CN104829919A - 海底电缆用pe护套料及其制备方法 - Google Patents

海底电缆用pe护套料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：PE 100份，改性大麻纤维8～12份，改性氧化镁6～10份，抗氧剂0.2～0.3份，EVA 9～10份，炭黑2～3份，碳酸钙3～4份，稳定剂0.1～0.2份，偶联剂0.1份。本发明还提供了该护套料的制备方法。本发明提供的海底电缆用PE护套料具有较好的耐海水腐蚀以及耐微生物腐蚀的性能，能有效降低腐蚀对其的破坏，使用寿命较长。

Description

海底电缆用PE护套料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及PE护套料，特别是涉及海底电缆用PE护套料及其制备方法。
背景技术：
海底电缆是敷设在海底及河流水下用的电缆，分为海底通信电缆和海底电力电缆两大类。海底电缆的使用环境中有大量的海水，海水本身是具有很强腐蚀性的电解质溶液，含有大量盐类，而且海水中还生存有大量微生物，因此海水腐蚀以及海水中的微生物腐蚀对由聚合物制成的海底电缆护套形成了双重腐蚀，缩短了护套的使用寿命，对护套内的电缆造成了很大的安全隐患。目前，普通的电缆护套料主要由聚乙烯制成，其耐海水腐蚀以及耐微生物腐蚀的性能不甚理想，用于海底电缆时必须要经过改性才能胜任。
公开号为CN103788451A、公开日为2014.05.14、申请人为苏州奥凯材料技术有限公司的中国专利申请公开了“一种PE阻燃电缆材料及其制备方法”，包括如下质量份数的原料：低密度聚乙烯50-80份、EVA30-50份、抗氧剂2-4份、铝酸酯偶联剂2-4份、阻燃剂50-70份和增效剂水合羟基氧化铁1-3份组成，所述的抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇脂，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂，所述的阻燃剂为Al(OH)3，其粒径为10μm。该发明的有益效果是：水合羟基氧化铁是一种无机金属化物增效剂，能提高氢氧化铝阻燃聚合物的效率，加入少量羟基氧化铁即可显著提升ATH/PE体系的阻燃性能，氧指数可达到30，垂直燃烧通过V-0级别。不过，该阻燃电缆材料的耐海水腐蚀以及耐微生物腐蚀的性能较差，容易被海水腐蚀而导致性能下降严重，缩短了其使用寿命。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种海底电缆用PE护套料，其具有较好的耐海水腐蚀以及耐微生物腐蚀的性能，能有效降低腐蚀对其产生的破坏，使用寿命较长。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：PE 100份，改性大麻纤维8～12份，改性氧化镁6～10份，抗氧剂0.2～0.3份，EVA 9～10份，炭黑2～3份，碳酸钙3～4份，稳定剂0.1～0.2份，偶联剂0.1份。
优选地，本发明所述PE为HDPE。
优选地，本发明所述抗氧剂为抗氧剂CA。
优选地，本发明所述稳定剂为硬脂酸钙。
优选地，本发明所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述海底电缆用PE护套料的制备方法。
为解决上述技术问题，技术方案是：
海底电缆用PE护套料的制备方法，其步骤如下：
(1)将大麻纤维用粉碎机粉碎后加入浓度为2％的氢氧化钠溶液，70℃下搅拌3小时，出料后用蒸馏水洗涤至中性，90℃下烘干2小时后得到碱化纤维；
(2)将甲酸溶于水中搅拌均匀后制得ph值为4的甲酸溶液，将偶联剂A174加入甲酸溶液中搅拌40分钟后得到纤维改性溶液，将步骤(1)得到的碱化纤维加入纤维改性溶液后浸泡2小时，取出后90℃下干燥7小时，得到改性大麻纤维；
(3)将纳米氧化镁与去离子水一起搅拌分散3小时，得到纳米氧化镁悬浮浆，用醋酸溶液调节其ph值为6，加入油酸钠，50℃下搅拌2小时，出料、过滤、洗涤、干燥、研磨，得到改性纳米氧化镁；
(4)按配方将PE、抗氧剂、EVA、炭黑、碳酸钙、稳定剂、偶联剂、步骤(2)得到的改性大麻纤维、步骤(3)得到的改性纳米氧化镁加入高速混合机混合12分钟，得到混合胶料，将混合胶料加入螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料，将粒料90℃下烘干3小时后得到海底电缆用PE护套料。
优选地，所述步骤(1)中，大麻纤维与氢氧化钠溶液的固液比为1:30。
优选地，所述步骤(2)中，碱化纤维与纤维改性溶液的固液比为1:25。
优选地，所述步骤(3)中，油酸钠与纳米氧化镁的质量比为1:6。
优选地，所述步骤(4)中，螺杆挤出机的螺杆的各段温度分别为140℃、150℃、155℃，机头温度为160℃。
由上可见，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)大麻纤维是一种天然纺织纤维，其纤维素成分具有很好的耐海水腐蚀性能，加入PE体系中后可有效提高护套料的耐海水腐蚀性能，不过大麻纤维表面含有的木质素、纤维素、半纤维素含有大量羟基，纤维素的分子链之间的氢键作用较强，使得其表面呈现极性和亲水性，与PE的疏水性不相容，直接加入会出现界面结合力较差的情况，二者之间的界面空隙会被海水渗入，反而会抵消大麻纤维本身的耐海水腐蚀性能，因此本发明先通过氢氧化钠对大麻纤维进行了碱化处理再通过A171偶联剂对其进行改性处理，碱化处理除去了大麻纤维的部分木质素、半纤维素以及果胶等杂质，可有效增加大麻纤维与PE的接触面积，偶联剂A171含有烷氧基基团，其水解后形成了硅醇，可与碱化大麻纤维中的羟基反应生成酯键，这样大麻纤维表面的亲水性被改变成了疏水性，与PE之间的相容性得到了较大改善，且能与PE形成较强的界面结合，大大减少了界面空隙，提高了护套料的耐海水腐蚀性能，此外，大麻纤维还具有抑制细菌的性能，可起到一定程度的耐生物腐蚀作用，提高护套料的耐生物腐蚀性能。
2)纳米氧化镁能与水反应将水中的氧变成活性氧离子，活性氧离子的高氧化性可破坏细胞壁的肽键结构而杀死微生物，而且纳米氧化镁的吸附性能较强，可对微生物的细胞膜产生较强的破坏性吸附，因此纳米氧化镁具有很强的抗菌及抗微生物性能，不过其表面能较高，容易发生团聚，在PE内的分散性较差，所以本发明利用油酸钠对其进行了表面改性，在纳米氧化镁表面形成单分子层覆盖，油酸钠的疏水基团朝外，使得纳米氧化镁呈现出疏水亲油性，可稳定地均匀地分散于PE中，并形成有效的界面结合，从而大大改善护套料的耐微生物腐蚀性能。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：HDPE 100份，改性大麻纤维9份，改性氧化镁6份，抗氧剂CA 0.3份，EVA 9.4份，炭黑2.5份，碳酸钙3.8份，硬脂酸钙0.1份，钛酸酯偶联剂0.1份。
其制备方法的步骤如下：
(1)将大麻纤维用粉碎机粉碎后加入浓度为2％的氢氧化钠溶液，大麻纤维与氢氧化钠溶液的固液比为1:30，70℃下搅拌3小时，出料后用蒸馏水洗涤至中性，90℃下烘干2小时后得到碱化纤维；
(2)将甲酸溶于水中搅拌均匀后制得ph值为4的甲酸溶液，将偶联剂A174加入甲酸溶液中搅拌40分钟后得到纤维改性溶液，将步骤(1)得到的碱化纤维加入纤维改性溶液后浸泡2小时，碱化纤维与纤维改性溶液的固液比为1:25，取出后90℃下干燥7小时，得到改性大麻纤维；
(3)将纳米氧化镁与去离子水一起搅拌分散3小时，得到纳米氧化镁悬浮浆，用醋酸溶液调节其ph值为6，加入油酸钠，油酸钠与纳米氧化镁的质量比为1:6，50℃下搅拌2小时，出料、过滤、洗涤、干燥、研磨，得到改性纳米氧化镁；
(4)按配方将PE、抗氧剂、EVA、炭黑、碳酸钙、稳定剂、偶联剂、步骤(2)得到的改性大麻纤维、步骤(3)得到的改性纳米氧化镁加入高速混合机混合12分钟，得到混合胶料，将混合胶料加入螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料，螺杆挤出机的螺杆的各段温度分别为140℃、150℃、155℃，机头温度为160℃，将粒料90℃下烘干3小时后得到海底电缆用PE护套料。
实施例2
海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：HDPE 100份，改性大麻纤维12份，改性氧化镁9.5份，抗氧剂CA 0.2份，EVA 9份，炭黑2.1份，碳酸钙3.9份，硬脂酸钙0.1份，钛酸酯偶联剂0.1份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例3
海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：HDPE 100份，改性大麻纤维11份，改性氧化镁8份，抗氧剂CA 0.3份，EVA 10份，炭黑2.4份，碳酸钙3.6份，硬脂酸钙0.2份，钛酸酯偶联剂0.1份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例4
海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：HDPE 100份，改性大麻纤维8份，改性氧化镁10份，抗氧剂CA 0.3份，EVA 9.5份，炭黑3份，碳酸钙3.4份，硬脂酸钙0.2份，钛酸酯偶联剂0.1份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例5
海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：HDPE 100份，改性大麻纤维10份，改性氧化镁7.5份，抗氧剂CA 0.2份，EVA 9.6份，炭黑2.7份，碳酸钙4份，硬脂酸钙0.1份，钛酸酯偶联剂0.1份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例6
海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：HDPE 100份，改性大麻纤维8.5份，改性氧化镁7份，抗氧剂CA 0.2份，EVA 9.2份，炭黑2.8份，碳酸钙3.2份，硬脂酸钙0.1份，钛酸酯偶联剂0.1份。
其制备方法与实施例1一样。
实施例7
海底电缆用PE护套料，其重量份组成为：HDPE 100份，改性大麻纤维10.5份，改性氧化镁8份，抗氧剂CA 0.3份，EVA 9.8份，炭黑2.2份，碳酸钙3.3份，硬脂酸钙0.2份，钛酸酯偶联剂0.1份。
其制备方法与实施例1一样。
经测试，实施例1-7制得的护套料以及对比例的性能保持率如下表所示，其中，
对比例为公开号为CN103788451A的中国专利，
测试过程为：将测试样品浸泡于模拟海水环境——水族箱中，水族箱内养殖有热带鱼、珊瑚、水草，室温静置处理4个月后测试其剩余性能，性能保持率按下式计算：
性能保持率＝(处理前性能—处理后性能)/处理前性能×100％
由上表可见，本发明制得的护套料的热变形温度保持率、抗冲击强度保持率、拉伸强度保持率均明显好于对比例，具有较好的耐海水腐蚀以及耐微生物腐蚀的性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.海底电缆用PE护套料，其特征在于：其重量份组成为：PE 100份，改性大麻纤维8～12份，改性氧化镁6～10份，抗氧剂0.2～0.3份，EVA 9～10份，炭黑2～3份，碳酸钙3～4份，稳定剂0.1～0.2份，偶联剂0.1份。
2.根据权利要求1所述的海底电缆用PE护套料，其特征在于：所述PE为HDPE。
3.根据权利要求1所述的海底电缆用PE护套料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂CA。
4.根据权利要求1所述的海底电缆用PE护套料，其特征在于：所述稳定剂为硬脂酸钙。
5.根据权利要求1所述的海底电缆用PE护套料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的海底电缆用PE护套料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)将大麻纤维用粉碎机粉碎后加入浓度为2％的氢氧化钠溶液，70℃下搅拌3小时，出料后用蒸馏水洗涤至中性，90℃下烘干2小时后得到碱化纤维；
(2)将甲酸溶于水中搅拌均匀后制得ph值为4的甲酸溶液，将偶联剂A174加入甲酸溶液中搅拌40分钟后得到纤维改性溶液，将步骤(1)得到的碱化纤维加入纤维改性溶液后浸泡2小时，取出后90℃下干燥7小时，得到改性大麻纤维；
(3)将纳米氧化镁与去离子水一起搅拌分散3小时，得到纳米氧化镁悬浮浆，用醋酸溶液调节其ph值为6，加入油酸钠，50℃下搅拌2小时，出料、过滤、洗涤、干燥、研磨，得到改性纳米氧化镁；
(4)按配方将PE、抗氧剂、EVA、炭黑、碳酸钙、稳定剂、偶联剂、步骤(2)得到的改性大麻纤维、步骤(3)得到的改性纳米氧化镁加入高速混合机混合12分钟，得到混合胶料，将混合胶料加入螺杆挤出机中挤出造粒，得到粒料，将粒料90℃下烘干3小时后得到海底电缆用PE护套料。
7.根据权利要求6所述的海底电缆用PE护套料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，大麻纤维与氢氧化钠溶液的固液比为1:30。
8.根据权利要求6所述的海底电缆用PE护套料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，碱化纤维与纤维改性溶液的固液比为1:25。
9.根据权利要求6所述的海底电缆用PE护套料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，油酸钠与纳米氧化镁的质量比为1:6。
10.根据权利要求6所述的海底电缆用PE护套料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，螺杆挤出机的螺杆的各段温度分别为140℃、150℃、155℃，机头温度为160℃。
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