CN104479230A - 辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料及其制备方法 - Google Patents

辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其按重量份数主要由以下原料制成：三元乙丙橡胶为10-20份，热塑性弹性体为0-5份，线性低密度聚乙烯为0-25份，乙烯-醋酸乙烯共聚物为0-15份，相容剂为1-5份，氧化铝为45-65份，复合抗氧剂为1-3份，硅酮母粒为1-3份。本发明公开了一种高导热聚合物护套材料的制备方法，将称量好的原料通过密炼机熔融共混然后依次通过单螺杆挤出机造粒；将造好的粒子通过挤出机挤出线材。线材经过电子加速器进行辐照交联。本发明聚合物护套材料具有优异的导热性能，热量传递效率高，有利于保护芯带和延长使用寿命。同时具有一定的防油性能及优良的力学性能和耐气候性。

Description

辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物材料及其制备方法，特别是高导热聚合物材料及其制备方法，应用于高分子复合材料制备的工艺技术领域和加热电缆材料及其工艺技术领域。
背景技术
随着微电子集成与组装技术的飞速发展和电力电气绝缘领域对高电压的越来越高的要求以及其他相关领域的飞速发展，电子元器件和逻辑电路的体积成千万倍地缩小，而工作频率急剧增加，此时电子设备所产生的热量迅速积累和增加，工作环境温度也向高温方向迅速变化。为保证电子元器件长时间可靠的工作，必须阻止工作温度的不断升高，因此及时散热能力就成为影响其使用寿命的重要因素，迫切需要研制高导热性能的聚合物材料。高分子材料的应用领域不断拓展，是因为通过对其结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。同时，高分子导热材料具有易改性、易加工的特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域。
采用有机PTC材料制备的自限温加/伴热带，较传统陶瓷型PTC材料相比有许多优势：质软、可绕、PTC 强度大、工艺简单、生产成本低、易加工成型，而且可以消除陶瓷PTC 材料固有的NTC 现象，可靠性大为提高。自限温加/伴热带使用过程中的导热能力直接影响自限温加/伴热带性能。而目前国内外对PTC导电塑料所制造的自限温加/伴热带复合加工制作所用的护套技术研究较少。导热复合聚合物加工过程中的取向问题是很重要的一个因素，国内在研究聚合物取向和聚合物填料取向方面已做了大量工作。由于加工过程中的复杂性和固体粒子运动的瞬时性，特别是研究方法的局限性，从而导致此方面应用很少。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料及其制备方法，本发明辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料具有优异的导热性能，热量传递效率高，有利于保护芯带和延长使用寿命。同时具有一定的防油性能及优良的力学性能和耐气候性。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其按重量份数主要由以下原料制成：三元乙丙橡胶(EPDM)为10-20份，热塑性弹性体(TPE)为0-5份，线性低密度聚乙烯(LLDPE)为0-25份，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为0-15份，相容剂为1-5份，氧化铝为45-65份，复合抗氧剂为1-3份，硅酮母粒为1-3份。
作为本发明上述技术方案优选的方案，三元乙丙橡胶的乙烯和丙烯链段摩尔比为60:40，第三单体为乙叉冰片烯，第三单体占三种单体的总质量的质量百分比为1-3%，数均分子量为5-15万，100℃门尼粘度为30-50Pa·s，邵氏A硬度为20-40。
作为本发明上述技术方案优选的方案，热塑性弹性体为乙烯-丙烯共聚物，数均分子量15万，100℃门尼粘度为50Pa·s，邵氏A硬度为60，190℃和2.16kg下的熔融指数为5g/10min。
作为本发明上述技术方案优选的方案，线性低密度聚乙烯的数均分子量5-8万，190℃和2.16kg下的熔融指数为2-5g/10min。
作为本发明上述技术方案优选的方案，乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯质量百分比含量为50wt%，190℃和2.16kg下的熔融指数为5g/10min。
作为本发明上述技术方案优选的方案，相容剂为丙烯酸酯接枝聚乙烯，接枝率为1-2%，190℃和2.16kg下熔融指数为1-2g/10min。
作为本发明上述技术方案优选的方案，氧化铝采用氨基硅烷进行改性，其粒径D50为1-2微米，目数为4000-5000目。
作为本发明上述技术方案优选的方案，按组分的重量份数，复合抗氧剂由下述组分组成：1010为50份，1024为50份。
作为本发明上述技术方案优选的方案，按组分的重量份数，硅酮母粒由下述组分：低密度聚乙烯为10份，硅氧烷为45份，二氧化硅为15份。
作为本发明上述技术方案优选的方案，所述低密度聚乙烯数均分子量5万，190°C和2.16kg下的熔融指数5g/10min，硅氧烷为甲基乙烯基硅氧烷，数均分子量为60万，二氧化硅为沉淀法二氧化硅，目数为5000目。
一种本发明辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料的制备方法，包括如下步骤：
a．首先按照如下组分重量份数，称量配方各组分，即：三元乙丙橡胶为10-20份，热塑性弹性体为0-5份，线性低密度聚乙烯为0-25份，乙烯-醋酸乙烯共聚物为0-15份，相容剂为1-5份，氧化铝为45-65份，复合抗氧剂为1-3份，硅酮母粒为1-3份；然后将称量好的各原料通过密炼机熔融共混，密炼温度为160-175℃，密炼时间为15-25分钟，然后依次通过单螺杆挤出机造粒；作为优选的技术方案，单螺杆挤出机分为七个区，各区的工作温度为：第一区为110-115℃，第二区为115-120℃，第三区为115-120℃，第四区为120-125℃，第五区为120-125℃，第六区为120-130℃，第七区为125-130℃；
b．将经过步骤a制备的粒子，再通过挤出机挤出线材；作为优选的技术方案，挤出机分为四个区，各区的工作温度为：第一区为150-160℃，第二区为165-175℃，第三区为165-175℃，第四区为170-180℃；
c．将经过步骤b制备的线材，再经过电子加速器进行辐照交联，最终得到辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1. 本发明辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料的热导率可达到1W/(m·K)以上，远超过PE的常规热导率0.1W/(m·K) ，且具有优良的力学性能、耐气候性和防油性能；
2. 本发明辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料是一种橡胶和塑料的共混物，具有橡胶优异的弹性和高填充性以及塑料出色的力学性能和加工性能；
3. 本发明高导热聚合物护套材料应用于加热电缆，不仅具有优异的力学性能和电气性能，而且具有极佳的导热性能，热量传递效率高，有利于对芯带的保护及延长使用寿命，提高能量的使用效率；
4. 本发明所制得的加热电缆用高导热聚合物护套材料具有非常好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套电缆材料，按重量份数主要由以下原料制成：三元乙丙橡胶(EPDM):20份；热塑性弹性体(TPE):2份；线性低密度聚乙烯(LLDPE):10份；乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA):10份；相容剂:2份;氧化铝:60份；复合抗氧剂:2份；硅酮母粒:2份。
在本实施例中，三元乙丙橡胶(EPDM)乙烯丙烯链段摩尔比为60:40，第三单体为乙叉冰片烯，第三单体占三种单体的总质量的质量百分比为3%，数均分子量为15万，100℃门尼粘度为50Pa·s，邵氏A硬度为40；热塑性弹性体(TPE)为乙烯-丙烯共聚物，数均分子量15万，100℃门尼粘度为50Pa·s，邵氏A硬度为60，190。。和2.16kg下的熔融指数为5g/10min；线性低密度聚乙烯(LLDPE)的数均分子量8万，190℃和2.16kg下的熔融指数为5g/10min；乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的醋酸乙烯含量为50wt%，190℃和2.16kg下的熔融指数为5g/10min；相容剂为丙烯酸酯接枝聚乙烯，接枝率为2%，190℃和2.16kg下熔融指数为2g/10min；氧化铝采用氨基硅烷进行改性，其粒径D50为2微米，目数5000目；硅酮母粒由下述组分按重量份组成:低密度聚乙烯:10份，硅氧烷:45份，二氧化硅:15份；低密度聚乙烯数均分子量5万，190℃和2.16kg下的熔融指数5g/10min；硅氧烷为甲基乙烯基硅氧烷，数均分子量60万；二氧化硅为沉淀法二氧化硅，目数5000目；复合抗氧剂由下述组分按重量份组成:1010:50份，1024:50份。
在本实施例中，一种辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套电缆材料制备方法，包括如下步骤:
(1)准确称量配方各组分，将称量好的原料通过密炼机熔融共混，密炼温度为175℃，密炼时间为25分钟，然后依次通过单螺杆挤出机造粒，单螺杆挤出机分为七个区，各区的工作温度为:第一区110-115℃，第二区115-120℃，第三区115-120℃，第四区120-125℃，第五区120-125℃，第六区120-130℃，第七区125-130℃。
(2)将造好的粒子通过挤出机挤出线材，挤出机分为四个区，各区的工作温度为:第一区150-160℃，第二区 165-175℃，第三区 165-175℃，第四区 170-180℃；
(3)线材经过电子加速器进行辐照交联，最终得到辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料。
在本实施例中，所制备的辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料的热导率可达到1W/(m·K)以上，远超过PE的常规热导率0.1W/(m·K) ，且具有优良的力学性能、耐气候性和防油性能，热量传递效率高，有利于对加热电缆芯带的保护及延长使用寿命，提高能量的使用效率。同时，该产品还具有一定的防油性能及优良的力学性能和耐气候性。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套电缆材料，按重量份数主要由以下原料制成:三元乙丙橡胶(EPDM): 10份；线性低密度聚乙烯(LLDPE):25份；相容剂:1份；氧化铝45份；复合抗氧剂:1份；硅酮母粒:1份。
在本实施例中，三元乙丙橡胶(EPDM)乙烯丙烯链段摩尔比为60:40，第三单体为乙叉冰片烯，第三单体占三种单体的总质量的质量百分比为1%，数均分子量为5万，100℃门尼粘度为30Pa·s，邵氏A硬度为20；线性低密度聚乙烯(LLDPE)的数均分子量5万，190℃和2.16kg下熔融指数为2.6g/10min；相容剂为丙烯酸酯接枝聚乙烯，接枝率为1%，190℃和2.16kg下熔融指数为 lg/10min；氧化铝采用氨基硅烷进行改性，其粒径D50为1微米，目数4000目；复合抗氧剂由下述组分按重量份组成:1010:50份，1024:50份；硅酮母粒由下述组分按重量份组成:低密度聚乙烯:10份，硅氧烷:45份，二氧化硅:15份；低密度聚乙烯数均分子量5万，190℃和2.16kg下的熔融指数5g/10min；硅氧烷为甲基乙烯基硅氧烷，数均分子量60万；二氧化硅为沉淀法二氧化硅，目数5000目。
在本实施例中，一种辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套电缆材料制备方法，包括如下步骤:
(1)准确称量配方各组分，将称量好的原料通过密炼机熔融共混，密炼温度为160℃，密炼时间为15分钟，然后依次通过单螺杆挤出机造粒，单螺杆挤出机分为七个区，各区的工作温度为:第一区110-115℃，第二区115-120℃，第三区115-120℃，第四区120-125℃，第五区120-125℃，第六区120-130℃，第七区125-130℃。
(2)将造好的粒子通过挤出机挤出线材，挤出机分为四个区，各区的工作温度为:第一区150-160℃，第二区 165-175℃，第三区 165-175℃，第四区 170-180℃；
(3)线材经过电子加速器进行辐照交联，最终得到辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料。
在本实施例中，与实施例一相比，原料组分中虽然不含有热塑性弹性体(TPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，但制备的辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料依然具有优异的力学性能、耐气候性和防油性能。
本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于，其按重量份数主要由以下原料制成：三元乙丙橡胶为10-20份，热塑性弹性体为0-5份，线性低密度聚乙烯为0-25份，乙烯-醋酸乙烯共聚物为0-15份，相容剂为1-5份，氧化铝为45-65份，复合抗氧剂为1-3份，硅酮母粒为1-3份。
2.根据权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶的乙烯和丙烯链段摩尔比为60:40，第三单体为乙叉冰片烯，第三单体占三种单体的总质量的质量百分比为1-3%，数均分子量为5-15万，100℃门尼粘度为30-50Pa·s，邵氏A硬度为20-40。
3.根据权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于：所述热塑性弹性体为乙烯-丙烯共聚物，数均分子量15万，100℃门尼粘度为50Pa·s，邵氏A硬度为60，190℃和2.16kg下的熔融指数为5g/10min。
4.根据权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于：所述线性低密度聚乙烯的数均分子量5-8万，190℃和2.16kg下的熔融指数为2-5g/10min。
5.根据权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯质量百分比含量为50wt%，190℃和2.16kg下的熔融指数为5g/10min。
6.根据权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于：所述相容剂为丙烯酸酯接枝聚乙烯，接枝率为1-2%，190℃和2.16kg下熔融指数为1-2g/10min。
7.根据权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于：所述氧化铝采用氨基硅烷进行改性，其粒径D50为1-2微米，目数为4000-5000目。
8.根据权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于，按组分的重量份数，所述复合抗氧剂由下述组分组成：1010为50份，1024为50份。
9.根据权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于，按组分的重量份数，所述硅酮母粒由下述组分：低密度聚乙烯为10份，硅氧烷为45份，二氧化硅为15份。
10.根据权利要求9所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料，其特征在于：所述低密度聚乙烯数均分子量5万，190°C和2.16kg下的熔融指数5g/10min，所述硅氧烷为甲基乙烯基硅氧烷，数均分子量为60万，所述二氧化硅为沉淀法二氧化硅，目数为5000目。
11.一种权利要求1所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a．首先按照如下组分重量份数，称量配方各组分，即：三元乙丙橡胶为10-20份，热塑性弹性体为0-5份，线性低密度聚乙烯为0-25份，乙烯-醋酸乙烯共聚物为0-15份，相容剂为1-5份，氧化铝为45-65份，复合抗氧剂为1-3份，硅酮母粒为1-3份；然后将称量好的各原料通过密炼机熔融共混，密炼温度为160-175℃，密炼时间为15-25分钟，然后依次通过单螺杆挤出机造粒；
b．将经过所述步骤a制备的粒子，再通过挤出机挤出线材；
c．将经过所述步骤b制备的线材，再经过电子加速器进行辐照交联，最终得到辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料。
12.根据权利要求11所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤a中，单螺杆挤出机分为七个区，各区的工作温度为：第一区为110-115℃，第二区为115-120℃，第三区为115-120℃，第四区为120-125℃，第五区为120-125℃，第六区为120-130℃，第七区为125-130℃。
13.根据权利要求11所述辐照交联加热电缆用高导热聚合物护套材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤b中，挤出机分为四个区，各区的工作温度为：第一区为150-160℃，第二区为165-175℃，第三区为165-175℃，第四区为170-180℃。
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