CN105482262B - 一种阻燃高散热改性聚丙烯电力管材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阻燃高散热改性聚丙烯电力管材及其制备方法，属于电力器材领域。该阻燃高散热改性聚丙烯电力管材主要由按重量份计的以下组分制作而成：聚丙烯750‑1000份、金刚石粉5‑200份、石墨烯5‑100份、银粉5‑80份、氮化铝粉10‑180份、氧化聚乙烯蜡1‑10份、乙烯‑丙烯共聚物10‑100份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物10‑100份、三元乙丙橡胶10‑80份、耐热聚乙烯50‑150份、抗氧剂5‑30份、阻燃剂80‑300份、刚性填充料10‑100份、偶联剂5‑30份、氯化聚丙烯50‑150份。采用上述材料，经过混匀、造粒以及挤出成型，即可制备电力管材，其具有优异的阻燃、导热性能。
Description
技术领域
本发明涉及电力耗材领域，具体而言，涉及一种阻燃高散热改性聚丙烯电力管材及其制备方法。
背景技术
随着现代化建设的快速发展，人口越来越集中，用电量加大，工业发展用电也不断提高。通常情况下，高压电缆线都使用耐高温保护套管保护后埋入地下。由于高压电缆在负荷状态下处于发热状态，管材内经常保持较高的温度，导致电缆绝缘层的使用寿命缩短，容易发生老化龟裂、短路，进而引发安全事故，造成不必要的人身及财产损失。目前急需一种散热性能好的电力用管材。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种阻燃高散热改性聚丙烯电力管材，以提高管材的散热性。
本发明的第二目的在于提供一种阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法，该制备方法可制得散热性能良好，综合性能优异的电力管材。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种阻燃高散热改性聚丙烯电力管材，主要由按重量份计的以下组分制作而成：聚丙烯750-1000份、金刚石粉5-200份、石墨烯5-100份、银粉5-80份、氮化铝粉10-180份、氧化聚乙烯蜡1-10份、乙烯-丙烯共聚物10-100份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-100份、三元乙丙橡胶10-80份、耐热聚乙烯50-150份、抗氧剂5-30份、阻燃剂80-300份、刚性填充料10-100份、偶联剂5-30份以及氯化聚丙烯50-150份。
一种上述阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法，包括以下步骤：
称取耐热聚乙烯、氧化聚乙烯蜡、金刚石粉、石墨烯、银粉以及氮化铝粉，然后混匀、造粒，制成第一初料；
称取聚丙烯、氯化聚丙烯、抗氧剂、偶联剂、阻燃剂、刚性填充料、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯共聚物以及乙烯-醋酸乙烯共聚物，然后混匀、造粒，制成第二初料；以及
将所述第一初料和所述第二初料共混，挤出成型。
本发明的有益效果：
本发明提供的改性聚丙烯管材，其中含有高导热率的原料如金刚石粉、石墨烯、银粉、氮化铝粉，阻燃剂以及抗氧化剂，因此具有阻燃、高散热、高抗冲击、刚性好的优势。本发明提供的改性聚丙烯管材散热性能比国内同类现有管材提高100-200％，耐低温抗冲击性能比现有管材提高30-80％，同时阻燃性能达到V0级，环刚度比现有产品提高20-30％，氧化诱导时间比现有产品提高50-60％，使用寿命更长。本发明提供的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法，具有制备过程简单，易于操作的特点，可以快速完成大量电力管材的制作。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的改性聚丙烯管材和改性聚丙烯管材的制备方法进行具体说明。
改性聚丙烯管材主要由按重量份计的以下组分制作而成：聚丙烯750-1000份、金刚石粉5-200份、石墨烯5-100份、银粉5-80份、氮化铝粉10-180份、氧化聚乙烯蜡1-10份、乙烯-丙烯共聚物10-100份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-100份、三元乙丙橡胶10-80份、耐热聚乙烯50-150份、抗氧剂5-30份、阻燃剂80-300份、刚性填充料10-100份、偶联剂5-30份以及氯化聚丙烯50-150份。为了给电力管材着色，以便进行使用，还可在原料中加入5-10份的颜料，以便制备具有颜色的电力管材。颜料可根据需要进行选择，例如可以采用铁红、镉红、碳黑中的任一种。
聚丙烯的分子量为5万～10万。氯化聚丙烯，含氯20～30％(体积分数)。氯化聚丙烯具有极强的化学特性，如耐热、抗酸碱腐蚀等特性，从而可提高电力管材的使用寿命。氯化聚丙烯与聚丙烯具有相同的主链，两者混合后，分子链可以相互缠绕，可充分地混合。
金刚石粉、石墨烯、银粉、氮化铝粉传热效率高，具有较好的热导率，可提高电力管材整体的传热能力，防止由于传热速度慢而导致电力管材热聚集。
氧化聚乙烯蜡具有较好的润滑性，利于填料的分散，使电力管材的性质更均一。
乙烯-丙烯共聚物为乙烯和丙烯的嵌段共聚物，密度0.9～1g/cm3。乙烯-丙烯共聚物具有好的冷、热冲击性能，能够改善电力管材的冷、热环境下的稳定性。
乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量低于20％(重量分数)。乙烯-醋酸乙烯具有较好的低温耐受性。由于在分子链中引入了醋酸乙烯，其抗冲击性能提高，而且与填料之间的相溶性大大提高。
三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯以及二烯烃共聚产物，二烯烃单体可以选择乙叉降冰片烯、双环戊二烯、4-己二烯等等。三元乙烯丙橡胶可选用牌号为昆仑J4045、美国陶氏4725、美国陶氏3745中的任一种。
耐热聚乙烯使用温度可大于80℃，可改善电力管材的抗老化性能，可采用牌号为扬子石化4000F、独山子5410AA等牌号。
抗氧剂采用市售产品，抗氧剂1076(CAS号：2082-79-3)、抗氧剂1010(CAS号：6683-19-8)以及抗氧剂168(CAS号：31570-04-4)，抗氧化剂可以抑制管材的中分子间的氧化反应，从而减慢管材的老化速度。
阻燃剂可采用无机氧化物或者金属氧化物，如红磷、三氧化二铝、氢氧化铝、氢氧化镁、八钼酸铵中的一种或多种。
刚性填充料可选用硅灰石、碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、钛白粉、晶须、云母中的一种或多种。
偶联剂可选用铝钛偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂以及铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
上述阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法如下：
首先，称取耐热聚乙烯、氧化聚乙烯蜡、金刚石粉、石墨烯、银粉以及氮化铝粉，混匀、造粒，制成第一初料。
具体地，首选称取耐热聚乙烯50-150份、氧化聚乙烯蜡1-10份、金刚石粉5-200份、石墨烯5-100份、银粉5-80份、氮化铝粉10-180份，然后混匀、造粒。
由于聚合物的耐热聚乙烯、氧化聚乙烯蜡的存在，为了方便于混匀和造粒，可将各种原料混合，然后进行加热使聚合物软化，再通过搅拌使粉末物质与软化的聚合物混合。较佳地，加热温度在50～90℃，搅拌时间为5～20分钟。通过加热、搅拌混合后，再冷却至25～40℃，使得粉料与聚合物充分结合，形成稳定、均一的材料，然后利用造粒机进行造粒。优选地，螺旋造粒机的工作条件为：140～235℃，挤出速度8～30转/min，以获得第一初料。
其次，称取聚丙烯、氯化聚丙烯、抗氧剂、偶联剂、阻燃剂、刚性填充料、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯共聚物以及乙烯-醋酸乙烯共聚物，混匀、造粒，制成第二初料。较佳地，制作具有特定颜色的电力管材时，可在制备第二初料的步骤中加入颜料。
具体地，首选称取聚丙烯750-1000份、氯化聚丙烯50-150份、抗氧剂5-30份、偶联剂5-30份、阻燃剂80-300份、刚性填充料10-100份、三元乙丙橡胶10-80份、乙烯-丙烯共聚物10-100份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-100份以及颜料5～10份，然后混匀、造粒。
为了使得各种原料之间的混合更加均匀，优选地，将各种原料混合后，于50～90℃搅拌5-20分钟，然后冷却至25-40℃，使各种原料之间充分接触。冷却后，采用螺杆造粒机在140～235℃条件下，利用造粒机以8～30转/min的挤出速度进行造粒，获得第二初料。
再次，将获得的第一初料和第二初料共混，然后通过挤出成型制备管材。
较佳地，第一初料和第二初料通过加热并同时搅拌的方式进行共混。进一步地，第一初料和第二初料混合，并搅拌5～10分钟，搅拌的温度可选择在25～40℃。
共混以后，利用挤出成型机在以下的工作条件下工作制备管材。挤出行程机的机筒工作温度为160～210℃，模具温度为180～235℃，挤出机螺杆转速10-50转/min，牵引速度0.5-8米/min，冷却水温15-45℃，真空度0.015-0.06MPa，主机电流80-200A。
上述方法可以生产实壁电力用管材外，也可以生产电力用单壁波纹管材。
以下结合实施例对本发明的改性聚丙烯管材和改性聚丙烯管材的制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种改性聚丙烯，主要由以重量份计的以下组分的原料制作而成：
聚丙烯750份，金刚石粉5份，石墨烯5份，银粉5份，氮化铝粉10份，氧化聚乙烯蜡1份，乙烯-丙烯共聚物10份，乙烯-醋酸乙烯共聚物10份，三元乙丙橡胶10份(昆仑J4045)，耐热聚乙烯50份，5份抗氧剂1076，三氧化二铝30份，八钼酸铵80份，云母10份，铝钛偶联剂5份、氯化聚丙烯50份，铁红颜料6份。
上述改性聚丙烯管材通过以下方法制作而成：
步骤1、先将耐热聚乙烯、金刚石粉、石墨烯、银粉、氮化铝粉、氧化聚乙烯蜡、按照重量称重，在搅拌机中搅拌均匀，搅拌温度65℃，搅拌时间为10分钟，冷却温度30℃，然后利用造粒机进行造粒，得到第一初料。
造粒工艺参数如下：
造粒机的上料温度在140～200℃，由进料到出料的顺序，上料温度为升温区间，且包括4个温度区，温度依次为1区140℃，2区温度160℃，3区温度180℃，4区温度200℃；造粒机的出料机头温度为190℃。螺杆挤出速度10转/min，出料后，造粒料温度冷却到30℃备用。
步骤2、将抗氧剂1076、铝钛偶联剂、三氧化二铝、八钼酸铵、云母、三元乙丙橡胶(昆仑J4045)、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯、氯化聚丙烯、红色颜料按照重量称重，在搅拌机中搅拌均匀，搅拌温度58℃，搅拌时间为5分钟，冷却温度30℃，然后利用造粒机进行造粒，得到第二初料。
造粒工艺参数如下：
造粒机的上料温度在140～200℃，由进料到出料的顺序，上料区为升温区间，且包括4个温度区，其中1区温度140℃，2区温度160℃，3区温度180℃，4区温度200℃；造粒机的出料机头温度190℃。螺杆挤出速度25转/min，出料后，造粒料温度冷却到30℃备用。
步骤3、再将上述30℃第一初料和30℃第二初料，进行混合并搅拌5分钟，再经过挤出机进行挤出成型生产电力用管材。
挤出机的挤出成型工艺参数如下：
挤出机的机筒温度由进料到出料的顺序为一个升温区间，温度范围为165～200℃，且包括5个温度区。其中，1区165℃，2区175℃，3区190℃，4区195℃，5区200℃。
挤出机的连接体的温度为180℃。
挤出机的模具的温度为一个升温区间，温度范围为180～190℃，且包括4个温度区。其中，1区180℃，2区-4区190℃。
挤出机的口模的温度185℃，挤出机的螺杆转速10转/min，牵引速度0.5米/min，冷却水温30℃，真空度0.02MPa，主机电流80A。
本实施例中，电力管材的内径为150mm。
本实施例提供的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的性能与现有的聚丙烯电力管材(型号为聚丙烯3307)(对比例)的性能对比如表1所示。
表1本实施例提供的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材和对比例的聚丙烯电力管材的性能对比
从上表可得，本实施例提供的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材与现有的聚丙烯电力管材相比，在保持较好的阻燃性的同时，还具有导热率高高，低温抗冲击、抗外部压力以及抗氧化老化性能好的特点。
实施例2
本实施例提供了一种改性聚丙烯，其主要由以下组分的原料制作而成：
以重量份计，聚丙烯850份，金刚石粉150份，石墨烯50份，银粉40份，氮化铝粉90份，氧化聚乙烯蜡5份，乙烯-丙烯共聚物100份，乙烯-醋酸乙烯共聚物50份，三元乙丙橡胶40份，耐热聚乙烯100份，15份抗氧剂168，红磷40，氢氧化铝85份，碳酸钙50份，铝酸酯偶联剂20份、氯化聚丙烯100份，铁红颜料10份。
上述改性聚丙烯通过以下方法制作而成：
步骤1、先将耐热聚乙烯、金刚石粉、石墨烯、银粉、氮化铝粉、氧化聚乙烯蜡、按照重量称重，在搅拌机中搅拌均匀，搅拌温度80℃，搅拌时间为15分钟，然后冷却至温度为25℃，然后利用造粒机进行造粒，得到第一初料。
造粒工艺参数如下：
造粒机的上料温度范围在150～210℃，由进料到出料的顺序，上料温度为升温区间，且包括4个温度区。其中，1区温度150℃，2区温度165℃，3区温度185℃，4区温度210℃；造粒机的出料机头温度为210℃。螺杆挤出速度20转/min，造粒料温度冷却到30℃备用。
步骤2、然后将抗氧剂168、铝酸酯偶联剂、红磷、氢氧化铝、碳酸钙、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯、氯化聚丙烯、红色颜料按照重量称重，在搅拌机中搅拌均匀，搅拌温度76℃，搅拌时间为10分钟，然后冷却至温度为40℃，然后利用造粒机进行造粒，得到第二初料。
造粒工艺参数如下：
造粒机的上料温度在150～210℃，由进料到出料的顺序，上料温度为升温区间，且包括4个温度区。其中，1区温度150℃，2区温度170℃，3区温度190℃，4区温度210℃；造粒机的出料机头温度210℃。螺杆挤出速度20转/min，造粒料温度冷却到23℃备用。
步骤3、再将上述步骤1中30℃的第一初料和步骤2中23℃的第二初料进行混合，搅拌10分钟，再经过挤出机进行挤出成型生产电力用管材。
挤出机的挤出成型工艺参数如下：
挤出机的机筒温度由进料到出料的顺序为一个升温区间，温度范围为170～205℃，且包括5个温度区。其中，1区170℃，2区180℃，3区195℃，4区200℃，5区205℃。
挤出机的连接体的温度为185℃。
模具的温度为一个升温区间，温度范围为180～195℃，且包括4个温度区。其中，1区180℃，2区-4区均为195℃。
挤出机的口模的温度215℃，挤出机的螺杆转速30转/min，牵引速度4米/min，冷却水温35℃，真空度0.02MPa，主机电流150A。
本实施例中，电力管材的内径为150mm。
本实施例提供的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的性能与现有的聚丙烯电力管材(型号为聚丙烯3307)(对比例)的性能对比如表2所示。
表2本实施例提供的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材和对比例的聚丙烯电力管材的性能对比
实施例3
本实施例提供了一种改性聚丙烯，其主要由以下组分的原料制作而成：
以重量份计，聚丙烯1000份，金刚石粉200份，石墨烯100份，银粉80份，氮化铝粉180份，氧化聚乙烯蜡10份，乙烯-丙烯共聚物100份，乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，三元乙丙橡胶80份，耐热聚乙烯150份，氢氧化镁60份，八钼酸铵100份，晶须100份，硅烷偶联剂30份、12份抗氧剂1010，氯化聚丙烯150份，铁红颜料9份。
上述改性聚丙烯通过以下方法制作而成：
步骤1、先将耐热聚乙烯、金刚石粉、石墨烯、银粉、氮化铝粉、氧化聚乙烯、按照重量称重，在搅拌机中搅拌均匀，搅拌温度50℃，搅拌时间为10分钟，然后冷却至温度为25℃，再利用造粒机进行造粒，得到第一初料。
造粒工艺参数如下：
造粒机的上料温度在140～200℃，由进料到出料的顺序，上料温度为升温区间，且包括4个温度区。其中，1区温度155℃，2区温度175℃，3区温度195℃，4区温度225℃；造粒机的出料机头温度235℃，螺杆挤出速度30转/min，造粒料温度冷却到25℃备用。
步骤2、然后将抗氧剂1010、硅烷偶联剂、氢氧化镁、八钼酸铵、晶须、三元乙丙橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯、氯化聚丙烯、红色颜料按照重量称重，在搅拌机中搅拌均匀，搅拌温度83℃，搅拌时间为10分钟，然后冷却至温度30℃，然后利用造粒机进行造粒，得到第二初料。
造粒工艺参数如下：
造粒机的上料温度在140～200℃，由进料到出料的顺序，上料区为升温区间，且包括4个温度区。其中，1区温度155℃，2区温度175℃，3区温度195℃，4区温度225℃；造粒机的出料机头温度235℃。螺杆挤出速度30转/min，造粒料温度冷却到30℃备用。
步骤3、再将上面步骤1中25℃的第一初料和步骤2中30℃的第二初料进行混合，加热至温度为35℃并搅拌10分钟，再经过挤出机进行挤出成型生产电力用管材。
挤出机的挤出工艺参数如下：
挤出机的机筒温度由进料到出料的顺序为一个升温区间，温度范围为170～210℃，且包括5个温度区。其中，1区170℃，2区185℃，3区200℃，4区205℃，5区210℃。
挤出机的连接体的温度为190℃。
挤出机的模具的温度为一个升温区间，温度范围为185～200℃，且包括4个温度区。其中，1区185℃，2区-4区200℃。
挤出机的口模的温度235℃，挤出机的螺杆转速50转/min，牵引速度8米/min，冷却水温35℃，真空度0.06MPa,主机电流200A。
本实施例提供的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的性能与现有的聚丙烯电力管材(型号为聚丙烯3307)(对比例)的性能对比如表3所示。
表3本实施例提供的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材和对比例的聚丙烯电力管材的性能对比
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种阻燃高散热改性聚丙烯电力管材，其特征在于，主要由按重量份计的以下组分制作而成：
聚丙烯750-1000份、金刚石粉5-200份、石墨烯5-100份、银粉5-80份、氮化铝粉10-180份、氧化聚乙烯蜡1-10份、乙烯-丙烯共聚物10-100份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-100份、三元乙丙橡胶10-80份、耐热聚乙烯50-150份、抗氧剂5-30份、阻燃剂80-300份、刚性填充料10-100份、偶联剂5-30份以及氯化聚丙烯50-150份；所述刚性填充料包括硅灰石、碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、钛白粉、晶须、云母中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1076、抗氧剂1010以及抗氧剂168中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材，其特征在于，所述阻燃剂包括红磷、三氧化二铝、氢氧化铝、氢氧化镁、八钼酸铵中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材，其特征在于，所述偶联剂选自铝钛偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂以及铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
5.一种根据权利要求1所述的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
称取所述耐热聚乙烯、所述氧化聚乙烯蜡、所述金刚石粉、所述石墨烯、所述银粉以及所述氮化铝粉，混匀、造粒，制成第一初料；
称取所述聚丙烯、所述氯化聚丙烯、所述抗氧剂、所述偶联剂、所述阻燃剂、所述刚性填充料、所述三元乙丙橡胶、所述乙烯-丙烯共聚物以及所述乙烯-醋酸乙烯共聚物，混匀、造粒，制成第二初料；以及
将所述第一初料和所述第二初料共混，挤出成型。
6.根据权利要求5所述的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法，其特征在于，制成所述第一初料的步骤和制成所述第二初料的步骤中，所述混匀的方法是在50～90℃搅拌混合5-20分钟，然后冷却至25-40℃。
7.根据权利要求5所述的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法，其特征在于，制成所述第一初料的步骤和制成所述第二初料的步骤中，所述造粒的方法为：利用螺杆造粒机在140～235℃条件下，以8～30转/min的挤出速度进行造粒。
8.根据权利要求5所述的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法，其特征在于，将所述第一初料和所述第二初料共混的步骤中，所述共混的方法为：将所述第一初料和所述第二初料混合，并于25～40℃搅拌5-10分钟。
9.根据权利要求5所述的阻燃高散热改性聚丙烯电力管材的制备方法，其特征在于，所述挤出成型的条件为：
机筒温度165-210℃；模具温度180-235℃；挤出机螺杆转速10-50转/min，牵引速度0.5-8米/min，冷却水温15-45℃，真空度0.015-0.06MPa，主机电流80-200A。
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| CN105482262A (zh) | 2016-04-13 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 611230 north section of Hongye Road, Chongzhou Economic Development Zone, Chengdu, Sichuan Patentee after: Kangtai Plastic Technology Co.,Ltd. Address before: 611200 north section of Hongye Road, Chongzhou Economic Development Zone, Chengdu, Sichuan Patentee before: Kangtai Plastic Technology Group Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |