CN102604338B - 一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法 - Google Patents

一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，该方法以62～73重量份聚对苯二甲酸乙二醇酯为原料，添加15～20重量份丙烯-乙烯嵌段共聚物、5～8重量份乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、6.5～9.0重量份微胶囊化红磷、0.5～1.0重量份3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯，通过干燥、高速搅拌混合、双螺杆挤出切粒、单螺杆挤出成型、冷却定型工艺加工而成。采用本方法制备的护套管，维卡软化温度大于153℃，环刚度大于25KN/m2,体积电阻率大于3.0×1011，抗蠕变性能和阻燃性能好，适用于埋地电力电缆护套等领域。

Description

一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法
技术领域
本发明涉及塑料护套管的制备方法，具体的说是一种埋地电力电缆用改性聚对苯二甲酸乙二醇酯护套管的制备方法。
背景技术
在国家电网建设中，为了保护城乡居住和投资环境，减少架空电力电缆输电线路，消除人们的“视觉污染”，达到美化城市的目的，电力电缆输电线已从架空进入埋地。地下电力电缆线路敷设方式主要有直埋敷设、沟槽敷设、排管敷设。其中排管敷设由于其占地面积少，施工简易、建设成本低施工周期短等特点，在电力行业内被广泛应用。早期使用的埋地式电力电缆保护管(排管)普遍采用水泥石棉管，在埋设时必须大面积开挖和长时间封路，这给城市的交通带来极大的不便。
随着合成树脂的开发和塑料管材成型技术的发展，国内外研究人员和生产企业相继开发出玻璃钢缠绕管、氯化聚氯乙烯管（CPVC管）聚卤代烯烃管（PVC-C管）等，并越来越多地用于埋地式高压电力电缆护套管。玻璃钢缠绕管是以不饱和聚酯树脂为基体原料，玻璃纤维为增强材料，添加石英砂、固化剂等材料，经缠绕、固化工艺制作而成；玻璃钢缠绕管具有环钢度高、耐热温度高、耐化学腐蚀、阻燃性能好等优点；其缺点：内壁粗糙，穿缆阻力大，抗沉降差，管道承插式连接易脱落，接头易漏水，密封效果差，应用场所受限。CPVC管是以氯含量为64％-68％的氯化聚氯乙烯树脂(CPVC树脂)为原料，添加稳定剂、润滑剂等助剂，经过混合、挤出成型工艺加工而成；CPVC管维卡软化温度达131℃，氧指数大于40，机械强度高，耐热、耐腐蚀、耐老化性能好；其缺点：CPVC熔体粘度大，熔融流动性能差，加工技术难度高，管材成品率低，对设备腐蚀性大，综合成本高，制约了推广应用。PVC-C管是以55％的CPVC树脂和45％的聚氯乙烯树脂(PVC树脂) 为原料，添加适量的稳定剂、润滑剂等助剂，经过混合、挤出成型工艺加工而成； PVC-C管维卡软化温度为115℃左右，环刚度为12KN/m2左右，阻燃性能和力学性能良好、易于成型加工，成本适中，在电力行业30kV以上的电网改造中已大量使用。电缆排管通流试验表明，当电缆线芯持续载流的工作温度为9O℃时，护套管内壁长期温度为7O℃左右，当电缆线芯偶尔出现过载温度为105℃时，护套管内壁的温度达到9O℃。PVC-C护套管对温度变化的反应比较敏感，护套管的强度与载荷的持续时间、温度密切相关，其性能受环境或外力长时间影响会明显下降，致使护套管发生变形、破坏，逐渐丧失使用功能。因而，研究开发维卡软化温度高、抗蠕变性能好、环刚度高的塑料护套管已引起材料工程领域技术人员的关注。检索大量的专利文献和公开发表的研究论文，尚未见采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为原料，添加丙烯-乙烯嵌段共聚物（PPB）、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物 (EEA)、微胶囊化红磷、3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯，制备护套管的报道。
发明内容
为了克服现有埋地电力电缆用PVC-C塑料管存在维卡软化温度偏低、抗蠕变性和环刚度不足等缺陷，本发明提供了一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法。本方法以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为原料，添加丙烯-乙烯嵌段共聚物（PPB）、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物 (EEA)、微胶囊化红磷、3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯，通过干燥、高速搅拌混合、双螺杆挤出切粒、单螺杆挤出成型、冷却定型工艺加工而成。
采用本方法制备的护套管，维卡软化温度大于153℃，环刚度大于25KN/m2,体积电阻率大于3.0×1011，抗蠕变性能和阻燃性能好，适用于埋地电力电缆护套等领域。
为了实现本发明目的所采用的以下技术方案：
配方
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）62～73重量份，丙烯-乙烯嵌段共聚物（PPB）15～20重量份, 乙烯-丙烯酸乙酯共聚物 (EEA) 5～8重量份，微胶囊化红磷6.5～9.0重量份，3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯0.5～1.0重量份。
制备方法
将PET置于电热恒温鼓风干燥箱中，控制电热恒温鼓风干燥箱温度133±1℃进行干燥；干燥5h后，称量置于高速搅拌机中，依次加入计量后的PPB、 EEA，控制高速搅拌机转速250r/min、温度103±1℃，搅拌混合6 min；再加入计量后的微胶囊化红磷、3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯，继续搅拌混合8 min成混合料；将混合料置于同向平行排气式双螺杆挤出机料斗中，控制同向平行排气式双螺杆挤出机料筒温度：Ⅰ区200～205℃，Ⅱ区215～220℃，Ⅲ区232～237℃，Ⅳ区243～248℃，Ⅴ区252～257℃，Ⅵ区262～266℃，Ⅶ区265～268℃，控制同向平行排气式双螺杆挤出机模头温度：260～263℃，挤出切粒成颗粒料；将颗粒料置于单螺杆塑料管材挤出成型机料斗中，控制单螺杆塑料管材挤出成型机料筒温度：Ⅰ区233～238℃，Ⅱ区245～250℃，Ⅲ区253～258℃，Ⅳ区263～266℃，Ⅴ区260～263℃，Ⅵ区255～258℃，Ⅶ区252～255℃，控制单螺杆塑料管材挤出成型机模头温度：250～253℃，进行挤出成型；将挤出的管材牵引于冷却槽中，经冷却定型后切割成塑料护套管。
本发明所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），其特性黏度为0.675dL/g、熔点为258℃。
本发明所述的丙烯-乙烯嵌段共聚物（PPB）中乙烯含量质量分数为7%。
本发明所述的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物 (EEA)中丙烯酸乙酯含量质量分数为23%。
本发明所述的微胶囊化红磷中红磷含量质量分数为85%。
本发明的有益效果是：①采用PPB为增韧材料，EEA为相容剂，对PET进行增韧改性，通过双螺杆挤出熔融方法制备PET/EEA/PPB共混合金材料，大幅度提高共混合金材料的缺口抗冲击强度和耐压强度；②采用微胶囊化红磷为阻燃剂，对PET/EEA/PPB共混合金材料进行改性，大幅度提高共混合金材料的氧指数和阻燃等级；③本方法制备的护套管，维卡软化温度大于153℃，环刚度大于25KN/m2,体积电阻率大于3.0×1011，抗蠕变性能和阻燃性能好，适用于埋地电力电缆护套等领域。
具体实施方式
实施例1：
将特性黏度为0.675dL/g、熔点为258℃的PET置于电热恒温鼓风干燥箱中，控制电热恒温鼓风干燥箱温度133℃，干燥5h后，称取PET 62Kg置于高速搅拌机中，依次加入乙烯含量质量分数为7%的PPB 15Kg、丙烯酸乙酯含量质量分数为23%的EEA 5 Kg，控制高速搅拌机转速250r/min，温度103℃，搅拌混合6 min，再加入红磷含量质量分数为85%的微胶囊化红磷6.5 Kg、3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯0.5 Kg，继续搅拌混合8min成混合料；将混合料置于同向平行排气式双螺杆挤出机料斗中，控制同向平行排气式双螺杆挤出机料筒温度：Ⅰ区200℃，Ⅱ区220℃，Ⅲ区232℃，Ⅳ区248℃，Ⅴ区252℃，Ⅵ区266℃，Ⅶ区265℃，控制同向平行排气式双螺杆挤出机模头温度：260℃，挤出切粒成颗粒料；将颗粒料置于单螺杆塑料管材挤出成型机料斗中，控制单螺杆塑料管材挤出成型机料筒温度：Ⅰ区233℃，Ⅱ区250℃，Ⅲ区258℃，Ⅳ区263℃，Ⅴ区263℃，Ⅵ区258℃，Ⅶ区255℃，控制单螺杆塑料管材挤出成型机模头温度：253℃，进行挤出成型；将挤出的管材牵引于冷却槽中，经冷却定型后切割成塑料护套管。
本实施例制备的护套管，维卡软化温度为154.5℃，环刚度为26.2KN/m2,体积电阻率为3.75×1011，抗蠕变性能和阻燃性能好，适用于埋地电力电缆护套等领域。
实施例2：
将特性黏度为0.675dL/g、熔点为258℃的PET置于电热恒温鼓风干燥箱中，控制电热恒温鼓风干燥箱温度132℃，干燥5h后，称取PET 73Kg置于高速搅拌机中，依次加入乙烯含量质量分数为7%的PPB 20Kg、丙烯酸乙酯含量质量分数为23%的EEA 8Kg，控制高速搅拌机转速250r/min，温度102℃，搅拌混合6 min，再加入红磷含量质量分数为85%的微胶囊化红磷9.0 Kg、3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯1.0 Kg，继续搅拌混合8min成混合料；将混合料置于同向平行排气式双螺杆挤出机料斗中，控制同向平行排气式双螺杆挤出机料筒温度：Ⅰ区205℃，Ⅱ区215℃，Ⅲ区237℃，Ⅳ区243℃，Ⅴ区257℃，Ⅵ区262℃，Ⅶ区268℃，控制同向平行排气式双螺杆挤出机模头温度：263℃，挤出切粒成颗粒料；将颗粒料置于单螺杆塑料管材挤出成型机料斗中，控制单螺杆塑料管材挤出成型机料筒温度：Ⅰ区238℃，Ⅱ区245℃，Ⅲ区253℃，Ⅳ区266℃，Ⅴ区260℃，Ⅵ区255℃，Ⅶ区252℃，控制单螺杆塑料管材挤出成型机模头温度：250℃，进行挤出成型；将挤出的管材牵引于冷却槽中，经冷却定型后切割成塑料护套管。
本实施例制备的护套管，维卡软化温度为153.8℃，环刚度为25.7KN/m2,体积电阻率为3.82×1011，抗蠕变性能和阻燃性能好，适用于埋地电力电缆护套等领域。
实施例3：
将特性黏度为0.675dL/g、熔点为258℃的PET置于电热恒温鼓风干燥箱中，控制电热恒温鼓风干燥箱温度134℃，干燥5h后，称取PET 67Kg置于高速搅拌机中，依次加入乙烯含量质量分数为7%的PPB 18Kg、丙烯酸乙酯含量质量分数为23%的EEA 6.5Kg，控制高速搅拌机转速250r/min，温度104℃，搅拌混合6 min，再加入红磷含量质量分数为85%的微胶囊化红磷8.0 Kg、3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯0.8 Kg，继续搅拌混合8min成混合料；将混合料置于同向平行排气式双螺杆挤出机料斗中，控制同向平行排气式双螺杆挤出机料筒温度：Ⅰ区203℃，Ⅱ区217℃，Ⅲ区235℃，Ⅳ区245℃，Ⅴ区254℃，Ⅵ区264℃，Ⅶ区266℃，控制同向平行排气式双螺杆挤出机模头温度：262℃，挤出切粒成颗粒料；将颗粒料置于单螺杆塑料管材挤出成型机料斗中，控制单螺杆塑料管材挤出成型机料筒温度：Ⅰ区235℃，Ⅱ区248℃，Ⅲ区256℃，Ⅳ区264℃，Ⅴ区262℃，Ⅵ区257℃，Ⅶ区253℃，控制单螺杆塑料管材挤出成型机模头温度：252℃，进行挤出成型；将挤出的管材牵引于冷却槽中，经冷却定型后切割成塑料护套管。
本实施例制备的护套管，维卡软化温度为154.3℃，环刚度为26.6KN/m2,体积电阻率为3.77×1011，抗蠕变性能和阻燃性能好，适用于埋地电力电缆护套等领域。
实施例4：
将特性黏度为0.675dL/g、熔点为258℃的PET置于电热恒温鼓风干燥箱中，控制电热恒温鼓风干燥箱温度134℃，干燥5h后，称取PET 62Kg置于高速搅拌机中，依次加入乙烯含量质量分数为7%的PPB 20Kg、丙烯酸乙酯含量质量分数为23%的EEA 5.0Kg，控制高速搅拌机转速250r/min，温度104℃，搅拌混合6 min，再加入红磷含量质量分数为85%的微胶囊化红磷9.0 Kg、3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯1.0 Kg，继续搅拌混合8min成混合料；将混合料置于同向平行排气式双螺杆挤出机料斗中，控制同向平行排气式双螺杆挤出机料筒温度：Ⅰ区205℃，Ⅱ区215℃，Ⅲ区237℃，Ⅳ区243℃，Ⅴ区257℃，Ⅵ区262℃，Ⅶ区265℃，控制同向平行排气式双螺杆挤出机模头温度：262℃，挤出切粒成颗粒料；将颗粒料置于单螺杆塑料管材挤出成型机料斗中，控制单螺杆塑料管材挤出成型机料筒温度：Ⅰ区235℃，Ⅱ区248℃，Ⅲ区256℃，Ⅳ区264℃，Ⅴ区262℃，Ⅵ区257℃，Ⅶ区253℃，控制单螺杆塑料管材挤出成型机模头温度：252℃，进行挤出成型；将挤出的管材牵引于冷却槽中，经冷却定型后切割成塑料护套管。
本实施例制备的护套管，维卡软化温度为155.2℃，环刚度为25.8KN/m2,体积电阻率为3.78×1011，抗蠕变性能和阻燃性能好，适用于埋地电力电缆护套等领域。
实施例5：
将特性黏度为0.675dL/g、熔点为258℃的PET置于电热恒温鼓风干燥箱中，控制电热恒温鼓风干燥箱温度134℃，干燥5h后，称取PET73Kg置于高速搅拌机中，依次加入乙烯含量质量分数为7%的PPB 15Kg、丙烯酸乙酯含量质量分数为23%的EEA 8.0Kg，控制高速搅拌机转速250r/min，温度104℃，搅拌混合6 min，再加入红磷含量质量分数为85%的微胶囊化红磷6.5 Kg、3,5-二叔丁基-4羟基苄基磷酸二乙酯0.5Kg，继续搅拌混合8min成混合料；将混合料置于同向平行排气式双螺杆挤出机料斗中，控制同向平行排气式双螺杆挤出机料筒温度：Ⅰ区200℃，Ⅱ区220℃，Ⅲ区232℃，Ⅳ区248℃，Ⅴ区252℃，Ⅵ区266℃，Ⅶ区268℃，控制同向平行排气式双螺杆挤出机模头温度：263℃，挤出切粒成颗粒料；将颗粒料置于单螺杆塑料管材挤出成型机料斗中，控制单螺杆塑料管材挤出成型机料筒温度：Ⅰ区233℃，Ⅱ区250℃，Ⅲ区253℃，Ⅳ区266℃，Ⅴ区263℃，Ⅵ区258℃，Ⅶ区255℃，控制单螺杆塑料管材挤出成型机模头温度：252℃，进行挤出成型；将挤出的管材牵引于冷却槽中，经冷却定型后切割成塑料护套管。
本实施例制备的护套管，维卡软化温度为155.2℃，环刚度为25.8KN/m2,体积电阻率为3.78×1011，抗蠕变性能和阻燃性能好，适用于埋地电力电缆护套等领域。

Claims (9)

1.一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是：
配方
聚对苯二甲酸乙二醇酯62～73重量份，丙烯-乙烯嵌段共聚物15～20重量份, 乙烯-丙烯酸乙酯共聚物5～8重量份，微胶囊化红磷6.5～9.0重量份，
3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯0.5～1.0重量份；
制备方法
1）将聚对苯二甲酸乙二醇酯置于电热恒温鼓风干燥箱中，控制电热恒温鼓风干燥箱温度，干燥5h；
2）将干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯称量置于高速搅拌机中，依次加入计量后的丙烯-乙烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，控制高速搅拌机转速和温度，搅拌混合6 min；再加入计量后的微胶囊化红磷、3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯，继续搅拌混合8 min成混合料；
3）将混合料置于同向平行排气式双螺杆挤出机料斗中，控制同向平行排气式双螺杆挤出机料筒温度和模头温度，挤出切粒成颗粒料；
4）将颗粒料置于单螺杆塑料管材挤出成型机料斗中，控制单螺杆塑料管材挤出成型机料筒温度和模头温度，挤出成型为护套管。
2.根据权利要求1所述的一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯，其特性黏度为0.675dl/g、熔点为258℃。
3.根据权利要求1所述的一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是所述的丙烯-乙烯嵌段共聚物中乙烯含量质量分数为7%。
4.根据权利要求1所述的一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是所述的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中丙烯酸乙酯含量质量分数为23%。
5.根据权利要求1所述的一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是所述的微胶囊化红磷中红磷含量质量分数为85%。
6.根据权利要求1所述的一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是所述的电热恒温鼓风干燥箱的温度为133±1℃。
7.根据权利要求1所述的一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是所述的高速搅拌机的转速为250r/min、温度为103±1℃。
8.根据权利要求1所述的一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是所述的同向平行排气式双螺杆挤出机料筒温度为Ⅰ区200～205℃，Ⅱ区215～220℃，Ⅲ区232～237℃，Ⅳ区243～248℃，Ⅴ区252～257℃，Ⅵ区262～266℃，Ⅶ区265～268℃，同向平行排气式双螺杆挤出机模头温度为260～263℃。
9.根据权利要求1所述的一种改性聚对苯二甲酸乙二醇酯电缆护套管的制备方法，其特征是所述的单螺杆塑料管材挤出成型机料筒温度为Ⅰ区233～238℃，Ⅱ区245～250℃，Ⅲ区253～258℃，Ⅳ区263～266℃，Ⅴ区260～263℃，Ⅵ区255～258℃，Ⅶ区252～255℃，单螺杆塑料管材挤出成型机模头温度为250～253℃。
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