CN103396564B - 一种化学交联聚乙烯绝缘料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化学交联聚乙烯绝缘料的制备方法，其重量组成为：低密度聚乙烯70-80份、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物20-30份、抗氧剂0.2-0.3份、化学交联剂1.5-2.5份、硬酯酸0.1-0.2份，将低密度聚乙烯与氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共物加入摇罐中，开启真空泵进行真空干燥20-40分钟，进行干燥脱挥；脱挥完成后，加入化学交联剂、抗氧剂0.3%-0.35%、硬脂酸，浸润并混合（滚动）1-3小时，浸润完成后将料放到摇罐下方的下料斗，停放1小时后抽料到储料斗中。本发明利用真空干燥，不用挤出机脱挥，降低了能耗，加入了氢化苯乙烯类弹性体，增加绝缘料的交联密度，提高了绝缘料的耐热切通性能，使用温度从90℃提高到100℃。

Description

一种化学交联聚乙烯绝缘料的制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种化学交联聚乙烯绝缘料的制备方法。

背景技术

交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆适用于配电网、工业装置或其他需要大容量用电领域，用于固定敷设在交流50Hz、额定电压6kV～35kV的电力输配电线路上，主要功能是输送电能。

交联聚乙烯绝缘阻燃电缆具有阻止火势在电缆电路蔓延的功能，可避免火灾事故扩大以减少损失，适用于地铁、遂道、高层建筑等电缆敷设密集程度较高的场所。

交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃电缆具有优良的阻燃性、耐腐蚀性及低烟浓度，是一种环保型产品，适用于地铁、商场、学校等人员密集型场所。

交联聚乙烯绝缘电缆产品结构简单，制造周期短，易于安装和维护，敷设时不受落差限制。

交联聚乙烯绝缘电缆采用过氧化物交联的方法，使聚乙烯分子由线型分子结构变为三维网状结构，由热塑性材料变成热固性材料，工作温度从70℃提高到90℃，显著提高电缆的载流能力。交联聚乙烯绝缘电缆具有以下优点：

1.耐热性能：网状立体结构的XLPE具有十分优异的耐热性能，在300℃以下不会分解及碳化，长期工作温度可达90℃，热寿命可达40年。

2.绝缘性能：XLPE保持了PE原有的良好绝缘特性，且绝缘电阻进一步增大。其介质损耗角正切值很小，且受温度影响不大。

3.机械特性：由于在大分子间建立了新的化学键，XLPE的硬度、刚度、耐磨性和抗冲击性均有提高，从而弥补了PE易受环境应力而龟裂的缺点。

4.耐化学特性：XLPE具有较强的耐酸碱和耐油性，其燃烧产物主要为水和二氧化碳，对环境的危害较小，满足现代消防安全的要求。

聚乙烯交联原理：

聚乙烯（[CH2-CH2]n，n-重复单元数），是含有碳氢两种元素的高分子化合物，具有线型或支链式分子结构大分子链，常温条件下呈固态形式，在固态形式的聚乙烯中呈晶相和无定型相共存形式。聚乙烯的相对分子量从6万到30万左右。

聚乙烯的电气绝缘性能优良，但因其耐热性能不佳而影响了其用于电缆绝缘的范围。由于在无定型区内分子间相互作用较弱，大多数聚乙烯的熔融温度在140℃左右，在接近聚乙烯熔点时，其机械强度显著下降，并且抗开裂能力也变差。

当线型的大分子链经过化学或物理方法处理后以交联键的形式连接的过程叫做交联或称为“硫化”。经过交联的聚乙烯具有了网型和体型结构性质，其耐热性能会随着交联度的提高而增强，相对热延伸率也相应地下降。由于其机械性能和耐热性能的显著改善，从而成为了被广泛使用的电力电缆绝缘材料。

聚乙烯经交联形成交联聚乙烯的方法分为化学方法和物理方法两类，工业上实现的工艺方法主要有以下五种：高能辐照交联、硅烷交联、过氧化物交联、紫外线交联和盐交联，其中过氧化物交联方式（也称为化学交联），是一种适合于生产中高电压等级电缆的交联方式，其原理是通过过氧化物的高温分解而引发的一系列自由基反应，进而使PE发生交联。过氧化物受热分解形成自由基，其交联反应的过程如下：

XLPE绝缘电线电缆有着显著的优点,但也有一些自身的缺点,限制了其使用，如耐热切通性能较差，在超过200℃的温度下,电线绝缘变的异常柔软,受外力挤压碰撞容易导致电线切通短路。

发明内容

为了实现XLPE绝缘料的耐热切通性能，在聚乙烯绝缘料加入氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物。

实现提高化学交联聚乙烯绝缘料的热切通性能技术方案：

一种化学交联聚乙烯绝缘料的制备方法，配方重量组成为：

低密度聚乙烯70-80份、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物20-30份、抗氧剂0.2-0.3份、化学交联剂1.5-2.5份、硬酯酸0.1-0.2份，其制备步骤为：

1）将转鼓（摇罐）的加热水箱温度升到90±3℃；

2）将低密度聚乙烯与氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加入摇罐中，开启真空泵进行真空干燥20-40分钟，进行干燥脱挥；脱挥是指脱除混合物中的挥发份。

3）脱挥完成后，加入化学交联剂、抗氧剂、硬脂酸，浸润并混合（滚动）1-3小时，这时关闭摇罐真空泵；

4）浸润完成后将料放到摇罐下方的下料斗，停放1小时后抽料到储料斗中；（不可即放即抽），要严格保证摇好的料在储料斗或下料斗的停留时间；

5）摇罐的清洁，每摇好一罐料，放完后一定要用气泵对摇罐内部进行吹气清洁，防止有残余物，对过滤网每做完三罐要进行检查吹气清洁，每48小时后对过滤器要进行更换清洗（水温在60℃-90℃）；

6）包装，粒料过振动筛时一定不能太快,注意粉尘，磁力架最好是在振动筛的头尾都有,并要每三吨内清洁检查一次。

本发明的氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物优选日本可乐丽的SEPTON4055,SEPTON4033。

本发明的化学交联剂为过氧化二异丙苯（DCP）、过氧化二叔丁基（DTPB）。

本发明的真空干燥时绝对压力为0.005-0.02MPa。

本发明的抗氧剂由主抗氧剂与助抗氧剂组成，主抗氧剂与助抗氧剂重量比为1：1-1：2。

主抗氧剂可以是抗氧剂1010（四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯）、抗氧剂330（1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5-二叔丁基-4-羟基苄基）苯）等。

助抗氧剂为抗氧剂168（三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯）、防老剂TNP（亚磷酸三壬基苯酯）等。

发明的效果

本发明利用真空干燥，不用挤出机脱挥，降低了能耗，同时工艺简单。在配方加入了热塑性弹性体，特别是加入了氢化苯乙烯类弹性体，增加绝缘料的交联密度，提高了绝缘料的耐热切通性能，使用的温度从90℃提高到100℃，由于低密度聚乙烯与氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯通过化学交联形成了网状结构，同时聚苯乙烯段的自交联，提高了材料的耐热性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步说明本发明，但不是对本发明作进一步限制。

实施例1

将摇罐的加热水箱温度升到90±3℃，

将LDPE320公斤和80公斤SEPTON4055加入摇罐中，开启真空泵进行真空干燥30分钟进行干燥脱挥，绝对压力为0.005-0.02MPa，干燥脱挥完成后加入交联剂过氧化二异丙苯DCP0.8公斤，抗氧剂10100.8公斤，助抗氧剂1680.4公斤，硬脂酸0.4公斤，加入后浸润并混合，滚动2小时，这时严禁开启摇罐真空泵。浸润过程以物料不湿为主，如不干燥，可适当延长浸润和混合（滚动）时间。浸润完成后将料放到摇罐下方的下料斗，停放1小时才能抽料到储料斗中，不可即放即抽，要严格保证摇好的料在这一储料斗（下料斗）的停留时间。在包装时，粒料过振动筛时一定不能太快,注意粉尘，磁力架最好是在振动筛的头尾都有,并要每三吨内清洁检查一次。

摇罐的清洁，每摇好一罐料，放完后一定要用气泵对摇罐内部进行吹气清洁，防止有残余物，对过滤网每做完三罐要进行检查吹气清洁，每48小时后对过滤器要进行更换清洗，清洗水温60-80℃。

实施例2

将摇罐的加热水箱温度升到90±3℃，

将LDPE280公斤和120公斤SEPTON4033加入摇罐中，开启真空泵进行真空干燥30分钟进行干燥脱挥，绝对压力为0.005-0.02MPa，干燥脱挥完成后加入交联剂过氧化二叔丁基DTPB1.2公斤，抗氧剂3300.6公斤，助防老剂TNP0.6公斤，硬脂酸0.8公斤，加入后浸润并混合，滚动2小时，这时严禁开启摇罐真空泵。浸润过程以物料不湿为主，如不干燥，可适当延长浸润和混合（滚动）时间。浸润完成后将料放到摇罐下方的下料斗，停放1小时才能抽料到储料斗中，不可即放即抽，要严格保证摇好的料在这一储料斗（下料斗）的停留时间。在包装时，粒料过振动筛时一定不能太快,注意粉尘，磁力架最好是在振动筛的头尾都有,并要每三吨内清洁检查一次。

摇罐的清洁，每摇好一罐料，放完后一定要用气泵对摇罐内部进行吹气清洁，防止有残余物，对过滤网每做完三罐要进行检查吹气清洁，每48小时后对过滤器要进行更换清洗，清洗水温65-85℃。

Claims (7)

1.一种化学交联聚乙烯绝缘料的制备方法，配方重量组成为：

低密度聚乙烯70-80份、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物20-30份、抗氧剂0.2-0.3份、化学交联剂1.5-2.5份、硬酯酸0.1-0.2份，制备步骤为：

1）将转鼓的加热水箱温度升到90±3℃；

2）将低密度聚乙烯与氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加入摇罐中，开启真空泵进行真空干燥20-40分钟，进行干燥脱挥；

3）脱挥完成后，加入化学交联剂、抗氧剂、硬脂酸，浸润并滚动混合1-3小时，这时关闭摇罐真空泵；

4）浸润完成后将料放到摇罐下方的下料斗，停放1小时后抽料到储料斗中；在此过程中严格保证摇好的料在储料斗或下料斗的停留时间；

5）摇罐的清洁，每摇好一罐料，放完后要用气泵对摇罐内部进行吹气清洁，防止有残余物，对过滤网每做完三罐要进行捡查吹气清洁，每48小时后对过滤器要进行更换清洗，清洗水温在60-90℃；

6）包装，粒料过振动筛时一定不能太快,注意粉尘，磁力架在振动筛的头尾都有,并要每三吨内清洁检查一次。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物是日本可乐丽的SEPTON4055,SEPTON4033。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的化学交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的抗氧剂由主抗氧剂与助抗氧剂组成，主抗氧剂与助抗氧剂重量比为1：1-1：2。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的真空干燥时绝对压力为0.005-0.02MPa。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的主抗氧剂是抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、抗氧剂1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5-二叔丁基-4-羟基苄基）苯。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的助抗氧剂为抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、防老剂亚磷酸三壬基苯酯。