CN104610636A - 两步法快速交联聚乙烯绝缘料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两步法快速交联聚乙烯绝缘料及其制备工艺，涉及电缆料生产技术领域，包括A料和B料，所述A料经计量、干燥、塑化、混合、挤出、造粒、水下切割和干燥后制成，B料经计量、混合后制成，最后均采用铝塑真空包装而成。本发明以三种不同类型的聚乙烯为主要原料，同时加入纳米碳纤维和纳米氮化铝进行改性，并加入其它各种功能助剂，通过两步法制得目标绝缘料，该绝缘料具有优异的电绝缘性能、机械性能、优异的抗老化和挤出加工性能，长期允许最高工作温度为90℃，适用于3KV以下交联架空电线电缆。
Description
技术领域：
本发明涉及电缆料生产技术领域，具体涉及一种两步法快速交联聚乙烯绝缘料及其制备工艺。
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具有体积电阻率高、介电损耗小、耐热老化性能好、耐应力开裂性能好、易加工和价廉等特点，是一种非常优异的绝缘材料。目前交联聚乙烯主要有过氧化物交联、辐射交联和硅烷交联三种方式，其中硅烷交联聚乙烯是通过接枝或共聚在聚乙烯主链上引入可交联的烷氧基硅烷而制得。
由于硅烷交联不需要专门的交联设备，工艺控制又比较简单，而且电气性能优异，因此在中低压电线电缆领域具有无可比拟的优势。硅烷交联电缆料根据有无接枝交联反应可分为一步法和两步法，其中两步法硅烷交联聚乙烯绝缘料具有生产工艺复杂、成本高的特点，因此在使用中受到严重限制。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种性能优异和应用范围广的两步法快速交联聚乙烯绝缘料及其制备工艺。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种两步法快速交联聚乙烯绝缘料，包括A料和B料，所述A料由如下质量份数的原料制成：
高密度聚乙烯60-65份、线性低密度聚乙烯40-45份、低密度聚乙烯15-20份、纳米碳纤维12-15份、聚乙二醇10-15份、纳米氮化铝8-12份、云母粉6-10份、石墨5-8份、硅烷偶联剂3-5份、紫外线吸收剂3-5份、抗氧剂2-3份、抗回缩剂2-3份、阻燃剂1-3份、聚乙烯蜡1-2份、β-晶型成核剂0.5-1份、过氧化二异丙苯0.1-0.5份。
所述B料由如下质量份数的原料制成：
高密度聚乙烯55-60份、线性低密度聚乙烯35-40份、低密度聚乙烯15-20份、炭黑母料12-15份、硅藻土5-8份、聚乙二醇3-5份。
所述纳米碳纤维直径为50-200nm，长径比为100-500。
所述纳米氮化铝的粒度为30-40nm。
所述硅烷偶联剂选自甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。
所述紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-531。
所述抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168组成，两者质量比为1：1。
所述抗回缩剂选自一种高流动性的聚烯烃弹性体，熔体流动速率大于10g/10min。
所述阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和聚磷酸铵中的一种。
一种两步法快速交联聚乙烯绝缘料的制备工艺，包括下列步骤：
(1)先将A料中的云母粉、石墨和聚乙二醇加入到砂磨机中，砂磨15-20min后再加入聚乙烯蜡和阻燃剂，继续砂磨至细度小于10um，即得混合粉末I；
(2)将混合粉末I加入到高速混合机中，然后加入纳米碳纤维、纳米氮化铝、紫外线吸收剂、抗回缩剂和β-晶型成核剂，于500r/min下混合10-15min，即得混合粉末II；
(3)先将A料中的高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯经失重称量后由真空系统吸入原料仓，再送入烘干机进行干燥，然后将其加入挤出机中，升温至160℃后加入抗氧剂，随后加入硅烷偶联剂、过氧化二异丙苯和混合粉末II，通过螺杆均匀混合，混合后的熔体经挤出机挤出；
(4)挤出后的A料进入造粒机进行造粒，造粒工序中切割采用水下切割，同时进行水冷，水冷后的物料经干燥后真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘A料；
(5)将B料中的炭黑母料、硅藻土和聚乙二醇加入到高速混合机中，于500r/min下混合10-15min，然后加入到砂磨机中，砂磨至细度小于10um，即得混合粉末III；
(6)将B料中的高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和混合粉末III经失重称量后由真空系统吸入各原料仓，按比例于常温下混合均匀，混合完成后通过真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘B料。
所述步骤(3)中的干燥温度为70-80℃，干燥时间为1-2h。
所述步骤(3)中的挤出机机身温度为120-180℃，机头温度为190-210℃。
本发明的有益效果是：本发明以三种不同类型的聚乙烯为主要原料，同时加入纳米碳纤维和纳米氮化铝进行改性，并加入其它各种功能助剂，通过两步法制得目标绝缘料，该绝缘料具有优异的电绝缘性能、机械性能、优异的抗老化和挤出加工性能，长期允许最高工作温度为90℃，适用于3KV以下交联架空电线电缆。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)先将A料中的6kg云母粉、5kg石墨和10kg聚乙二醇加入到砂磨机中，砂磨15min后再加入1kg聚乙烯蜡和1kg硼酸锌，继续砂磨至细度小于10um，即得混合粉末I；
(2)将混合粉末I加入到高速混合机中，然后加入12kg纳米碳纤维、8kg纳米氮化铝、3kg紫外线吸收剂UV-531、2kg抗回缩剂和0.5kgβ-晶型成核剂，于500r/min下混合10min，即得混合粉末II；
(3)先将A料中的60kg高密度聚乙烯、40kg线性低密度聚乙烯和15kg低密度聚乙烯经失重称量后由真空系统吸入原料仓，再送入烘干机进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为1h，然后将其加入挤出机中，升温至160℃后加入1kg抗氧剂1010和1kg抗氧剂168，随后加入3kg乙烯基三甲氧基硅烷、0.1kg过氧化二异丙苯和混合粉末II，通过螺杆均匀混合，混合后的熔体经挤出机挤出，机身温度为120-180℃，机头温度为190-210℃；
(4)挤出后的A料进入造粒机进行造粒，造粒工序中切割采用水下切割，同时进行水冷，水冷后的物料经干燥后真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘A料；
(5)将B料中的12kg炭黑母料、5kg硅藻土和3kg聚乙二醇加入到高速混合机中，于500r/min下混合10min，然后加入到砂磨机中，砂磨至细度小于10um，即得混合粉末III；
(6)将B料中的55kg高密度聚乙烯、35kg线性低密度聚乙烯、15kg低密度聚乙烯和混合粉末III经失重称量后由真空系统吸入各原料仓，按比例于常温下混合均匀，混合完成后通过真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘B料。
实施例2
(1)先将A料中的8kg云母粉、6kg石墨和12kg聚乙二醇加入到砂磨机中，砂磨15min后再加入1.5kg聚乙烯蜡和2kg硼酸锌，继续砂磨至细度小于10um，即得混合粉末I；
(2)将混合粉末I加入到高速混合机中，然后加入13kg纳米碳纤维、10kg纳米氮化铝、4kg紫外线吸收剂UV-531、2kg抗回缩剂和1kgβ-晶型成核剂，于500r/min下混合15min，即得混合粉末II；
(3)先将A料中的62kg高密度聚乙烯、43kg线性低密度聚乙烯和18kg低密度聚乙烯经失重称量后由真空系统吸入原料仓，再送入烘干机进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为1h，然后将其加入挤出机中，升温至160℃后加入1kg抗氧剂1010和1kg抗氧剂168,随后加入4kg乙烯基三甲氧基硅烷、0.3kg过氧化二异丙苯和混合粉末II，通过螺杆均匀混合，混合后的熔体经挤出机挤出，机身温度为120-180℃，机头温度为190-210℃；
(4)挤出后的A料进入造粒机进行造粒，造粒工序中切割采用水下切割，同时进行水冷，水冷后的物料经干燥后真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘A料；
(5)将B料中的13kg炭黑母料、6kg硅藻土和4kg聚乙二醇加入到高速混合机中，于500r/min下混合15min，然后加入到砂磨机中，砂磨至细度小于10um，即得混合粉末III；
(6)将B料中的58kg高密度聚乙烯、37kg线性低密度聚乙烯、18kg低密度聚乙烯和混合粉末III经失重称量后由真空系统吸入各原料仓，按比例于常温下混合均匀，混合完成后通过真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘B料。
实施例3
(1)先将A料中的10kg云母粉、8kg石墨和15kg聚乙二醇加入到砂磨机中，砂磨15min后再加入2kg聚乙烯蜡和3kg硼酸锌，继续砂磨至细度小于10um，即得混合粉末I；
(2)将混合粉末I加入到高速混合机中，然后加入15kg纳米碳纤维、12kg纳米氮化铝、5kg紫外线吸收剂UV-531、3kg抗回缩剂和1kgβ-晶型成核剂，于500r/min下混合15min，即得混合粉末II；
(3)先将A料中的65kg高密度聚乙烯、45kg线性低密度聚乙烯和20kg低密度聚乙烯经失重称量后由真空系统吸入原料仓，再送入烘干机进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为1h，然后将其加入挤出机中，升温至160℃后加入1.5kg抗氧剂1010和1.5kg抗氧剂168，随后加入5kg乙烯基三甲氧基硅烷、0.5kg过氧化二异丙苯和混合粉末II，通过螺杆均匀混合，混合后的熔体经挤出机挤出，机身温度为120-180℃，机头温度为190-210℃；
(4)挤出后的A料进入造粒机进行造粒，造粒工序中切割采用水下切割，同时进行水冷，水冷后的物料经干燥后真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘A料；
(5)将B料中的15kg炭黑母料、8kg硅藻土和5kg聚乙二醇加入到高速混合机中，于500r/min下混合15min，然后加入到砂磨机中，砂磨至细度小于10um，即得混合粉末III；
(6)将B料中的60kg高密度聚乙烯、40kg线性低密度聚乙烯、20kg低密度聚乙烯和混合粉末III经失重称量后由真空系统吸入各原料仓，按比例于常温下混合均匀，混合完成后通过真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘B料。
对实施例1-3制备的两步法快速交联聚乙烯绝缘料进行机械物理性能和电气性能检测，结果如表1所示。
表1 两步法快速交联聚乙烯绝缘料的机械物理性能和电气性能
由表1可以看出，本发明实施例1-3制备的两步法快速交联聚乙烯绝缘料具有优异的电绝缘性能、抗老化性能、机械性能及出色的挤出加工性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (11)
1.一种两步法快速交联聚乙烯绝缘料，包括A料和B料，其特征在于，所述A料由如下质量份数的原料制成：
高密度聚乙烯60-65份、线性低密度聚乙烯40-45份、低密度聚乙烯15-20份、纳米碳纤维12-15份、聚乙二醇10-15份、纳米氮化铝8-12份、云母粉6-10份、石墨5-8份、硅烷偶联剂3-5份、紫外线吸收剂3-5份、抗氧剂2-3份、抗回缩剂2-3份、阻燃剂1-3份、聚乙烯蜡1-2份、β-晶型成核剂0.5-1份、过氧化二异丙苯0.1-0.5份。
所述B料由如下质量份数的原料制成：
高密度聚乙烯55-60份、线性低密度聚乙烯35-40份、低密度聚乙烯15-20份、炭黑母料12-15份、硅藻土5-8份、聚乙二醇3-5份。
2.根据权利要求1所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料，其特征在于：所述纳米碳纤维直径为50-200nm，长径比为100-500。
3.根据权利要求1所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料，其特征在于：所述纳米氮化铝的粒度为30-40nm。
4.根据权利要求1所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种。
5.根据权利要求1所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料，其特征在于：所述紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-531。
6.根据权利要求1所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料，其特征在于：所述抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168组成，两者质量比为1：1。
7.根据权利要求1所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料，其特征在于：所述抗回缩剂选自一种高流动性的聚烯烃弹性体，熔体流动速率大于10g/10min。
8.根据权利要求1所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料，其特征在于：所述阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌和聚磷酸铵中的一种。
9.一种两步法快速交联聚乙烯绝缘料的制备工艺，其特征在于，包括下列步骤：
(1)先将A料中的云母粉、石墨和聚乙二醇加入到砂磨机中，砂磨15-20min后再加入聚乙烯蜡和阻燃剂，继续砂磨至细度小于10um，即得混合粉末I；
(2)将混合粉末I加入到高速混合机中，然后加入纳米碳纤维、纳米氮化铝、紫外线吸收剂、抗回缩剂和β-晶型成核剂，于500r/min下混合10-15min，即得混合粉末II；
(3)先将A料中的高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯经失重称量后由真空系统吸入原料仓，再送入烘干机进行干燥，然后将其加入挤出机中，升温至160℃后加入抗氧剂，随后加入硅烷偶联剂、过氧化二异丙苯和混合粉末II，通过螺杆均匀混合，混合后的熔体经挤出机挤出；
(4)挤出后的A料进入造粒机进行造粒，造粒工序中切割采用水下切割，同时进行水冷，水冷后的物料经干燥后真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘A料；
(5)将B料中的炭黑母料、硅藻土和聚乙二醇加入到高速混合机中，于500r/min下混合10-15min，然后加入到砂磨机中，砂磨至细度小于10um，即得混合粉末III；
(6)将B料中的高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和混合粉末III经失重称量后由真空系统吸入各原料仓，按比例于常温下混合均匀，混合完成后通过真空出料，最后采用铝塑复合袋进行真空包装，即得绝缘B料。
10.根据权利要求9所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中的干燥温度为70-80℃，干燥时间为1-2h。
11.根据权利要求9所述的两步法快速交联聚乙烯绝缘料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中的挤出机机身温度为120-180℃，机头温度为190-210℃。
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