CN105086075A - 一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料及其制备方法 - Google Patents

一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料，由下列重量份的原料制成：高密度聚乙烯84-86、十溴联苯醚15-17、三氧化二锑7-9、茂金属聚乙烯2-3、纳米氢氧化镁2-3、环己烷4-5、γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.2-0.3、硬脂酸钙3-4、蒙脱土4-6、三烯丙基异氰脲酸酯0.1-0.2、沸石分子筛8-10、异丁烯三乙氧基硅烷1.2-1.5、低密度聚乙烯13-15、微晶蜡2-3。本发明利用沸石分子筛等吸附粒子，约束了水分在高密度聚乙烯界面的活动，有效的抑制水树的引发和生长；同时本发明阻燃、抗击穿，具有良好的耐腐蚀性和抗老化性，显著提高了电缆的使用寿命，适合用作潮湿环境中使用的电缆。

Description

一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)是一种用途非常广泛的通用塑料，根据添加增塑剂的量不同，可以制成硬质、半硬质和软质制品，还可以与其他聚合物共混进行改性，做成种类繁多、性能各异的制品，用量非常大，是世界五大通用塑料之一。在全球范围内PVC树脂的需求量和聚乙烯、聚丙烯位列前三位，而在中国其消费量已经升至第一位。聚氯乙烯本身也是本质阻燃材料，其氧指数很高，阻燃效果很好，但纯的PVC是刚性链段，在90℃以上就开始分解，加工就必须加入增塑剂，增塑剂都是易燃物，所以软质PVC须加入阻燃剂才有阻燃效果。而且聚氯乙烯在燃烧时会产生氯化氢气体，具有很大的毒性和腐蚀性，且浓烟较多。随着环保要求的提高，DOP等邻苯类增塑剂已经被禁止，所以说就要进一步发挥聚乙烯电缆料的各项优点。
聚乙烯(PE)是目前产量最大的通用塑料之一，具有耐化学腐蚀性、质轻、电绝缘性、无毒、易加工、价格低廉等特点，广泛应用于电器、化工、包装、食品、交通、建筑等行业。然而PE的氧指数只有17.5%，属于易燃材料，因此需要对其进行阻燃改性处理以扩大其应用范围。还有为了提高聚乙烯电缆料的介电特性，如空间电荷集聚、体积电阻率和击穿强度等，目前高压直流电缆一般采用传统方法来改性聚乙烯绝缘料。其中共混技术是提高聚乙烯介电性能使用最多的一种方法，但是不同组分的共混会形成两相结构的微观界面，甚至出现向材料表面渗透和分离现象，影响共混物的其他介电性能，如共混可能会导致介电强度降低。因此，最好的方法是使用两种化学结构相似、相容性好的组分来进行共混，从而消除两种材料的微观界面的不良影响。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料及其制备方法。本发明中添加沸石分子筛、蒙脱土等无机多孔粒子具有吸附特性，使水分在电缆料上的分布更为均匀，不会聚集成水滴，因而可以提高产品的抗水树性能，适合生产潮湿环境中使用的电缆。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料，由下列重量份的原料制成：高密度聚乙烯84-86、十溴联苯醚15-17、三氧化二锑7-9、茂金属聚乙烯2-3、纳米氢氧化镁2-3、环己烷4-5、γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.2-0.3、硬脂酸钙3-4、蒙脱土4-6、三烯丙基异氰脲酸酯0.1-0.2、沸石分子筛8-10、异丁烯三乙氧基硅烷1.2-1.5、低密度聚乙烯13-15、微晶蜡2-3。
所述一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料，由以下具体步骤制成：
（1）将十溴联苯醚、三氧化二锑加入到高速混合机中，在80-90℃下混合15-20分钟，然后将一半量的高密度聚乙烯加入到高速混合机中，90-100℃下混合10-15分钟，最后将混合好的物料置于开炼机中，在145℃下塑炼8-10分钟出片，粉碎后放入烘箱中干燥5-6小时，即得到阻燃母料；
（2）将纳米氢氧化铝与茂金属聚乙烯分别放在80℃电热恒温干燥箱内热处理6小时待用；将干燥后的纳米氢氧化铝超声分散于环己烷中，形成悬浮液，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，超声分散20分钟后将悬浮液倒入器皿中，放入烘箱中，在60℃的温度下烘干24小时，得到表面改性的纳米粉；干燥后的茂金属聚乙烯与表面改性的纳米粉放入混料机中，以140℃的温度混料30分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制成抗击穿改性母料；
（3）将蒙脱土与沸石分子筛混合后，过200目筛，然后加入异丁烯三乙氧基硅烷，放入高速混合机中，以1000转/分的速度搅拌30分钟后，得到表面改性的混合粉末待用；将低密度聚乙烯、三烯丙基异氰脲酸酯放入密炼机中，在120-130℃的共混10分钟，然后加入表面改性的混合粉末，继续共混10分钟后，送入双螺杆挤出机中造粒，得到混合物料；
（4）将阻燃母料、抗击穿改性母料、混合物料、剩余的高密度聚乙烯以及其余剩余成分放入高速混合机中，在温度为160℃，500转/分的速度下混合15分钟，再以2000转/分的速度混合10分钟下料，然后放入双螺杆挤出机挤出造粒，最后将粒料在80℃烘箱中干燥24小时即得。
本发明的优点是：本发明通过配方与工艺的改性，添加纳米氢氧化铝与茂金属聚乙烯等成分，这些成分的引入显著地减少了空间电荷的注入和聚集，改善了空间电荷特性，提高了直流击穿电场强度，同时由于含有少量的茂金属聚乙烯，提高了电缆料的拉伸强度以及综合性能。添加十溴联苯醚与三氧化二锑，协同作用，减少了可燃气体的生成量，改变了聚合物的分解模式，使材料的热稳定性得到了提高。同时反应分解出SbBr3，能较长时间停留在燃烧区域，具有稀释和隔离作用，进一步提高阻燃性能。
本发明利用沸石分子筛等吸附粒子，约束了水分在高密度聚乙烯界面的活动，有效的抑制水树的引发和生长；同时本发明阻燃、抗击穿，具有良好的耐腐蚀性和抗老化性，显著提高了电缆的使用寿命，适合用作潮湿环境中使用的电缆。
具体实施方式
一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料，由下列重量份（公斤）的原料制成：高密度聚乙烯84、十溴联苯醚15、三氧化二锑7、茂金属聚乙烯2、纳米氢氧化镁2、环己烷4、γ氨丙基三乙氧基硅烷0.2、硬脂酸钙3、蒙脱土4、三烯丙基异氰脲酸酯0.1、沸石分子筛8、异丁烯三乙氧基硅烷1.2、低密度聚乙烯13、微晶蜡2。
所述一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料，由以下具体步骤制成：
（1）将十溴联苯醚、三氧化二锑加入到高速混合机中，在80℃下混合15分钟，然后将一半量的高密度聚乙烯加入到高速混合机中，90℃下混合10分钟，最后将混合好的物料置于开炼机中，在145℃下塑炼8分钟出片，粉碎后放入烘箱中干燥5小时，即得到阻燃母料；
（2）将纳米氢氧化铝与茂金属聚乙烯分别放在80℃电热恒温干燥箱内热处理6小时待用；将干燥后的纳米氢氧化铝超声分散于环己烷中，形成悬浮液，然后加入γ氨丙基三乙氧基硅烷，超声分散20分钟后将悬浮液倒入器皿中，放入烘箱中，在60℃的温度下烘干24小时，得到表面改性的纳米粉；干燥后的茂金属聚乙烯与表面改性的纳米粉放入混料机中，以140℃的温度混料30分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制成抗击穿改性母料；
（3）将蒙脱土与沸石分子筛混合后，过200目筛，然后加入异丁烯三乙氧基硅烷，放入高速混合机中，以1000转/分的速度搅拌30分钟后，得到表面改性的混合粉末待用；将低密度聚乙烯、三烯丙基异氰脲酸酯放入密炼机中，在120℃的共混10分钟，然后加入表面改性的混合粉末，继续共混10分钟后，送入双螺杆挤出机中造粒，得到混合物料；
（4）将阻燃母料、抗击穿改性母料、混合物料、剩余的高密度聚乙烯以及其余剩余成分放入高速混合机中，在温度为160℃，500转/分的速度下混合15分钟，再以2000转/分的速度混合10分钟下料，然后放入双螺杆挤出机挤出造粒，最后将粒料在80℃烘箱中干燥24小时即得。
将本发明电缆料应用于电缆的生产，电缆产品经检测，达到的指标如下：抗张强度≥16MPa，断裂伸张率≥280%，断裂伸长率变化率为16.7%，氧指数≥28%，介电强度≥30MV/m。

Claims (2)

1.一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：高密度聚乙烯84-86、十溴联苯醚15-17、三氧化二锑7-9、茂金属聚乙烯2-3、纳米氢氧化镁2-3、环己烷4-5、γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.2-0.3、硬脂酸钙3-4、蒙脱土4-6、三烯丙基异氰脲酸酯0.1-0.2、沸石分子筛8-10、异丁烯三乙氧基硅烷1.2-1.5、低密度聚乙烯13-15、微晶蜡2-3。
2.根据权利要求1所述一种抗水树抗击穿的阻燃电力电缆料，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将十溴联苯醚、三氧化二锑加入到高速混合机中，在80-90℃下混合15-20分钟，然后将一半量的高密度聚乙烯加入到高速混合机中，90-100℃下混合10-15分钟，最后将混合好的物料置于开炼机中，在145℃下塑炼8-10分钟出片，粉碎后放入烘箱中干燥5-6小时，即得到阻燃母料；
（2）将纳米氢氧化铝与茂金属聚乙烯分别放在80℃电热恒温干燥箱内热处理6小时待用；将干燥后的纳米氢氧化铝超声分散于环己烷中，形成悬浮液，然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，超声分散20分钟后将悬浮液倒入器皿中，放入烘箱中，在60℃的温度下烘干24小时，得到表面改性的纳米粉；干燥后的茂金属聚乙烯与表面改性的纳米粉放入混料机中，以140℃的温度混料30分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，制成抗击穿改性母料；
（3）将蒙脱土与沸石分子筛混合后，过200目筛，然后加入异丁烯三乙氧基硅烷，放入高速混合机中，以1000转/分的速度搅拌30分钟后，得到表面改性的混合粉末待用；将低密度聚乙烯、三烯丙基异氰脲酸酯放入密炼机中，在120-130℃的共混10分钟，然后加入表面改性的混合粉末，继续共混10分钟后，送入双螺杆挤出机中造粒，得到混合物料；
（4）将阻燃母料、抗击穿改性母料、混合物料、剩余的高密度聚乙烯以及其余剩余成分放入高速混合机中，在温度为160℃，500转/分的速度下混合15分钟，再以2000转/分的速度混合10分钟下料，然后放入双螺杆挤出机挤出造粒，最后将粒料在80℃烘箱中干燥24小时即得。
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