CN104311968A - 一种架空电缆用改性聚乙烯材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种架空电缆用改性聚乙烯材料，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯70-80份、茂金属聚乙烯2-5份、马来酸酐接枝聚乙烯18-25份、植物纤维25-38份、埃洛石纳米管5-20份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物1-3份、纳米氢氧化铝5-12份、红磷1-3份、纳米碳酸钙18-30份、纳米二氧化钛3-8份、硬脂酸钙2-5份、氧化锌0.3-1份、硼酸锌0.9-1.8份、过氧化二异丙苯1-3份。本发明所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其强度高，阻燃性好，用于架空电缆中综合性能好，使用寿命长。

Description

一种架空电缆用改性聚乙烯材料
技术领域
本发明涉及电缆材料技术领域，尤其涉及一种架空电缆用改性聚乙烯材料。
背景技术
聚乙烯具有质量轻、低毒性、良好的电绝缘性、机械持久性、良好的耐腐蚀性、易加工成型等优点，已经被广泛应用于很多领域，如建筑、交通运输、家具以及电气工业。但是，聚乙烯的氧指数为17.3，属于易燃的材料，在燃烧时热释放速率大，热值高，火焰传播速度快，分解产生可燃气体，不易熄灭，极易造成火灾，对人们的生命和财产安全形成巨大的威胁，聚乙烯制品在高层建筑、煤矿、电缆等领域的应用受到限制。
因此，随着我国经济的发展，人们对电缆的性能要求逐渐提高，目前的聚乙烯电缆料其强度和阻燃性能不能满足社会的要求，需要进一步研究和改性。
发明内容
本发明提出了一种架空电缆用改性聚乙烯材料，其强度高，阻燃性好，用于架空电缆中综合性能好，使用寿命长。
本发明提出了一种架空电缆用改性聚乙烯材料，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯70-80份、茂金属聚乙烯2-5份、马来酸酐接枝聚乙烯18-25份、植物纤维25-38份、埃洛石纳米管5-20份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物1-3份、纳米氢氧化铝5-12份、红磷1-3份、纳米碳酸钙18-30份、纳米二氧化钛3-8份、硬脂酸钙2-5份、氧化锌0.3-1份、硼酸锌0.9-1.8份、过氧化二异丙苯1-3份。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯73-78份、茂金属聚乙烯3-4.5份、马来酸酐接枝聚乙烯19-22份、植物纤维29-35份、埃洛石纳米管9-14份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物1.7-2.3份、纳米氢氧化铝8-10.2份、红磷1.9-2.6份、纳米碳酸钙23-27份、纳米二氧化钛5-6.8份、硬脂酸钙3.6-4.3份、氧化锌0.6-0.8份、硼酸锌1.2-1.5份、过氧化二异丙苯1.9-2.4份。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯75份、茂金属聚乙烯4份、马来酸酐接枝聚乙烯21份、植物纤维33份、埃洛石纳米管13份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物2.2份、纳米氢氧化铝9.7份、红磷2.4份、纳米碳酸钙25份、纳米二氧化钛5.9份、硬脂酸钙4.1份、氧化锌0.75份、硼酸锌1.39份、过氧化二异丙苯2.2份。
优选地，其原料中还包括抗氧剂。
优选地，所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将6-10份聚乙烯、1-2.5份马来酸酐、0.3-0.9份过硫酸铵、3-10份苯乙烯、50-70份二甲苯、30-60份丁酮混合后，在室温下搅拌20-50min后转移至高压反应釜中，然后在100-135℃下保温10-20h，降温至室温后经过滤、洗涤、干燥得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
优选地，所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将8-8.7份聚乙烯、1.8-2.2份马来酸酐、0.6-0.79份过硫酸铵、6-7.6份苯乙烯、59-63份二甲苯、47-52份丁酮混合后，在室温下搅拌38-43min后转移至高压反应釜中，然后在129-132℃下保温14-18h，降温至室温后经过滤、洗涤、干燥得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
优选地，所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将8.3份聚乙烯、2.1份马来酸酐、0.65份过硫酸铵、7.3份苯乙烯、62份二甲苯、51份丁酮混合后，在室温下搅拌42min后转移至高压反应釜中，然后在131℃下保温15h，降温至室温后经过滤、洗涤、干燥得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
优选地，所述纳米氢氧化铝的平均粒径为50-70nm；所述纳米碳酸钙的平均粒径为50-70nm；所述纳米二氧化钛的平均粒径为22-35nm。
本发明中，茂金属聚乙烯添加到改性聚乙烯材料中，其中的大量非晶对高密度聚乙烯的结晶起到了稀释作用，将无序链段溶解掉，使得结晶得以规整排列，从而使晶区的厚度增加，非晶区厚度减少，提高了改性聚乙烯材料的击穿强度，但是同时也会使改性聚乙烯材料的韧性变差；马来酸酐接枝聚乙烯添加到改性聚乙烯材料中，与植物纤维配合后，能在植物纤维的纤维表面形成均匀的单分子层，起到桥梁的作用，从而使改性聚乙烯材料体系形成完整的界面，同时，马来酸酐接枝聚乙烯与基体和植物纤维形成了新的化学键，当受到外力作用时，界面能使外力均匀地传递给植物纤维，使外力有效的在植物纤维之间得到缓冲，提高了改性聚乙烯材料的强度，避免了植物纤维从高密度聚乙烯中的抽出而引起改性聚乙烯材料性能的降低；马来酸酐接枝聚乙烯的加入降低了高密度聚乙烯高分子链之间的相互作用，使链间的相对滑移变得容易，当改性聚乙烯材料受到拉伸时，由于高分子链之间的相对滑移使改性聚乙烯材料更易伸长，改性聚乙烯材料断裂伸长率有所增加，从而提高了高密度聚乙烯的韧性，改善了因茂金属聚乙烯的加入而引起的韧性的降低；埃洛石纳米管在燃烧时会分解放出水蒸汽，起到稀释和冷却可燃气体的作用，同时其分解产物形成无机阻隔层，减缓可燃气体的释放，与纳米氢氧化铝、红磷、硬脂酸钙、氧化锌和硼酸锌配合后，改善了改性聚乙烯材料的阻燃抑烟性；另外，添加的马来酸酐接枝聚乙烯能附着于纳米氢氧化铝、红磷、硬脂酸钙、氧化锌和硼酸锌的表面，使纳米氢氧化铝、红磷、硬脂酸钙、氧化锌和硼酸锌的表面有机化，改善了与聚乙烯的相容性，进一步提高了改性聚乙烯材料的性能；本发明中得到的架空电缆用改性聚乙烯材料阻燃性好，强度高，阻燃性好，用于架空电缆中，综合性能好，使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
本发明所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其原料中，高密度聚乙烯的重量份可以为70.5、71、71.6、72、72.5、73.2、74、74.5、75.3、76、76.5、77、77.8、78.4、79、79.3、79.8份，茂金属聚乙烯的重量份可以为2.3、2.8、3、3.2、3.7、4.3、4.8份，马来酸酐接枝聚乙烯的重量份可以为18.3、19.2、19.8、20、20.5、20.9、21.3、22.6、23、23.4、24、24.6份，植物纤维的重量份可以为25.6、26、26.3、27、27.8、28、28.5、29.4、30、30.6、31、31.5、32、32.6、33.6、34、34.5、35.2、36、36.7、37、37.6份，埃洛石纳米管的重量份可以为5.6、6、6.3、7、7.4、8、8.5、9.3、10、10.5、11、11.6、12、12.5、13.4、14.2、15、15.6、16.5、17、17.8、18、18.5、19、19.6份，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物的重量份可以为1.2、1.6、1.8、2、2.7、2.9份，纳米氢氧化铝的重量份可以为5.2、5.7、5.9、6、6.4、6.8、7、7.2、7.8、8.6、9、9.3、9.4、9.8、10、10.3、11、11.4、11.8份，红磷的重量份可以为1.2、1.3、1.5、2、2.8、2.9份，纳米碳酸钙的重量份可以为18.5、19、19.3、20、20.4、21、21.5、22、22.3、23.6、24、24.6、25.6、26、26.3、27.4、28、28.5、29、29.5份，纳米二氧化钛的重量份可以为3.2、3.5、3.8、4、4.2、4.6、4.8、4.9、5.3、5.6、6、6.4、7、7.3、7.6、7.8、7.89份，硬脂酸钙的重量份可以为2.3、2.6、2.8、3、3.4、3.9、4、4.2、4.5、4.6、4.8、4.93份，氧化锌的重量份可以为0.36、0.4、0.45、0.5、0.53、0.67、0.7、0.78、0.83、0.9、0.94份，硼酸锌的重量份可以为0.96、1.02、1.1、1.26、1.3、1.35、1.4、1.46、1.53、1.6、1.67、1.7、1.78份，过氧化二异丙苯的重量份可以为1.1、1.23、1.35、1.4、1.46、1.5、1.53、1.6、1.8、1.95、2.0、2.23、2.5、2.56、2.67、2.8、2.86、2.9、2.91份。
实施例1
本发明所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯70份、茂金属聚乙烯5份、马来酸酐接枝聚乙烯25份、植物纤维38份、埃洛石纳米管5份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物3份、纳米氢氧化铝5份、红磷3份、纳米碳酸钙18份、纳米二氧化钛8份、硬脂酸钙2份、氧化锌1份、硼酸锌0.9份、过氧化二异丙苯3份。
实施例2
本发明所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯80份、茂金属聚乙烯2份、马来酸酐接枝聚乙烯18份、植物纤维25份、埃洛石纳米管20份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物1份、纳米氢氧化铝12份、红磷1份、纳米碳酸钙30份、纳米二氧化钛3份、硬脂酸钙5份、氧化锌0.3份、硼酸锌1.8份、过氧化二异丙苯1份、抗氧剂0.6份；
其中，所述纳米氢氧化铝的平均粒径为66nm；所述纳米碳酸钙的平均粒径为68nm；所述纳米二氧化钛的平均粒径为35nm；
所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将6份聚乙烯、2.5份马来酸酐、0.3份过硫酸铵、10份苯乙烯、50份二甲苯、60份丁酮混合后，在室温下搅拌20min后转移至高压反应釜中，然后在100℃下保温20h，降温至室温后经过滤、洗涤、干燥得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
实施例3
本发明所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯77份、茂金属聚乙烯3份、马来酸酐接枝聚乙烯20份、植物纤维34份、埃洛石纳米管15.6份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物2.7份、纳米氢氧化铝10.3份、红磷2.8份、纳米碳酸钙24份、纳米二氧化钛7.8份、硬脂酸钙4.5份、氧化锌0.9份、硼酸锌1.67份、过氧化二异丙苯2.9份、抗氧剂1份；
其中，所述纳米氢氧化铝的平均粒径为70nm；所述纳米碳酸钙的平均粒径为50nm；所述纳米二氧化钛的平均粒径为30nm；
所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将10份聚乙烯、1份马来酸酐、0.9份过硫酸铵、3份苯乙烯、70份二甲苯、30份丁酮混合后，在室温下搅拌50min后转移至高压反应釜中，然后在135℃下保温10h，降温至室温后过滤，用乙醇洗涤后用蒸馏水洗涤，然后在75℃下真空干燥5h得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
实施例4
本发明所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯75份、茂金属聚乙烯4份、马来酸酐接枝聚乙烯21份、植物纤维33份、埃洛石纳米管13份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物2.2份、纳米氢氧化铝9.7份、红磷2.4份、纳米碳酸钙25份、纳米二氧化钛5.9份、硬脂酸钙4.1份、氧化锌0.75份、硼酸锌1.39份、过氧化二异丙苯2.2份、抗氧剂0.3份；
其中，所述纳米氢氧化铝的平均粒径为50nm；所述纳米碳酸钙的平均粒径为70nm；所述纳米二氧化钛的平均粒径为22nm；
所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将8.3份聚乙烯、2.1份马来酸酐、0.65份过硫酸铵、7.3份苯乙烯、62份二甲苯、51份丁酮混合后，在室温下搅拌42min后转移至高压反应釜中，然后在131℃下保温15h，降温至室温后过滤，用二甲苯洗涤后用乙醇洗涤，然后在80℃真空干燥3h得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种架空电缆用改性聚乙烯材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯70-80份、茂金属聚乙烯2-5份、马来酸酐接枝聚乙烯18-25份、植物纤维25-38份、埃洛石纳米管5-20份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物1-3份、纳米氢氧化铝5-12份、红磷1-3份、纳米碳酸钙18-30份、纳米二氧化钛3-8份、硬脂酸钙2-5份、氧化锌0.3-1份、硼酸锌0.9-1.8份、过氧化二异丙苯1-3份。
2.根据权利要求1所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯73-78份、茂金属聚乙烯3-4.5份、马来酸酐接枝聚乙烯19-22份、植物纤维29-35份、埃洛石纳米管9-14份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物1.7-2.3份、纳米氢氧化铝8-10.2份、红磷1.9-2.6份、纳米碳酸钙23-27份、纳米二氧化钛5-6.8份、硬脂酸钙3.6-4.3份、氧化锌0.6-0.8份、硼酸锌1.2-1.5份、过氧化二异丙苯1.9-2.4份。
3.根据权利要求1或2所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：高密度聚乙烯75份、茂金属聚乙烯4份、马来酸酐接枝聚乙烯21份、植物纤维33份、埃洛石纳米管13份、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物2.2份、纳米氢氧化铝9.7份、红磷2.4份、纳米碳酸钙25份、纳米二氧化钛5.9份、硬脂酸钙4.1份、氧化锌0.75份、硼酸锌1.39份、过氧化二异丙苯2.2份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其特征在于，其原料中还包括抗氧剂。
5.根据权利要求1-4中任一项所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将6-10份聚乙烯、1-2.5份马来酸酐、0.3-0.9份过硫酸铵、3-10份苯乙烯、50-70份二甲苯、30-60份丁酮混合后，在室温下搅拌20-50min后转移至高压反应釜中，然后在100-135℃下保温10-20h，降温至室温后经过滤、洗涤、干燥得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
6.根据权利要求5所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将8-8.7份聚乙烯、1.8-2.2份马来酸酐、0.6-0.79份过硫酸铵、6-7.6份苯乙烯、59-63份二甲苯、47-52份丁酮混合后，在室温下搅拌38-43min后转移至高压反应釜中，然后在129-132℃下保温14-18h，降温至室温后经过滤、洗涤、干燥得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
7.根据权利要求5或6所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚乙烯按照以下工艺进行制备：按重量份将8.3份聚乙烯、2.1份马来酸酐、0.65份过硫酸铵、7.3份苯乙烯、62份二甲苯、51份丁酮混合后，在室温下搅拌42min后转移至高压反应釜中，然后在131℃下保温15h，降温至室温后经过滤、洗涤、干燥得到所述马来酸酐接枝聚乙烯。
8.根据权利要求1-7中任一项所述架空电缆用改性聚乙烯材料，其特征在于，所述纳米氢氧化铝的平均粒径为50-70nm；所述纳米碳酸钙的平均粒径为50-70nm；所述纳米二氧化钛的平均粒径为22-35nm。
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