CN102898708A - 一种高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料及其制备方法 - Google Patents

一种高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料及其制备方法。本发明的高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料包括以下重量分的原料组分：聚乙烯树脂60-80份；聚烯烃树脂8-20份；相容剂10-25份；交联敏化剂0.5-3份；抗氧剂0.5-2份；润滑剂0.2-1份。本发明还进一步公开了上述绝缘料的制备方法。与现有技术相比，利用本发明所制备的辐照交联聚乙烯绝缘料可在低辐射剂量下达到理想交联效果，节省能耗。

Description

一种高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料及其制备方法。
背景技术
交联技术是提高聚乙烯性能的一种重要技术。经过交联改性的聚乙烯可使其性能得到大幅度的改善，不仅显著提高了聚乙烯的力学性能、耐环境应力开裂性能、耐化学药品腐蚀性能、抗蠕变性和电性能等综合性能，而且非常明显地提高了耐温等级，可使聚乙烯的耐热温度从70℃提高到100℃以上，从而大大拓宽了其应用范围。目前，交联聚乙烯已经被广泛用于电缆料中，应用于中低压电力电缆。
聚乙烯的交联方法主要有三种：辐照交联、硅烷交联和过氧化物交联。辐照交联作为一种传统交联技术，被广泛使用。在辐照交联过程中，聚合物的自由基是通过高能射线如γ射线、电子束和中子束等的照射所产生的。在实验室试验时，γ射线一般由辐射源产生。工业上，常用大型电子加速器产生的电子束来使聚合物发生交联。辐射交联主要是使用高能射线打断聚乙烯中C-C键和C-H键所产生的自由基来引发交联的。
用辐照交联法生产交联聚乙烯具有以下优点：交联与挤塑分开进行，产品质量容易控制，生产效率高，废品率低；交联过程中不需要另外的自由基引发剂，保持了材料的洁净性，提高了材料的电气性能；特别适合于化学交联难以生产的小截面、薄壁绝缘电缆。
但是辐照交联也存在一些缺点，如对厚的材料进行交联时需要提高电子束的加速电压；对于像电线电缆这样的圆形物体的交联需要将其旋转或者使用几束电子束，才能使辐射均匀；一次性投资费用大。
其中交联聚乙烯的辐照敏化问题是当前辐照交联法生产交联聚乙烯的一个研究重点。目前市场上多数辐照交联聚乙烯绝缘料在辐照过程中均需要大幅提高辐射剂量，如使用20Mard以上的辐射剂量，甚至二次辐照才能达到较好的交联效果，不仅浪费能耗，而且耗费更多的时间、人力、财力，给制造厂商增加了大量成本。
发明内容
本发明的目的在于克服市场上现有材料的不足，提供一种高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种辐照交联聚乙烯绝缘料，包括以下重量份的原料组分：
Figure BDA0000078927150000021
所述的聚乙烯树脂的熔融指数为1-10g/10min，为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。所述低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯均可通过市售获得，例如：低密度聚乙烯可选用扬巴公司生产的2420H低密度聚乙烯；线性低密度聚乙烯可选用兰州石化公司生产的7042线性低密度聚乙烯。
所述的聚烯烃树脂的熔融指数为1-10g/10min，选自乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或乙烯-丁烯共聚物中的一种或多种的组合。所述乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和乙烯-丁烯共聚物均可通过市售获得，例如：乙烯-辛烯共聚物可选用埃克森美孚公司生产的8203乙烯-辛烯共聚物；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物可选用扬巴公司生产的V5110J乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；乙烯-丁烯共聚物可选用日本三井公司生产的DF840乙烯-丁烯共聚物。
上述聚乙烯树脂和聚烯烃树脂的熔融指数均为在温度190℃、负荷2.16kg的条件下检测。
所述的相容选自乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐中的一种。所述乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐均可通过市售获得，例如：乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐可选用宁波能之光公司生产的MC509；聚乙烯接枝马来酸酐可选用宁波能之光公司生产的MC218；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐可选用宁波能之光公司生产的MC328。
所述的交联敏化剂为三烯丙基异三聚氰酸酯，可通过市售获得。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010，即四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂DLTP，即硫代二丙酸二月桂酯；抗氧剂168，即三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯；抗氧剂1024，即1，2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼中的一种或多种组合。这些抗氧剂均可通过市售获得。
所述的润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸、聚乙烯蜡和石蜡中一种或多种组合。
本发明高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料按照配比放入高速混合机中，在1500-3000rpm的速度下混合均匀；然后在500-1000rpm的速度下出料；
(2)将步骤(1)中混合好的原料放入双螺杆机中挤出造粒，挤出机的转速为180-600转/分，温度设置为加料段145-155℃，混炼段155-165℃，挤出造料段160-165℃，法兰部分165-175℃，机头部分175-185℃。制得高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料。
本发明的高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料经挤出、辐照后，性能符合《JB/T10437-2004电线电缆用可交联聚乙烯绝缘料》标准要求，可应用于105℃及125℃耐温等级的电线电缆绝缘。
与现有技术相比，利用本发明所制备的高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料在低辐射剂量下即可达到标准要求，可大大减少能耗，降低制造成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本发明的保护范围包括但不限于下述实施例。
实施例1～实施例4
高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按照表1中实施例所列组分及含量配料；
(2)将上述原料放入高速混合机中，高速(1500～3000rpm)混合约1-3分钟；
(3)低速(500～1000rpm)出料；
(4)将混合好的原料放入双螺杆机中挤出造粒。挤出机的转速控制在180-600转/分，温度设置为：加料段145-155℃，混炼段155-165℃，挤出造料段160-165℃，法兰部分165-175℃，机头部分175-185℃，制得高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料。
表1实施例1～4的配方表(单位：重量份数)
  原材料   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  线性低密度聚乙烯   70   70   70   70
  乙烯-辛烯共聚物   10   10   -   -
  乙烯-醋酸乙烯酯共聚物   -   -   10   15
  聚乙烯接枝马来酸酐   15   -   -   -
  乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐   -   15   15   20
  三烯丙基异三聚氰酸酯   1.5   1.5   1.5   1.5
  抗氧剂1010   0.5   0.5   0.5   0.5
  抗氧剂168   0.6   0.6   0.6   0.6
  抗氧剂1024   0.4   0.4   0.4   0.4
  润滑剂硬脂酸钙   0.3   0.3   0.3   0.3
  润滑剂PE蜡   0.5   0.5   0.5   0.5
实施例1～实施例4制得的高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料经辐照之后，进行性能测试，其结果如表2所示。
表2高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料的性能
  检测项目   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  拉伸强度(MPa)   28.1   29.6   27.2   28.9
  断裂伸长率(％)   510   480   500   520
  空气热老化(135℃×168h)
  拉伸强度变化率(％)   +8   +7   +9   +6
  断裂伸长率(％)   +2   -1   -4   -5
  空气热老化(158℃×168h)
  拉伸强度变化率(％)   +13   +15   +11   +10
  断裂伸长率(％)   -9   -6   +4   -7
  热延伸(200℃，0.2MPa，15min)
  负荷下变形率(％)   70   50   65   45
  永久变形(％)   3   2.5   4   3
  20℃体积电阻率(Ω·m)   2.1×1014   3.6×1014   2.8×1014   4.5×1014
  介电强度(MV/m)   29   28   29   29
上述实施例的检测试样均以10～15Mard的辐射剂量一次辐照成形。由性能检测结果可看出在以此低辐射剂量进行辐照后，各项性能均可达到标准要求，是一种很好的减少能耗、降低成本的辐照交联聚乙烯绝缘料。
实施例5-6
表3实施例5～6的配方表(单位：重量份数)
Figure BDA0000078927150000051
Figure BDA0000078927150000061
实施例5、6及对比例所按上述方法制得的高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料经辐照之后，进行性能测试，其结果如表4所示。
表4高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料的性能
  检测项目   实施例5   实施例6   对比例
  拉伸强度(MPa)   26.5   27.3   28.8
  断裂伸长率(％)   530   510   560
  空气热老化(135℃×168h)
  拉伸强度变化率(％)   +10   +9   +7
  断裂伸长率(％)   -5   +4   -6
  空气热老化(158℃×168h)
  拉伸强度变化率(％)   +16   +13   +10
  断裂伸长率(％)   -10   -8   -9
  热延伸(200℃，0.2MPa，15min)
  负荷下变形率(％)   85   65   70
  永久变形(％)   5   3.5   4
  20℃体积电阻率(Ω·m)   1.9×1014   8.9×1013   5.2×1014
  介电强度(MV/m)   28   29   28
上述实施例5、6检测试样均以10～15Mard的辐射剂量一次辐照成形，对比例检测试样以25Mard的辐射剂量一次辐照成形。由性能检测结果可看出本发明所制备的检测试样在以低辐射剂量进行辐照后，各项性能均可达到标准要求，是一种很好的减少能耗、降低成本的辐照交联聚乙烯绝缘料。而对比例需要以高于本发明一倍多的辐照计量辐照后，材料性能才能达到标准要求，增加了生产成本以及能耗；若以本发明相同的辐照计量辐照，材料的热延伸性能不合格，说明其未交联。

Claims (11)

1.一种辐照交联聚乙烯绝缘料，包括以下重量份的原料组分：
Figure FDA0000078927140000011
2.根据权利要求1所述的辐照交联聚乙烯绝缘料，其特征在于，所述的聚乙烯的熔融指数为1-10g/10min。
3.根据权利要求2所述的辐照交联聚乙烯绝缘料，其特征在于，所述的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的辐照交联聚乙烯绝缘料，其特征在于，所述的聚烯烃树脂的熔融指数为1-10g/10min。
5.根据权利要求4所述的辐照交联聚乙烯绝缘料，其特征在于，所述的聚烯烃树脂选自乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物。
6.根据权利要求1所述的辐照交联聚乙烯绝缘料，其特征在于，所述的相容剂选自乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐。
7.根据权利要求1所述的辐照交联聚乙烯绝缘料，其特征在于，所述的交联敏化剂为三烯丙基异三聚氰酸酯。
8.根据权利要求1所述的辐照交联聚乙烯绝缘料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DLTP、抗氧剂168或抗氧剂1024中的一种或多种组合。
9.根据权利要求1-8中任一所述的高效低辐射剂量的辐照交联聚乙烯绝缘料，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸钙、硬脂酸、聚乙烯蜡和石蜡中一种或多种组合。
10.如权利要求1-9中任一权利要求所述的辐照交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料按照配比放入高速混合机中，在1500-3000rpm的速度下混合；然后在500-1000rpm的速度下出料；
(2)将步骤(1)中混合好的原料放入双螺杆机中挤出造粒。
11.如权利要求10所述的辐照交联聚乙烯绝缘料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，挤出机的转速为180-600转/分，温度设置为加料段145-155℃，混炼段155-165℃，挤出造料段160-165℃，法兰部分165-175℃，机头部分175-185℃。
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