、阻燃剂、酸吸收剂、硫化助剂、硫化促进剂、硫化剂、增塑剂，将上述组份混合均匀，制成混炼胶体。其中生胶基体用氯磺化聚乙烯；补强剂用高分散白炭黑，具体为SiO₂，偶联剂用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)，防老剂用N，N-二丁基二硫代氨基甲酸镍，加工助剂用工业凡士林、硬脂酸，阻燃剂用三氧化二锑和十溴联苯醚，酸吸收剂用MgO，硫化助剂用N，N’-间苯撑双马来酰亚胺，硫化促进剂用六硫化双五甲撑秋兰姆、2、2’-二硫代二苯并噻唑，硫化剂用PbO，增塑剂用癸二酸二辛酯(DOS)。

将上述组份混合均匀，制成混炼胶体。然后用开炼机将所述混炼胶体出片停放；用硫化仪测得所述混炼胶体的硫化参数；最后在平板硫化机上制取试片，取t90+2min为正硫化时间，压力为14MPa，温度为170℃。

实施例1

取氯磺化聚乙烯橡胶100份、PbO 15份、六硫化双五甲撑秋兰姆2份、六硫化双五甲撑秋兰姆1份、硫化助剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺1份、MgO20份、补强剂SiO₂40份、防老剂N，N-二丁基二硫代氨基甲酸镍2份、增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)(30、40、50、60)份、阻燃剂三氧化二锑30份、协同阻燃剂十溴联苯醚20份、偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)4份、加工助剂凡士林3份，硬脂酸2份。实施结果见表1。

实施例2

取氯磺化聚乙烯橡胶100份、PbO15份、六硫化双五甲撑秋兰姆2份、六硫化双五甲撑秋兰姆、硫化助剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺1份、MgO20份、补强剂SiO₂40份、防老剂N，N-二丁基二硫代氨基甲酸镍2份、增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)60份、阻燃剂三氧化二锑20、30、40份、协同阻燃剂十溴联苯醚10、20、30份、偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)4份、加工助剂凡士林3份，硬脂酸2份。实施结果见表2

实施例3

取氯磺化聚乙烯橡胶100份、PbO15份、六硫化双五甲撑秋兰姆2份、六硫化双五甲撑秋兰姆1份、硫化助剂N，N’-间苯撑双马来酰亚胺1份、MgO20份、补强剂SiO₂30、40、60份、防老剂N，N-二丁基二硫代氨基甲酸镍2份、增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)60份、阻燃剂三氧化二锑40份、协同阻燃剂十溴联苯醚30份、偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)4份、加工助剂凡士林3份，硬脂酸2份。实施结果见表3。

上述实施例中氯磺化聚乙烯具有完全饱和的主链和侧基，所以氯磺化聚乙烯的硫化胶的抗臭氧性和耐老化性能极好，并且具有极好耐热性、耐油性、耐化学药品和耐老化性能。又由于侧基Cl的存在氯磺化聚乙烯具有良好的机械强度、阻燃性能和耐非极性油。由于氯磺酰基的存在使氯磺化聚乙烯可以采用任何硫化方法。

本发明采用的硫化体系：采用硫化剂、秋兰姆类、噻唑类硫化促进剂和硫化助剂组成的硫化体系，PbO∶六硫化双五甲撑秋兰姆∶2、2’-二硫代二苯并噻唑∶N，N’-间苯撑双马来酰亚胺的比例为：10∶2∶0.5∶1。使用PbO作为硫化剂硫化速度较快，并且硫化胶的耐湿性能优良，通过秋兰姆类、噻唑类硫化促进剂和硫化助剂的组合使用具有较快的硫化速度，并且能够防止焦烧。

本发明采用的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)或者癸二酸二辛酯(DOS)，增塑剂能够改善胶料的工艺性能、硫化胶的低温性能，以及提高其弹性和降低硬度。

本发明采用的补强剂为高分散白炭黑，能够在胶料中更好的分散，这样就能提高硫化胶的强度。本发明采用的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)。这样能够提高

高分散白炭黑与胶料之间的结合力，能够提高硫化胶的强度。本发明采用的阻燃剂选用三氧化二锑和十溴联苯醚并用，其比例为0.3∶1-2，优选比例0.3∶1，通过两者的协同作用能够极大的提高阻燃性能。

本发明采用的酸吸收剂氧化镁能够使本发明的材料在生产操作中具有优越的安全性，吸收在操作中从基础橡胶析出的氯气，起到安全稳定的作用，优选量为10-20份。本发明采用的加工助剂凡士林能够避免混炼胶与机器的粘连，这样能够很好的改善加工性能，优选量为2-5份。本发明采用的防老剂NBC能够极大的提高硫磺化聚乙烯的耐候性和耐老化性能。

本发明从风能发电用电缆护套材料的性能进行综合考虑，最终确定了耐严寒、耐扭曲电缆护套材料的最佳配方体系。

表1

表2

阻燃剂/协同阻燃剂	20/10	30/20	40/30
				1老化前机械性能
1.1拉伸强度(MPa)	16.5	14.6	14.2
				1.2断裂伸长率(％)	652	648	612
1.3抗撕裂强度(N/mm)	23.1	21.4	21.2
				2.热老化后性能168h120oC
2.1拉伸强度变化率(％)	-7.0	-5.0	-5.0
				2.2断裂伸长率变化率	-26.7	-24.3	-23.8
3耐IRM902油性能100oC24h
				3.1拉伸强度变化率(％)	-2.5	-3.8	-3.2
3.2断裂伸长率变化率(％)	-15.3	-16.8	-16.9
				4低温拉伸性能-55oC
4.1断裂伸长率(％)	102.3	97.3	78.2
				5耐湿性能60oC240h，NaCl 30g/L水溶液)
5.1拉断强度变化率(％)	-11.3	-9.5	-8.8
				5.2断裂伸长率(％)	451	468	473
6氧指数(％)	32	34	38

表3

补强剂	30	40	60
				1老化前机械性能
1.1拉伸强度(MPa)	13.5	14.2	18.2
				1.2断裂伸长率(％)	652	612	582
1.3抗撕裂强度(N/mm)	18.1	21.2	26.2
				2.热老化后性能168h120oC
2.1拉伸强度变化率(％)	-7.0	-5.0	-5.0
				2.2断裂伸长率变化率	-26.7	-23.8	-22.8
3耐IRM902油性能100oC24h
				3.1拉伸强度变化率(％)	-4.5	-3.2	-2.2
3.2断裂伸长率变化率(％)	-18.3	-16.9	-14.3
				4低温拉伸性能-55oC
4.1断裂伸长率(％)	83.5	78.2	65.3
				5耐湿性能60oC240h，NaCl30g/L水溶液
5.1拉断强度变化率(％)	-11.3	-8.8	-7.8
				5.2断裂伸长率(％)	524	536	512
6氧指数(％)	30	38	39

本发明最佳配方的性能如下：

性能要求	实验值	技术指标
			1老化前机械性能
1.1拉伸强度(MPa)	14.2	≥13.0
			1.2断裂伸长率(％)	612	≥300
1.3抗撕裂强度(N/mm)	21.2	≥7.5
			2.热老化后性能168h120oC
2.1拉伸强度变化率(％)	-5.0	≤±30
			2.2断裂伸长率变化率	-23.8	≤±30
3耐IRM902油性能(100±2)oC24h
			3.1拉伸强度变化率(％)	-3.2	≤±40
3.2断裂伸长率变化率(％)	-16.9	≤±40
			4低温拉伸性能-55oC
4.1断裂伸长率(％)	78.2	≥50
			5耐湿性能60oC240h，NaCl 30g/L水溶液)
5.1拉断强度变化率(％)	-8.8	≤30
			5.2断裂伸长率(％)	536	≥100
6氧指数(％)	38	≥35

综上所述，本发明的耐严寒、抗扭曲风能发电用电缆护套材料能够在-55℃下保持良好的柔顺性，以及良好的机械强度、耐老化性能、耐油性和阻燃性，能够满足风能发电用电缆的技术要求，适合我国北方冬季户外使用。

Claims (7)

1.一种风能发电用电缆护套材料，其特征在于：其原料组分的质量配比为：生胶基体100份、硫化剂5-20份、硫化促进剂1-5份、硫化助剂1-5份、酸吸收剂10-30份、补强剂30-50份、防老剂1-3份、增塑剂20-80份、阻燃剂20-60份、偶联剂1-5份、加工助剂2-6份。

2.根据权利要求1所述的一种风能发电用电缆护套材料，其特征在于：所述的生胶基体为氯磺化聚乙烯，所述的硫化剂为PbO、MgO及两者配合使用或者过氧化物，硫化促进剂为秋兰姆类、噻唑类，硫化助剂为N，N’-间苯撑双马来酰亚胺，补强剂为高分散白炭黑，防老剂为N，N-二丁基二硫代氨基甲酸镍，加工助剂为凡士林、硬脂酸；阻燃剂为三氧化二锑和十溴联苯醚，氢氧化铝或者氢氧化镁并用，所述的三氧化二锑和十溴联苯醚质量比为0.3∶1-2。

3.根据权利要求2所述的一种风能发电用电缆护套材料，其特征在于：所述的秋兰姆类为六硫化双五甲撑秋兰姆，所述的噻唑类为2、2’-二硫代二苯并噻唑。

4.根据权利要求1所述的一种风能发电用电缆护套材料，其特征在于：将所述的硫化剂、硫化促进剂和硫化助剂组成硫化体系，该硫化体系PbO、六硫化双五甲撑秋兰姆、2、2’-二硫代二苯并噻唑、N，N’-间苯撑双马来酰亚胺的组分质量比为：5-15∶1-3∶0.∶2-0.8∶0.5-1.5。

5.根据权利要求1所述的一种风能发电用电缆护套材料，其特征在于：所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、癸二酸二辛酯(DOS)、氯化石蜡、己二酸二辛酯(DOA)。

6.根据权利要求1所述的一种风能发电用电缆护套材料，其特征在于：所述的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)。

7.一种制备如权利要求1所述的风能发电用电缆护套材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)混炼：先将所述的生胶基体放入扭矩流变仪中，并将该生胶基体混合均匀；然后在所述扭矩流变仪中加入补强剂、偶联剂、防老剂、加工助剂、阻燃剂、酸吸收剂、硫化助剂、硫化促进剂、硫化剂，将上述组份混合均匀，制成混炼胶体；

(2)用开炼机将所述混炼胶体出片停放；

(3)用硫化仪测得所述混炼胶体的硫化参数；

(4)在平板硫化机上制取试片，取t90+2min为正硫化时间，压力为14MPa，温度为170℃。