CN103483662A - 一种交联聚乙烯电缆绝缘材料 - Google Patents

一种交联聚乙烯电缆绝缘材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其配方包括：低密度聚乙烯：50～80份，聚丙烯：10～30份，EVA树脂：1～10份，交联剂：1～7份，润滑剂：4～16份，抗氧剂：1～3份，助剂：1～3份；所述低密度聚乙烯的相对分子量分布指数为5.0～7.0，所述助剂包括交联引发剂和交联催化剂。本发明的交联聚乙烯电缆绝缘材料是一种绝缘性能好的材料，而且制备这种绝缘材料的工艺简单、易控制。

Description

一种交联聚乙烯电缆绝缘材料
技术领域
   本发明涉及电缆材料，具体而言，涉及一种交联聚乙烯电缆绝缘材料。
背景技术
聚乙烯具有优良的介电性能、机械性能和加工性能，在工业应用中居首位。但是聚乙烯的抗热变形能力较弱，工作温度较低，且耐环境应力开裂性能较差。这些缺点也限制了聚乙烯的应用领域。交联技术能够弥补聚乙烯结构上的缺陷，提高聚乙烯的性能，扩大其应用范围。
目前，交联聚乙烯被广泛用于绝缘电缆材料中。国内生产35KV等级的电缆绝缘材料的技术已经成熟，但是自主开发的110KV级别的交联聚乙烯电缆绝缘材料还是国内比较稀缺薄弱的环节。因此，突破110KV级别交联聚乙烯电缆绝缘材料生产技术中的技术问题是满足国内自主生产的需求。
发明内容
本发明解决了现有技术中的不足，提供一种可用于110KV高压的交联聚乙烯电缆绝缘材料。
本发明的技术方案为：一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，按重量分数计其配方中包括：低密度聚乙烯：50～80份，聚丙烯：10～30份，EVA树脂：1～10份，交联剂：1～7份，润滑剂：4～16份，抗氧剂：1～3份，助剂：1～3份；所述低密度聚乙烯的相对分子量分布指数为5.0～7.0，所述助剂包括交联引发剂和交联催化剂。
优选地，所述交联剂为硅烷交联剂A151。
优选地，所述润滑剂为石蜡、十八烷酸、硬脂酸锌和复合润滑剂中的一种或几种。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
优选地，所述交联引发剂为邻苯二甲酸二仲辛酯，所述交联催化剂为二月桂酸二丁基锡。
优选地，一种用于制备本发明所述的交联聚乙烯电缆绝缘材料的工艺，包括以下几步：
（1）根据配方中各组分的含量称取备料；
（2）将步骤（1）中称取的各组分在高混机中混合均匀，然后把混合均匀的物料投入到配置不同粒径范围滤网的挤出机中，通过挤出机的自动换网技术将物料过滤杂质并挤出；
（3）将步骤（2）中制得的物料混合物投入到密炼机中，密炼，出料，制得交联聚乙烯电缆绝缘材料。
优选地，步骤（2）与步骤（3）之间还包括一步杂质检测，检测过滤后的物料混合物中的杂质颗粒。
优选地，通过杂质检测后得到的过滤后的1Kg物料混合物中杂质颗粒粒径为70～100μm的颗粒数小于10个。
优选地，所述的杂质检测步骤首先用金属探测仪检测金属小颗粒，再通过CCD扫描缺陷检测装置对电缆绝缘材料进行缺陷检测。
优选地，所述步骤（2）中高混机的滤网的规格为300～1000目。
本发明的解决了现有技术的缺陷，具有以下有益效果：
1.本发明的配方中基体橡胶为低密度聚乙烯，其相对分子量分布指数为5.0～7.0，在这个范围的聚乙烯材料的流动性、加工性能较好；配方中的EVA树脂也提高了电缆绝缘材料的柔韧性和抗冲击性；配方中的聚丙烯能够提高基体橡胶聚乙烯的流动性。电缆料的流动性对电缆的加工性能有着重要的影响，流动性好的电缆料对加工设备要求低，生产效率高，并且不会出现裂纹毁坏现象以免影响电缆的绝缘性能，而且电缆料流动性好的使得电缆绝缘材料厚度均匀，绝缘性能好。
2.本发明的制备胶料聚乙烯电缆绝缘材料的工艺步骤中，添加了重要的过滤和杂质检测步骤，使得制备交联聚乙烯电缆绝缘材料中的杂质含量符合标准，这样会避免电缆材料中因为杂质的存在造成绝缘中电场局部集中，局部高电场通过电子冷发射、注入和抽出等电子过程，引发击穿从而影响电缆绝缘材料的绝缘性能和使用寿命。
3.本发明的过滤工艺步骤，采用了自动换网技术，该技术可以解决滤网使用一段时间后网孔堵塞使压力增大问题，避免杂质在滤网上堆积。
4.本发明的交联聚乙烯电缆绝缘材料是一种绝缘性能好的材料，而且制备这种绝缘材料的工艺简单、易控制。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，并使本发明的上述优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1-3
（1）根据配方表1中各组分的含量称取备料；
（2）将步骤（1）中称取的各组分在高混机中混合均匀，然后把混合均匀的物料投入到配置不同粒径范围滤网（300～1000目）的挤出机中，通过挤出机的自动换网技术将物料过滤杂质并挤出；
（3）将杂质过滤后的物料再用金属探测仪检测金属小颗粒，再通过CCD扫描缺陷检测装置对电缆绝缘材料进行缺陷检测；
（4）将步骤（3）中制得的物料混合物投入到密炼机中，密炼，出料，制得交联聚乙烯电缆绝缘材料。
对比例1
（1）根据配方表1中各组分的含量称取备料，其中基体树脂只有聚乙烯；
（2）将步骤（1）中称取的各组分在高混机中混合均匀，然后把混合均匀的物料投入到配置不同粒径范围滤网（300～1000目）的挤出机中，通过挤出机的自动换网技术将物料过滤杂质并挤出；
（3）将杂质过滤后的物料再用金属探测仪检测金属小颗粒，再通过CCD扫描缺陷检测装置对电缆绝缘材料进行缺陷检测；
（4）将步骤（3）中制得的物料混合物投入到密炼机中，密炼，出料，制得交联聚乙烯电缆绝缘材料。
对比例2
（1）配方中的各组分及其组分的含量与实施例2的组分含量相同；
（2）将步骤（1）中称取的各组分在高混机中混合均匀，然后将混合均匀的物料投入到密炼机中，密炼，出料，制得交联聚乙烯电缆绝缘材料。
本发明的配方中基体橡胶为低密度聚乙烯，其相对分子量分布指数为5.0～7.0，在这个范围的聚乙烯材料的流动性、加工性能较好。交联聚乙烯电缆绝缘材料的基体材料的流动性对于电缆的加工性能有个重大影响，如果材料的粘度过大，挤出压力过大，不但对设备的要求高，而且影响生产效率，并且，电缆材料挤出膨胀会导致电缆绝缘出现裂纹，影响电缆材料的绝缘性能，而且如果流动性不好，会导致电缆绝缘层厚度不均匀，也会影响电缆绝缘材料的绝缘性能。
性能测试
1.      杂质检测
首先利用金属探测器对本发明的物料进行金属杂质检测，金属探测器可以探测到直径为0.5mm的金属颗粒，灵敏度高。按照高电压等级电缆材料，1kg样品中检测到的70～100μm杂质颗粒的个数小于10个。金属检测过后再用CCD扫描缺陷检测装置对电缆绝缘材料进行缺陷检测，将待测交联聚乙烯电缆材料制成的薄膜放在光源与CCD摄像头之间，待测样品在传送带的输送下以恒定的速度移动，如果待测样品中存在缺陷通过检测区域时，光源的一部分光线被缺陷遮挡而无法到达CCD，这样CCD的各光敏元的感光强度不相同，而且还可以在显示机器上显示缺陷显微图像。
参照国外生产达到110kV的交联聚乙烯电缆绝缘材料的技术标准，合格优秀的110kV的交联聚乙烯电缆绝缘材料拉伸强度＞17MPa，断裂伸长率≥450%，体积电阻率大于1016，相对介电常数≤2.3，介电强度≥35。由表2中的数据可知，实施例2的拉伸强度、断裂伸长率、体积电阻率、相对介电常数、介电强度和杂质含量是本发明的实施例中最好的，因此实施例2为本发明的最佳实施例。
实施例1-3中的制备工艺中对电缆材料的物料进行了过滤和杂质检测，而对比例2的工艺中未对物料进行过滤和杂质检测， 对比例2中制得的交联聚乙烯电缆绝缘材料的拉伸强度和断裂伸长率等力学性能数据劣于实施例中的这些数据，而且对比例2中体积电阻率、相对介电常数等这些电学性能数据也不如实施例中的好，因此说明在制备加料聚乙烯电缆绝缘材料的工艺中添加过滤和杂质检测这步，有利于提高电缆绝缘材料的综合性能，过滤掉材料中的杂质（杂质含量在要求范围内），这样会避免电缆材料中因为杂质的存在造成绝缘中电场局部集中，局部高电场通过电子冷发射、注入和抽出等电子过程，引发击穿从而影响电缆绝缘材料的绝缘性能和使用寿命。
实施例1-3与对比例1作对比，对比例1中的基体树脂为纯聚乙烯，而实施例1-3中均添加了EVA和聚丙烯，由表2中的数据可以看出，实施例1-3中的交联聚乙烯电缆绝缘材料的拉伸强度和断裂伸长率等力学性能数据优于对比例1中的这些数据，实施例1-3中体积电阻率、相对介电常数等这些电学性能数据也优于对比例1中的这些数据，说明在制备交联聚乙烯电缆绝缘材料的配方中适量的添加EVA和聚丙烯有益于提高绝缘材料的综合性能。
这是因为配方中的EVA树脂也提高了电缆绝缘材料的柔韧性和抗冲击性；配方中的聚丙烯能够提高基体橡胶聚乙烯的流动性。电缆料的流动性对电缆的加工性能有着重要的影响，流动性好的电缆料对加工设备要求低，生产效率高，并且不会出现裂纹毁坏现象以免影响电缆的绝缘性能，而且电缆料流动性好的使得电缆绝缘材料厚度均匀，绝缘性能好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。    
表1  配方表   单位（重量份）
组分 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
低密度聚乙烯 60 50 80 85 50
聚丙烯 20 30 10 0 30
EVA 10 5 1 0 5
交联剂 3 7 1 7 7
润滑剂 4 6 4 6 6
抗氧剂 1 1 1 1 1
助剂 2 1 3 1 1
表2   性能测试结果
  实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
拉伸强度（MPa） 18.0 20.0 19.0 16.0 17.0
断裂伸长率（%） 480 620 510 410 370
体积电阻率Ω·cm 1.9×1016 1.3×1017 2.4×1016 0.9×1016 1.1×1016
相对介电常数 1.9 1.2 2.0 2.3 2.5
介电强度Kv/mm 39 51 42 35 34
杂质含量70～100μm 9 6 8 7 39

Claims (10)

1.一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，按重量分数计其配方中包括：低密度聚乙烯：50～80份，聚丙烯：10～30份，EVA树脂：1～10份，交联剂：1～7份，润滑剂：4～16份，抗氧剂：1～3份，助剂：1～3份；所述低密度聚乙烯的相对分子量分布指数为5.0～7.0，所述助剂包括交联引发剂和交联催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述交联剂为硅烷交联剂A151。
3.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述润滑剂为石蜡、十八烷酸、硬脂酸锌和复合润滑剂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆绝缘材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
5.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆材料，其特征在于，所述交联引发剂为邻苯二甲酸二仲辛酯，所述交联催化剂为二月桂酸二丁基锡。
6.一种用于制备权利要求1-5所述的交联聚乙烯电缆绝缘材料的工艺，包括以下几步：
（1）根据配方中各组分的含量称取备料；
（2）将步骤（1）中称取的各组分在高混机中混合均匀，然后把混合均匀的物料投入到配置不同粒径范围滤网的挤出机中，通过挤出机的自动换网技术将物料过滤杂质并挤出；
（3）将步骤（2）中制得的物料混合物投入到密炼机中，密炼，出料，制得交联聚乙烯电缆绝缘材料。
7.根据权利要求6所述的一种用于制备交联聚乙烯电缆绝缘材料工艺，其特征在于，步骤（2）与步骤（3）之间还包括一步杂质检测，检测过滤后的物料混合物中的杂质颗粒。
8.根据权利要求7所述的一种用于制备交联聚乙烯电缆绝缘材料工艺，其特征在于，通过杂质检测后得到的过滤后的1Kg物料混合物中杂质颗粒粒径为70～100μm的颗粒数小于10个。
9.根据权利要求8所述的一种用于制备交联聚乙烯电缆绝缘材料工艺，其特征在于，所述的杂质检测步骤首先用金属探测仪检测金属小颗粒，再通过CCD扫描缺陷检测装置对电缆绝缘材料进行缺陷检测。
10.根据权利要求6所述的一种用于制备交联聚乙烯电缆绝缘材料工艺，其特征在于，所述步骤（2）中高混机的滤网的规格为300～1000目。
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