CN105001491A - 一种高强度耐电老化电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐电老化电缆,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体以及包覆在导体外部的绝缘层;在缆芯外设有内护套层,在内护套层外设有外护套层,外护套层采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料包括:低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶、环氧树脂、有机改性纳米碳酸钙、有机改性蒙脱土、改性纳米氧化镁、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、环氧脂肪酸辛酯、十溴二苯乙烷、硬脂酸钙、过氧化二异丙苯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、抗氧剂、硅烷偶联剂。本发明所述高强度耐电老化电缆,其强度高,耐电老化性好,使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域,尤其涉及一种高强度耐电老化电缆。
背景技术
直流输电技术由于其在稳定性与经济性等方面的诸多优点,成为目前电气工程领域研究的热点。高压直流塑料电缆是直流输电的关键设备之一,具有体积小、输送容量大、免维护等优势,因此研究和开发直流塑料绝缘电缆对直流输电至关重要。
聚合物以其优越的电气和机械性能而被广泛应用于电气绝缘领域。聚乙烯具有高介电强度和低介电损耗,被广泛应用于电力电缆中,然而,由于高压领域的直流电缆在运行过程中,聚乙烯的低电导率特性使得内部积聚的空间电荷难以扩散,引起局部场强的严重畸变,尤其当满负荷运行中存在温度梯度效应时,此现象更为严重,当绝缘层表面局部场强达到一定值时,便会引起局部放电、树枝化等绝缘老化现象,大大降低电缆的使用寿命。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种高强度耐电老化电缆,其强度高,耐电老化性好,使用寿命长。
本发明提出的一种高强度耐电老化电缆,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体以及包覆在导体外部的绝缘层;在缆芯外设有内护套层,在内护套层外设有外护套层,外护套层采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯45-75份、三元乙丙橡胶15-25份、环氧树脂10-30份、有机改性纳米碳酸钙12-22份、有机改性蒙脱土30-50份、改性纳米氧化镁20-45份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物5-10份、环氧脂肪酸辛酯5-12份、十溴二苯乙烷40-55份、硬脂酸钙5-10份、过氧化二异丙苯3-7份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯2-6份、三烯丙基异氰脲酸酯3-7份、抗氧剂3-14份、硅烷偶联剂15-30份。
优选地,高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯55-68份、三元乙丙橡胶20-25份、环氧树脂18-23份、有机改性纳米碳酸钙15-20份、有机改性蒙脱土38-43份、改性纳米氧化镁32-40份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物6.3-9份、环氧脂肪酸辛酯8-10份、十溴二苯乙烷48-52份、硬脂酸钙6.5-8.3份、过氧化二异丙苯5-7份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯3-6份、三烯丙基异氰脲酸酯5-7份、抗氧剂6-11份、硅烷偶联剂21-26份。
优选地,高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯63份、三元乙丙橡胶22份、环氧树脂20份、有机改性纳米碳酸钙17份、有机改性蒙脱土41份、改性纳米氧化镁36份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物7份、环氧脂肪酸辛酯8.5份、十溴二苯乙烷49份、硬脂酸钙7份、过氧化二异丙苯6份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯5.2份、三烯丙基异氰脲酸酯5.3份、抗氧剂10份、硅烷偶联剂22份。
优选地,所述有机改性纳米碳酸钙的改性剂为硬脂酸、硅烷偶联剂中的一种或者两种的组合。
优选地,所述有机改性蒙脱土的改性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或者两种的组合。
优选地,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA中的一种或者多种与磷酸三辛酯、双十二碳醇酯中的一种或者两种的组合。
优选地,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的组合,且抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的重量比为2-5:3-5:1-5:3-7:2-6。
优选地,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的组合,且抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的重量比为3:4:2:5:5。
优选地,所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂Si-69中的一种或者多种的组合。
本发明所述高性能改性聚乙烯材料可以按照常规的塑料制备方法制备而成。
本发明高性能改性聚乙烯材料中,选择了三元乙丙橡胶、环氧树脂与低密度聚乙烯共混,赋予材料优异的耐氧化、抗臭氧、抗侵蚀和电绝缘能力;蒙脱土经有机改性后得到有机改性蒙脱土加入到材料中,在硅烷偶联剂的辅助下,低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶、环氧树脂均匀地插入到了有机改性蒙脱土的片层间,破坏了有机改性蒙脱土的层状有序结构,形成了剥离型的纳米级复合材料,有机改性蒙脱土与基体的相互作用增强,同时还存在氢键等次分子键的作用,在基体间起到物理交联点的作用,导致了聚乙烯分子链的老化降解受阻,改善了材料的击穿性能,提高了材料的耐电老化性;加入改性纳米氧化镁,材料中没有空间电荷的积聚,高温侧和低温侧场强变化平缓,削弱了材料的场强畸变性,改善了材料的综合性能,提高了材料的直流击穿强度和体积电阻率,与有机改性蒙脱土配合,赋予材料优异的耐电气老化性能;抗氧剂加入到材料中,提高了材料的耐老化性能,通过多种抗氧剂的配合使用,使其性能协同促进,赋予材料优异的耐老化性能。
本发明中,通过选择合适的原料,控制各原料的比例,使其处于最佳比例状态,各原料的优势协同促进,制作的电缆外护套强度高,耐电老化性好,用于电缆中,提高了电缆的强度,改善了电缆的耐老化性能,延长了电缆的使用寿命。
附图说明
图1为本发明所述高强度耐电老化电缆的结构示意图。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
在具体实施例中,本发明所述高性能改性聚乙烯材料的原料中,低密度聚乙烯的重量份可以为45、47、48、49.3、52、53、56、57、58、59、62、63、64.5、67、68、69.3、72、73、74.2、75份;三元乙丙橡胶的重量份可以为15、17、18、19、21、22、22.3、23、24.2、25份;环氧树脂的重量份可以为10、12、13、15、16、18、19、21、23、24.2、26、27、28、29.3、30份;有机改性纳米碳酸钙的重量份可以为12、14、15、16、18、19、21、21.3、22份;有机改性蒙脱土的重量份可以为30、32、34、35、36、38、39.3、42、43、46、47.3、48、49.3、50份;改性纳米氧化镁的重量份可以为20、23、25、26、28、29、31、32、34、35、36、37、38.3、41、42、43.4、44.2、45份;乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的重量份可以为5、5.6、6、6.3、7、7.3、8、8.6、9.2、10份;环氧脂肪酸辛酯的重量份可以为5、6、7、8、8.3、9、9.4、10、10.6、11、11.3、12份;十溴二苯乙烷的重量份可以为40、42、43、45、46、48、49、52、53、53.4、54、54.2、55份;硬脂酸钙的重量份可以为5、6、7、8、9、9.3、10份;过氧化二异丙苯的重量份可以为3、3.2、4、4.2、5、5.3、6、6.3、7份;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的重量份可以为2、2.6、3、3.4、4、4.5、5、5.3、6份;三烯丙基异氰脲酸酯的重量份可以为3、3.4、4、4.6、5、5.3、6、6.7、7份;抗氧剂的重量份可以为3、4、5、6、6.3、7、7.8、9、9.2、10、11、13、13.4、14份;硅烷偶联剂的重量份可以为15、17、18、19、21、23、24、25、26.3、27、28、28.6、30份。
实施例1
图1为本发明所述高强度耐电老化电缆的结构示意图,参照图1,本发明所述高强度耐电老化电缆,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体1以及包覆在导体外部的绝缘层2;在缆芯外设有内护套层3,在内护套层3外设有外护套层4,外护套层4采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯72份、三元乙丙橡胶22.3份、环氧树脂24.2份、有机改性纳米碳酸钙21.3份、有机改性蒙脱土39.3份、改性纳米氧化镁34份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物9.2份、环氧脂肪酸辛酯10.6份、十溴二苯乙烷53.4份、硬脂酸钙9份、过氧化二异丙苯6.3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯4.5份、三烯丙基异氰脲酸酯4份、抗氧剂7份、硅烷偶联剂23份。
实施例2
参照图1,本发明所述高强度耐电老化电缆,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体1以及包覆在导体外部的绝缘层2;在缆芯外设有内护套层3,在内护套层3外设有外护套层4,外护套层4采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯45份、三元乙丙橡胶25份、环氧树脂30份、有机改性纳米碳酸钙22份、有机改性蒙脱土30份、改性纳米氧化镁45份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物5份、环氧脂肪酸辛酯12份、十溴二苯乙烷40份、硬脂酸钙10份、过氧化二异丙苯3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯6份、三烯丙基异氰脲酸酯7份、抗氧剂3份、硅烷偶联剂KH55030份;
其中,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的组合,且抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的重量比为4:4:3:5:3。
实施例3
参照图1,本发明所述高强度耐电老化电缆,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体1以及包覆在导体外部的绝缘层2;在缆芯外设有内护套层3,在内护套层3外设有外护套层4,外护套层4采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯75份、三元乙丙橡胶15份、环氧树脂10份、有机改性纳米碳酸钙12份、有机改性蒙脱土50份、改性纳米氧化镁20份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物10份、环氧脂肪酸辛酯5份、十溴二苯乙烷55份、硬脂酸钙5份、过氧化二异丙苯7份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯2份、三烯丙基异氰脲酸酯3份、抗氧剂14份、硅烷偶联剂KH5703份、硅烷偶联剂Si-6912份;
其中,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的组合,且抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的重量比为5:3:1:7:2。
实施例4
参照图1,本发明所述高强度耐电老化电缆,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体1以及包覆在导体外部的绝缘层2;在缆芯外设有内护套层3,在内护套层3外设有外护套层4,外护套层4采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯68份、三元乙丙橡胶20份、环氧树脂18份、有机改性纳米碳酸钙20份、有机改性蒙脱土38份、改性纳米氧化镁40份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物9份、环氧脂肪酸辛酯10份、十溴二苯乙烷48份、硬脂酸钙8.3份、过氧化二异丙苯5份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯6份、三烯丙基异氰脲酸酯5份、抗氧剂11份、硅烷偶联剂KH5505份、硅烷偶联剂KH5708份、硅烷偶联剂Si-697份;
其中,所述有机改性纳米碳酸钙的改性剂为硬脂酸、硅烷偶联剂的组合,且硬脂酸与硅烷偶联剂的重量比为1:4;所述有机改性蒙脱土的改性剂为十六烷基三甲基溴化铵;所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的组合,且抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的重量比为2:5:5:3:6。
实施例5
参照图1,本发明所述高强度耐电老化电缆,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体1以及包覆在导体外部的绝缘层2;在缆芯外设有内护套层3,在内护套层3外设有外护套层4,外护套层4采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯63份、三元乙丙橡胶22份、环氧树脂20份、有机改性纳米碳酸钙17份、有机改性蒙脱土41份、改性纳米氧化镁36份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物7份、环氧脂肪酸辛酯8.5份、十溴二苯乙烷49份、硬脂酸钙7份、过氧化二异丙苯6份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯5.2份、三烯丙基异氰脲酸酯5.3份、抗氧剂10102份、抗氧剂1644份、磷酸三辛酯2份、双十二碳醇酯2份、硅烷偶联剂22份;
其中,所述有机改性纳米碳酸钙的改性剂为硅烷偶联剂;所述有机改性蒙脱土的改性剂为十六烷基三甲基氯化铵。
实施例6
参照图1,本发明所述高强度耐电老化电缆,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体1以及包覆在导体外部的绝缘层2;在缆芯外设有内护套层3,在内护套层3外设有外护套层4,外护套层4采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯55份、三元乙丙橡胶25份、环氧树脂23份、有机改性纳米碳酸钙15份、有机改性蒙脱土43份、改性纳米氧化镁32份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物6.3份、环氧脂肪酸辛酯8份、十溴二苯乙烷52份、硬脂酸钙6.5份、过氧化二异丙苯7份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯3份、三烯丙基异氰脲酸酯7份、抗氧剂10103份、磷酸三辛酯3份、硅烷偶联剂26份;
其中,所述有机改性纳米碳酸钙的改性剂为硬脂酸;所述有机改性蒙脱土的改性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵的组合,且十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵的重量比为2:5。
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 (9)
1.一种高强度耐电老化电缆,其特征在于,包括缆芯,缆芯包括位于中部的导体(1)以及包覆在导体外部的绝缘层(2);在缆芯外设有内护套层(3),在内护套层(3)外设有外护套层(4),外护套层(4)采用高性能改性聚乙烯材料制作,其中,所述高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯45-75份、三元乙丙橡胶15-25份、环氧树脂10-30份、有机改性纳米碳酸钙12-22份、有机改性蒙脱土30-50份、改性纳米氧化镁20-45份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物5-10份、环氧脂肪酸辛酯5-12份、十溴二苯乙烷40-55份、硬脂酸钙5-10份、过氧化二异丙苯3-7份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯2-6份、三烯丙基异氰脲酸酯3-7份、抗氧剂3-14份、硅烷偶联剂15-30份。
2.根据权利要求1所述高强度耐电老化电缆,其特征在于,高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯55-68份、三元乙丙橡胶20-25份、环氧树脂18-23份、有机改性纳米碳酸钙15-20份、有机改性蒙脱土38-43份、改性纳米氧化镁32-40份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物6.3-9份、环氧脂肪酸辛酯8-10份、十溴二苯乙烷48-52份、硬脂酸钙6.5-8.3份、过氧化二异丙苯5-7份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯3-6份、三烯丙基异氰脲酸酯5-7份、抗氧剂6-11份、硅烷偶联剂21-26份。
3.根据权利要求1或2所述高强度耐电老化电缆,其特征在于,高性能改性聚乙烯材料的原料按重量份包括以下组分:低密度聚乙烯63份、三元乙丙橡胶22份、环氧树脂20份、有机改性纳米碳酸钙17份、有机改性蒙脱土41份、改性纳米氧化镁36份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物7份、环氧脂肪酸辛酯8.5份、十溴二苯乙烷49份、硬脂酸钙7份、过氧化二异丙苯6份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯5.2份、三烯丙基异氰脲酸酯5.3份、抗氧剂10份、硅烷偶联剂22份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高强度耐电老化电缆,其特征在于,所述有机改性纳米碳酸钙的改性剂为硬脂酸、硅烷偶联剂中的一种或者两种的组合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述高强度耐电老化电缆,其特征在于,所述有机改性蒙脱土的改性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或者两种的组合。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高强度耐电老化电缆,其特征在于,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA中的一种或者多种与磷酸三辛酯、双十二碳醇酯中的一种或者两种的组合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述高强度耐电老化电缆,其特征在于,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的组合,且抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的重量比为2-5:3-5:1-5:3-7:2-6。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高强度耐电老化电缆,其特征在于,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的组合,且抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂CA、磷酸三辛酯、双十二碳醇酯的重量比为3:4:2:5:5。
9.根据权利要求1-8中任一项所述高强度耐电老化电缆,其特征在于,所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂Si-69中的一种或者多种的组合。
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