CN104945728A - 一种超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法 - Google Patents

一种超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法，所述护套料含有基础树脂、阻燃剂、偶联剂、相容剂、纳米蒙脱土、抗氧剂和润滑剂，以每100重量份的基础树脂计，该护套料含110～150重量份阻燃剂、0.8～3.0重量份偶联剂、5～10重量份相容剂、1.5～4重量份纳米蒙脱土、0.1～1.5重量份抗氧剂和0.1～4重量份润滑剂，该基础树脂含茂金属线形低密度聚乙烯和乙烯-丁烯共聚物，该阻燃剂为氢氧化镁和/或氢氧化铝；该偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷等；该相容剂为马来酸酐官能团接枝的聚烯烃；该润滑剂为硅酮母粒。所述护套料阻燃性能好，机械性能优越，体积电阻率高，抗开裂。

Description

一种超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法。
背景技术
随着超高压电缆的发展，110KV、220KV超高压电缆用低烟无卤阻燃护套材料需求越来越大。超高压电缆护套材料要求材料阻燃通过成束A类燃烧，电缆燃烧测试透光率≥60％，材料体积电阻率≥1012Ω·M。
目前，国内超高压电缆已规模使用。在现有技术中，超高压电缆用低烟无卤阻燃护套材料存在以下几个方面问题：(1)电缆成束A类阻燃不稳定；(2)超高压电缆截面积大，护套材料透光率测试不合格；(3)电缆护套材料体积电阻率不稳定。
超高压电缆一般应用在大型建筑工程领域。对电缆阻燃及电缆护套材料燃烧时的发烟量要求高。电缆在发生火灾时，保证人员能安全逃生。超高压电缆由于承载的电压高，电缆线路正常输电时，空间存在分布电荷，为了保证电缆周围人员的安全，超高压电缆护套材料的绝缘性比普通电缆护套材料要高一个数量级。低烟无卤阻燃护套材料由于加入了大量无机阻燃剂，材料的电性能下降。
CN 201210436665.8介绍了一种超高压电缆用阻燃护套材料，但是该申请没有详述该材料能解决超高压电缆低烟的问题，且在电缆护套材料抗开裂性能方面也不具备优势。
针对超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料使用的局限性，本发明提供了一种能满足上述综合性能要求的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种克服现有技术的不足，阻燃性能好，机械性能优越，体积电阻率高、抗开裂的低烟无卤阻燃护套料。
本发明的第二目的在于提供一种克服现有技术的不足，阻燃性能好，机械性能优越，体积电阻率高、抗开裂的低烟无卤阻燃护套料制的超高压电缆。
本发明的第三目的在于提供一种克服现有技术的不足，阻燃性能好，机械性能优越，体积电阻率高、抗开裂的低烟无卤阻燃护套料的制备方法。
因此，本发明第一方面提供一种超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料，所述护套料含有基础树脂、阻燃剂、偶联剂、相容剂、纳米蒙脱土、抗氧剂和润滑剂，或由其组成或制备得到，其中，以每100重量份的基础树脂计，所述护套料含：
其中，所述基础树脂含有茂金属线形低密度聚乙烯和乙烯-丁烯共聚物，且两者重量比为70～85：15～30；
所述阻燃剂为氢氧化镁和/或氢氧化铝；
所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或几种；
所述相容剂为马来酸酐官能团接枝的聚烯烃；和
所述润滑剂为硅酮母粒。
在本发明的一个具体实施方式中，以每100重量份的基础树脂计，所述阻燃剂的用量为120～140重量份。
在本发明的一个具体实施方式中，以每100重量份的基础树脂计，所述偶联剂的用量为1.0～2.5重量份。
在本发明的一个具体实施方式中，以每100重量份的基础树脂计，所述抗氧剂的用量为0.5～1重量份。
在本发明的一个具体实施方式中，以每100重量份的基础树脂计，所述润滑剂的用量为0.5～3重量份。
在本发明的一个具体实施方式中，所述茂金属线形低密度聚乙烯的熔融指数为2～5g/10min，以GB/T3682-2000法测定。
在本发明的一个具体实施方式中，所述乙烯-丁烯共聚物的熔融指数为2～5g/10min，以GB/T3682-2000法测定。
在本发明的一个具体实施方式中，所述氢氧化镁或氢氧化铝的中值粒径为1.25～1.65μm，比表面积为4～6m2/g。
在本发明的一个具体实施方式中，所述相容剂为马来酸酐官能团接枝的聚乙烯。
在本发明的一个具体实施方式中，使用GB/T3682-2000法测定，所述马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的熔融指数0.5～2g/10min；和以马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的总重量为基准计，所述马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的接枝率0.5％～1.5％。
在本发明的一个具体实施方式中，所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
在本发明的一个具体实施方式中，所述硅酮母粒中硅氧烷的数均分子量在60万～85万。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、硫代二丙酸双月桂酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或两种以上的混合物。
在本发明的一个具体实施方式中，所述纳米蒙脱土的粒径为3～5μm。
在本发明的一个具体实施方式中，所述抗氧剂为四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
在本发明的一个具体实施方式中，以每100重量份的基础树脂计，所述护套料含：
其中，所述阻燃剂为氢氧化镁；
所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷；
所述相容剂为马来酸酐官能团接枝的聚乙烯；和
所述抗氧剂为四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
本发明第二方面提供一种制备本发明所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料的方法，所述方法包括：
将阻燃剂、纳米蒙脱土、偶联剂、抗氧剂按照所述配比混合，加热至70℃±5℃，出料放置，然后将其与基础树脂、相容剂和润滑剂按所述配比混合，挤出造粒，从而制备得到所述超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料。
本发明还包括采用本发明所述方法制备得到的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料。
本发明还提供一种超高压电缆，其本发明所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料制备得到。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进配方，获得了一种超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法。在此基础上完成了本发明。
本发明中，术语“含有”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”或“包括”中。
超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料
本发明的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料含有基础树脂、阻燃剂、偶联剂、相容剂、纳米蒙脱土、抗氧剂和润滑剂，或有这些组分组成或制备得到。
基础树脂含有茂金属线形低密度聚乙烯(MLLDPE)和乙烯-丁烯共聚物(POE)，或由其组成。
在优选的实施例中，使用熔融指数为2～5g/10min的茂金属线形低密度聚乙烯(MLLDPE)，以GB/T3682-2000法测定。
在优选的实施例中，使用熔融指数为2～5g/10min的乙烯-丁烯共聚物(POE)，以GB/T3682-2000法测定。
茂金属线形低密度聚乙烯(MLLDPE)和乙烯-丁烯共聚物(POE)的重量比通常为70～85：15～30。
适用于本发明的阻燃剂优选为无机阻燃剂。更优选的，使用氢氧化镁和/或氢氧化铝。优选的，所述无机阻燃剂(优选氢氧化镁)的中值粒径为1.25～1.65μm，比表面积为4～6m2/g。通常，每100重量份的基础树脂使用110～150重量份的阻燃剂，优选使用120～140重量份的阻燃剂。在使用氢氧化镁和氢氧化铝的混合物时，对混合物中两者的比例并无特殊限制，只要其总用量在本文所限定的范围之内即可。优选使用氢氧化镁。
适用于本发明的偶联剂包括但不限于乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或几种。通常，每100重量份的基础树脂使用0.8～3.0份的偶联剂，优选1.0～2.5重量份的偶联剂。在使用两种或多种偶联剂的混合物时，对混合物中各偶联剂之间的用量比例并无特殊限制，只要混合物的总重量份在本文所述的范围之内即可。优选使用乙烯基三甲氧基硅烷。
适用于本发明的相容剂包括但不限于马来酸酐官能团接枝的聚烯烃。优选地，本发明使用马来酸酐官能团接枝的聚乙烯作为相容剂。更优选地，本发明的马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的熔融指数0.5～2g/10min(使用GB/T3682-2000法测定)，接枝率0.5％～1.5％，以马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的总重量为基准计。通常，每100重量份的基础树脂使用5～10重量份的相容剂。
适用于本发明的纳米蒙脱土可以是市售的各种纳米蒙脱土，优选粒径为1～8μm，更优选3～5微米。通常，每100重量份的基础树脂使用1.5～4份重量份的纳米蒙脱土。
适用于本发明的抗氧剂包括但不限于四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(1076)、硫代二丙酸双月桂酯(DLTP)和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(168)中的一种或两种以上的混合物，优选四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)。通常，每100重量份的基础树脂使用0.1～1.5重量份的抗氧剂，更优选0.5～1重量份。在使用两种或多种抗氧剂的混合物时，对混合物中各抗氧剂之间的用量比例并无特殊限制，只要混合物的总重量份在本文所述的范围之内即可。优选使用四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
适用于本发明的润滑剂为硅酮母粒，优选硅氧烷的数均分子量在60万～85万的硅酮母粒。通常，每100重量份的基础树脂使用0.1～4重量份的硅酮母粒，更优选0.5～3重量份。
超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料的制备
本发明的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料由前文所述的基础树脂、阻燃剂、偶联剂、相容剂、纳米蒙脱土、抗氧剂和润滑剂按前文所述的用量配比制备得到。
制备过程包括：将阻燃剂、纳米蒙脱土、偶联剂和抗氧剂按照配方所示的用量混合，加热至70℃±5℃，出料放置，与剩余的其它组分(基础树脂、相容剂和润滑剂)按配方所示的用量混合后挤出造粒，即可制备得到所述超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料。
挤出可采用本领域常规的制备超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料的方式实施。
本发明也包括采用上述方法制备得到的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料。
超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料的性能和用途
本发明超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料具有优异的拉伸强度、断裂伸长率、电缆燃烧透光率和体积电阻率，并通过电缆成束A类燃烧测试，在电缆热冲击试验(6圈，3倍电缆外径，130℃×1H)中护套不开裂。具体表现为阻燃性能好，机械性能优越，体积电阻率高，抗开裂。
具体而言，本发明超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料具有优异的拉伸强度在12MPa以上，甚至可14MPa以上；断裂伸长率在180％以上，甚至可在200％以上；电缆燃烧透光率在60％以上，甚至在70％以上；体积电阻率在3.0×1012Ω·M以上，甚至可高达6.0×1012Ω·M或以上。
优选地，本发明超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料具备上述一个或多个性能，更优选地，具有上述全部性能。
因此，本发明超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料特别适合用做超高压电缆的护套材料。
本发明也因此包括使用本发明超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料制得的电缆。
本发明的优点
本发明所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法具有如下优点：
1.本发明采用茂金属线形低密度聚乙烯(MLLDPE)、乙烯-丁烯共聚物(POE)为基体树脂，制备的超高压电缆用低烟无卤护套料具有优异的抗开裂性能、机械性能优越。其中，抗开裂性突出表现在，用该护套材料制备的电缆进行热冲击试验(6圈*3倍电缆外径)，在130℃，1小时后，护套材料无裂纹。
2.本发明采用纳米蒙脱土为协效阻燃剂，材料燃烧时有明显的成炭作用。阻燃效率高。阻燃剂纳米蒙脱土均匀分散在基体树脂中，能阻止外界湿气对低烟无卤阻燃材料的影响，提高了材料的体积电阻率。
本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。且组合物中所有组分的重量百分比之和应等于100％。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
此外，应理解，本发明也包括文中所述的各优选范围相互组合而获得的各技术方案。
实施例1
各组分名称及各组分重量如下：
按以下工艺步骤制备超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料：
将氢氧化镁、纳米蒙脱土、乙烯基三乙氧基硅烷、Irganox 1010(四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)按照重量混合，升温到70℃±5℃，出料放置，与其他组分按配比挤出造粒。
对实施例1中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例所示。
实施例2
各组分名称及各组分重量份数如下：
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例2中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例所示。
实施例3
各组分名称及各组分重量份数如下：
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例3中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例所示。
实施例4
各组分名称及各组分重量份数如下：
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例4中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例所示。实施例5
各组分名称及各组分重量份数如下：
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例5中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例所示。
实施例6
各组分名称及各组分重量份数如下：
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。
对实施例6中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例所示。
性能实施例
采用常规的测试实验对实施例1－6制备得到的电缆料进行性能测试。测试结果如下表1所示。
表1：实施例1－6产品性能测试结果
从表1的数据可以看出，本发明超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料阻燃性能好，机械性能优越，体积电阻率高，抗开裂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述护套料含有基础树脂、阻燃剂、偶联剂、相容剂、纳米蒙脱土、抗氧剂和润滑剂，其中，以每100重量份的基础树脂计，所述护套料含：
其中，所述基础树脂含有茂金属线形低密度聚乙烯和乙烯-丁烯共聚物，且两者重量比为70～85：15～30；
所述阻燃剂为氢氧化镁和/或氢氧化铝；
所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯中的一种或几种；
所述相容剂为马来酸酐官能团接枝的聚烯烃；和
所述润滑剂为硅酮母粒。
2.如权利要求1所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，
所述茂金属线形低密度聚乙烯的熔融指数为2～5g/10min，以GB/T3682-2000法测定；和/或
所述乙烯-丁烯共聚物的熔融指数为2～5g/10min，以GB/T3682-2000法测定；和/或
所述氢氧化镁或氢氧化铝的中值粒径为1.25～1.65μm，比表面积为4～6m2/g；和/或
所述相容剂为马来酸酐官能团接枝的聚乙烯；和/或
所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷；和/或
所述硅酮母粒中硅氧烷的数均分子量在60万～85万；和/或
所述的抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯、硫代二丙酸双月桂酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或两种以上的混合物。
3.如权利要求2所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，
使用GB/T3682-2000法测定，所述马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的熔融指数0.5～2g/10min；和
以马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的总重量为基准计，所述马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的接枝率0.5%～1.5%。
4.如权利要求1所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述纳米蒙脱土的粒径为3～5μm。
5.如权利要求1所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述抗氧剂为四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。
6.如权利要求1所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，以每100重量份的基础树脂计，所述护套料含：
其中，所述阻燃剂为氢氧化镁；
所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷；
所述相容剂为马来酸酐官能团接枝的聚乙烯；和
所述抗氧剂为四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯。
7.如权利要求6所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，
所述茂金属线形低密度聚乙烯的熔融指数为2～5g/10min，以GB/T3682-2000法测定；和/或
所述乙烯-丁烯共聚物的熔融指数为2～5g/10min，以GB/T3682-2000法测定；和/或
所述氢氧化镁的中值粒径为1.25～1.65μm，比表面积为4～6m2/g；和/或
使用GB/T3682-2000法测定，所述马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的熔融指数0.5～2g/10min；和以马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的总重量为基准计，所述马来酸酐官能团接枝的聚乙烯的接枝率0.5%～1.5%；和/或
所述硅酮母粒中硅氧烷的数均分子量在60万～85万。
8.一种如权利要求1～7中任一权利要求所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将阻燃剂、纳米蒙脱土、偶联剂、抗氧剂按照所述配比混合，加热至70℃±5℃，出料放置，然后将其与基础树脂、相容剂和润滑剂按所述配比混合，挤出造粒，从而制备得到所述超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料。
9.采用权利要求8的方法制备得到的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料。
10.一种超高压电缆，其由权利要求1－7和9中任一项所述的超高压电缆用低烟无卤阻燃护套料制备得到。
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