CN105895190A - 一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆 - Google Patents

一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，包括由铝合金导体和绝缘层构成的绝缘线芯、填充物、耐火云母带绕包层及PVC护套，按重量份计，所述PVC护套由以下组分混合制成：PVC树脂100份，三元乙丙橡胶15‑20份，耐热增强剂10‑15份，聚异丁烯5‑10份，煅烧陶土20‑30份，硬脂酸1‑3份，石蜡油10‑15份，热稳定剂1‑2份，光稳定剂1‑3份，抗氧剂1‑2份，增韧剂5‑8份，紫外防护剂0.5‑1份。本发明在户外具有优异的抗紫外老化性能，使用寿命长。

Description

一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆
技术领域
本发明涉及一种铝合金电力电缆，特别涉及一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆。
背景技术
目前的电线电缆行业中主导产品是铜芯电缆，这种电缆原料价格高，资源短缺，并且铜合金还有一些缺陷，比如造价较高、机械性能较差等。而铝矿资源和稀土资源相对较为丰富，为了缓解铜资源的紧张局面，利用铝合金等材料制作高性能的电缆可以作为一种很好的解决方案。铝合金的导电率是最常用基准材料铜IACS的61.8％，载流量是铜的79％，优于纯铝标准。在同样体积下，铝合金的实际重量大约是铜的三分之一，因此，相同载流量时铝合金电缆的重量大约是铜缆的一半。采用铝合金电缆取代铜缆，可以减轻电缆重量，降低安装成本，减少设备和电缆的磨损，使安装工作更轻松。铝合金电力电缆所具备的良好的机械性能和电性能，使得它可以广泛应用于国民经济的各个领域，如普通民宅、高层建筑、电梯、大小型超市商场、地铁、机场、车站、医院、银行、写字楼、宾馆酒店、邮政电信大楼、展览馆、图书馆、博物馆、古代建筑、学校、电力大楼、公共娱乐场所、隧道、地下建筑、仓库等，还可以用于冶金、钢铁、焦炭、煤矿、电厂、输变电站、造船、石油、化工、医药、核电站、航空航天、军事、造纸等行业，以及家电、汽车、公共交通设施等等。
户外环境使用的铝合金电力电缆，面临着长期紫外辐射和高温的共同侵蚀，导致电缆表面开裂变形，严重影响着铝合金电力电缆的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，在户外具有优异的抗紫外老化性能，使用寿命长。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，包括由铝合金导体和绝缘层(交联聚乙烯)构成的绝缘线芯、填充物(玻璃纤维线绳)、耐火云母带绕包层及PVC护套，按重量份计，所述PVC护套由以下组分混合制成：PVC树脂100份，三元乙丙橡胶15-20份，耐热增强剂10-15份，聚异丁烯5-10份，煅烧陶土20-30份，硬脂酸1-3份，石蜡油10-15份，热稳定剂1-2份，光稳定剂1-3份，抗氧剂1-2份，增韧剂5-8份，紫外防护剂0.5-1份。
作为优选，所述耐热增强剂为纳米二氧化钛与凹凸棒土的混合物经改性处理后而得，其中纳米二氧化钛与凹凸棒土质量比为0.3-0.5:1。
本发明在材料中特别添加耐热增强剂，纳米二氧化钛主要起到耐热作用，同时纳米二氧化钛还是一种高效遮光剂，能增强抗紫外能力，凹凸棒土对材料体系有明显增强和增韧作用，本发明将纳米二氧化钛与凹凸棒土配合，协同发挥作用，并进行特定的改性处理，使得耐热增强剂对材料的耐热及增强、增韧作用明显提升，从而大大提升了产品的使用寿命。
煅烧陶土为补强材料，三元乙丙橡胶、聚异丁烯提供耐热抗老化性能。
作为优选，所述耐热增强剂的具体制备步骤如下：
(1)将凹凸棒土在420-440℃下煅烧100-120min，冷却后，粉碎，过筛得凹凸棒粉；
(2)将凹凸棒粉与纳米二氧化钛混匀后得混合物；
(3)将混合物与质量浓度10-15％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得混合物分散液；
(4)向混合物分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理15-25min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在75-85下真空干燥2-4h得初级改性物；
(5)将质量浓度为35-45％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性物混合25-35min，然后再加入质量浓度为40-50％硅烷偶联剂KH570的无水乙醇溶液混合35-45min，然后80-90℃下真空干燥30-60min，粉碎后得耐热增强剂。
通过将混合物加入二甲基亚砜溶液中，能够使得混合物分散均匀，这样利于后续的酸溶液氧化改性。酸溶液能够使得纳米二氧化钛、凹凸棒土亲水性降低，亲油性增加，从而提高纳米二氧化钛、凹凸棒土与PVC树脂的结合力。初级改性物由于颗粒较细，容易团聚，这样不利于后续加工，且对复合材料的性能有较大影响。发明人通过长期的实验研究后发现，先通过使用钛酸酯偶联剂对初级改性物进行第一次表面处理，后再通过添加硅烷偶联剂对处理过的初级改性物进行第二次表面处理，这样能有效解决初级改性物团聚的问题，使硅烷偶联剂有效的包裹初级改性物，进一步的防止了初级改性物的团聚，为与PVC树脂的混合做好了有效的铺垫作用，由于偶联剂的处理，初级改性物与PVC树脂混合的更均匀，结合强度更好，形成的复合材料成分均匀，力学性能佳。钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂均配成无水乙醇溶液的形式添加，这样与初级改性物的混合均匀性好，起效好。
作为优选，步骤(3)中质量浓度10-15％的二甲基亚砜溶液用量为每克混合物使用10-15mL。
作为优选，步骤(4)中所述酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1:3-5体积比的混合物。本发明的特定酸溶液是针对凹凸棒土、纳米二氧化钛的改性设计的，能够使得纳米二氧化钛、凹凸棒土亲水性降低，亲油性增加，从而提高纳米二氧化钛、凹凸棒土与氯化丁基橡胶的结合力。
作为优选，步骤(5)中钛酸酯偶联剂的用量为初级改性物重量的0.3-0.5％，硅烷偶联剂KH570的用量为初级改性物重量的1-1.5％。
作为优选，所述热稳定剂选自二甲基氯化锡、二月桂酸二丁基锡、甲基硫醇锡、马来酸二丁基锡中的一种或几种；所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或几种。
作为优选，所述光稳定剂选自受阻胺类光稳定剂Tinuvin 622、Tinuvin770、chimassorb 944中的一种或几种。
作为优选，所述紫外防护剂按质量百分比计由以下组分混合而成：纳米硫酸钡粉40-70％，纳米氧化锌粉30-60％；紫外防护剂预处理后使用，预处理方法为：将质量浓度为50-60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与紫外防护剂混合10-30min，钛酸酯偶联剂用量为紫外防护剂重量的0.5-1％，然后再加入质量浓度为50-60％的硅烷偶联剂KH560无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，硅烷偶联剂KH560用量为紫外防护剂重量的1-1.5％。
纳米硫酸钡具有较强的抵抗紫外线作用，可以反射电磁波，起到防辐射的作用。添加的纳米氧化锌具有抗紫外线作用，同时，纳米氧化锌还能消炎杀菌，防止细菌在材料表面滋生，本发明将纳米硫酸钡粉、纳米氧化锌粉混合在一起，协同发挥作用，大大提高了材料的抗长期紫外老化性能。
紫外防护剂由于颗粒较细，容易团聚，这样不利于后续加工，且对复合材料的性能有较大影响。发明人通过长期的实验研究后发现，先通过使用钛酸酯偶联剂对紫外防护剂进行第一次表面处理，后再通过添加硅烷偶联剂对处理过的紫外防护剂进行第二次表面处理，这样能有效解决紫外防护剂团聚的问题，使硅烷偶联剂有效的包裹紫外防护剂，进一步的防止了紫外防护剂的团聚，为后续与PVC的混合做好了有效的铺垫作用，由于偶联剂的处理，紫外防护剂与高密度聚乙烯混合的更均匀，结合强度更好，形成的复合材料成分均匀，力学性能佳。
作为优选，所述增韧剂为改性竹纤维，改性竹纤维制备方法为：将竹纤维加水调节含水量至65-70％，再在竹纤维上喷洒均匀喷洒EM菌液，EM菌液用量为竹纤维重量的3-5％，建堆发酵，在温度25-28℃的环境温度下，发酵3-5天，发酵后的竹纤维放75-85℃下干燥至水分含量在3％以下。采用EM发酵竹纤维，能减少竹纤维中纤维素游离羟基数量，增强同PVC树脂的结合强度。
本发明的有益效果是：在户外具有优异的抗紫外老化性能，使用寿命长，护套材料的机械性能良好。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图。
图中：1、铝合金导体，2、绝缘层，3、填充物，4、耐火云母带绕包层，5、PVC护套。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
如图1所示的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，包括由铝合金导体1和绝缘层2(交联聚乙烯)构成的绝缘线芯、填充物(3玻璃纤维线绳)、耐火云母带绕包层4及PVC护套5，按重量份计，所述PVC护套由以下组分混合制成：PVC树脂100份，三元乙丙橡胶15份，耐热增强剂10份，聚异丁烯5份，煅烧陶土20份，硬脂酸1份，石蜡油10份，热稳定剂(二甲基氯化锡)1份，光稳定剂(Tinuvin622)1份，抗氧剂(抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168)1份，增韧剂5份，紫外防护剂0.5份。
所述耐热增强剂为纳米二氧化钛与凹凸棒土的混合物经改性处理后而得，其中纳米二氧化钛与凹凸棒土质量比为0.3:1。耐热增强剂的具体制备步骤如下：
(1)将凹凸棒土在420℃下煅烧120min，冷却后，粉碎，过筛得凹凸棒粉。
(2)将凹凸棒粉与纳米二氧化钛混匀后得混合物。
(3)将混合物与质量浓度10％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得混合物分散液；质量浓度10％的二甲基亚砜溶液用量为每克混合物使用15mL。
(4)向混合物分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理15min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在75下真空干燥4h得初级改性物；所述酸溶液为质量浓度为5％的硝酸溶液与质量浓度为15％的乙酸溶液按照1:3体积比的混合物。
(5)将质量浓度为35％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性物混合25min，然后再加入质量浓度为40％硅烷偶联剂KH570的无水乙醇溶液混合35min，然后80℃下真空干燥60min，粉碎后得耐热增强剂。钛酸酯偶联剂的用量为初级改性物重量的0.3％，硅烷偶联剂KH570的用量为初级改性物重量的1％。
所述紫外防护剂按质量百分比计由以下组分混合而成：纳米硫酸钡粉40％，纳米氧化锌粉60％；紫外防护剂预处理后使用，预处理方法为：将质量浓度为50％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与紫外防护剂混合10min，钛酸酯偶联剂用量为紫外防护剂重量的0.5％，然后再加入质量浓度为50％的硅烷偶联剂KH560无水乙醇溶液混合10min，然后80℃下真空干燥60min，硅烷偶联剂KH560用量为紫外防护剂重量的1％。
所述增韧剂为改性竹纤维，改性竹纤维制备方法为：将竹纤维加水调节含水量至65％，再在竹纤维上喷洒均匀喷洒EM菌液(市售)，EM菌液用量为竹纤维重量的3％，建堆发酵，在温度25℃的环境温度下，发酵5天，发酵后的竹纤维放75℃下干燥至水分含量在3％以下。
实施例2：
如图1所示的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，包括由铝合金导体1和绝缘层2(交联聚乙烯)构成的绝缘线芯、填充物(3玻璃纤维线绳)、耐火云母带绕包层4及PVC护套5，按重量份计，所述PVC护套由以下组分混合制成：PVC树脂100份，三元乙丙橡胶20份，耐热增强剂15份，聚异丁烯10份，煅烧陶土30份，硬脂酸3份，石蜡油15份，热稳定剂(甲基硫醇锡)2份，光稳定剂(Tinuvin770)3份，抗氧剂(抗氧剂1076)2份，增韧剂8份，紫外防护剂1份。
所述耐热增强剂为纳米二氧化钛与凹凸棒土的混合物经改性处理后而得，其中纳米二氧化钛与凹凸棒土质量比为0.5:1。耐热增强剂的具体制备步骤如下：
(1)将凹凸棒土在440℃下煅烧100min，冷却后，粉碎，过筛得凹凸棒粉。
(2)将凹凸棒粉与纳米二氧化钛混匀后得混合物。
(3)将混合物与质量浓度15％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得混合物分散液；质量浓度15％的二甲基亚砜溶液用量为每克混合物使用10mL。
(4)向混合物分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理25min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在85下真空干燥2h得初级改性物；所述酸溶液为质量浓度为10％的硝酸溶液与质量浓度为10％的乙酸溶液按照1:5体积比的混合物。
(5)将质量浓度为45％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性物混合35min，然后再加入质量浓度为50％硅烷偶联剂KH570的无水乙醇溶液混合45min，然后90℃下真空干燥30min，粉碎后得耐热增强剂。钛酸酯偶联剂的用量为初级改性物重量的0.5％，硅烷偶联剂KH570的用量为初级改性物重量的1.5％。
所述紫外防护剂按质量百分比计由以下组分混合而成：纳米硫酸钡粉70％，纳米氧化锌粉30％；紫外防护剂预处理后使用，预处理方法为：将质量浓度为60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与紫外防护剂混合30min，钛酸酯偶联剂用量为紫外防护剂重量的1％，然后再加入质量浓度为60％的硅烷偶联剂KH560无水乙醇溶液混合30min，然后100℃下真空干燥30min，硅烷偶联剂KH560用量为紫外防护剂重量的1.5％。
所述增韧剂为改性竹纤维，改性竹纤维制备方法为：将竹纤维加水调节含水量至70％，再在竹纤维上喷洒均匀喷洒EM菌液(市售)，EM菌液用量为竹纤维重量的5％，建堆发酵，在温度28℃的环境温度下，发酵3天，发酵后的竹纤维放85℃下干燥至水分含量在3％以下。
实施例3：
如图1所示的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，包括由铝合金导体1和绝缘层2(交联聚乙烯)构成的绝缘线芯、填充物(3玻璃纤维线绳)、耐火云母带绕包层4及PVC护套5，按重量份计，所述PVC护套由以下组分混合制成：PVC树脂100份，三元乙丙橡胶18份，耐热增强剂12份，聚异丁烯8份，煅烧陶土25份，硬脂酸2份，石蜡油12份，热稳定剂(马来酸二丁基锡)1-2份，光稳定剂(Tinuvin770)1-3份，抗氧剂(抗氧剂168)1.5份，增韧剂7份，紫外防护剂0.8份。
所述耐热增强剂为纳米二氧化钛与凹凸棒土的混合物经改性处理后而得，其中纳米二氧化钛与凹凸棒土质量比为0.4:1。耐热增强剂的具体制备步骤如下：
(1)将凹凸棒土在430℃下煅烧110min，冷却后，粉碎，过筛得凹凸棒粉。
(2)将凹凸棒粉与纳米二氧化钛混匀后得混合物。
(3)将混合物与质量浓度12％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得混合物分散液；质量浓度12％的二甲基亚砜溶液用量为每克混合物使用12mL。
(4)向混合物分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理20min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在80下真空干燥3h得初级改性物；所述酸溶液为质量浓度为7％的硝酸溶液与质量浓度为12％的乙酸溶液按照1:4体积比的混合物。
(5)将质量浓度为40％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性物混合30min，然后再加入质量浓度为45％硅烷偶联剂KH570的无水乙醇溶液混合40min，然后85℃下真空干燥40min，粉碎后得耐热增强剂。钛酸酯偶联剂的用量为初级改性物重量的0.4％，硅烷偶联剂KH570的用量为初级改性物重量的1.2％。
所述紫外防护剂按质量百分比计由以下组分混合而成：纳米硫酸钡粉50％，纳米氧化锌粉50％；紫外防护剂预处理后使用，预处理方法为：将质量浓度为55％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与紫外防护剂混合20min，钛酸酯偶联剂用量为紫外防护剂重量的0.8％，然后再加入质量浓度为55％的硅烷偶联剂KH560无水乙醇溶液混合20min，然后90℃下真空干燥50min，硅烷偶联剂KH560用量为紫外防护剂重量的1.2％。
所述增韧剂为改性竹纤维，改性竹纤维制备方法为：将竹纤维加水调节含水量至65％，再在竹纤维上喷洒均匀喷洒EM菌液(市售)，EM菌液用量为竹纤维重量的4％，建堆发酵，在温度27℃的环境温度下，发酵4天，发酵后的竹纤维放80℃下干燥至水分含量在3％以下。
本发明的PVC护套材料在0.6W/m2，340nm紫外光老化6000小后断裂伸长率保持率＞70％。本发明的PVC护套材料的拉伸强度＞25MPa，断裂伸长率＞350％，经136℃×168h热空气老化后，拉伸强度保持率＞97％，断裂伸长率保持率＞97％。经1000小时的人工气候老化试验后，拉伸强度变化率为25±1％，断裂伸长率变化率为27±1％。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，包括由铝合金导体和绝缘层构成的绝缘线芯、填充物、耐火云母带绕包层及PVC护套，其特征在于，按重量份计，所述PVC护套由以下组分混合制成：PVC树脂100份，三元乙丙橡胶15-20份，耐热增强剂10-15份，聚异丁烯5-10份，煅烧陶土20-30份，硬脂酸1-3份，石蜡油10-15份，热稳定剂1-2份，光稳定剂1-3份，抗氧剂1-2份，增韧剂5-8份，紫外防护剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：所述耐热增强剂为纳米二氧化钛与凹凸棒土的混合物经改性处理后而得，其中纳米二氧化钛与凹凸棒土质量比为0.3-0.5:1。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：所述耐热增强剂的具体制备步骤如下：
(1)将凹凸棒土在420-440℃下煅烧100-120min，冷却后，粉碎，过筛得凹凸棒粉；
(2)将凹凸棒粉与纳米二氧化钛混匀后得混合物；
(3)将混合物与质量浓度10-15％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得混合物分散液；
(4)向混合物分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理15-25min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在75-85下真空干燥2-4h得初级改性物；
(5)将质量浓度为35-45％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性物混合25-35min，然后再加入质量浓度为40-50％硅烷偶联剂KH570的无水乙醇溶液混合35-45min，然后80-90℃下真空干燥30-60min，粉碎后得耐热增强剂。
4.根据权利要求3所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：步骤(3)中质量浓度10-15％的二甲基亚砜溶液用量为每克混合物使用10-15mL。
5.根据权利要求3所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：步骤(4)中所述酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1:3-5体积比的混合物。
6.根据权利要求3所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：步骤(5)中钛酸酯偶联剂的用量为初级改性物重量的0.3-0.5％，硅烷偶联剂KH570的用量为初级改性物重量的1-1.5％。
7.根据权利要求1所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：所述热稳定剂选自二甲基氯化锡、二月桂酸二丁基锡、甲基硫醇锡、马来酸二丁基锡中的一种或几种；所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：所述光稳定剂选自受阻胺类光稳定剂Tinuvin 622、Tinuvin770、chimassorb 944中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：所述紫外防护剂按质量百分比计由以下组分混合而成：纳米硫酸钡粉40-70％，纳米氧化锌粉30-60％；紫外防护剂预处理后使用，预处理方法为：将质量浓度为50-60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与紫外防护剂混合10-30min，钛酸酯偶联剂用量为紫外防护剂重量的0.5-1％，然后再加入质量浓度为50-60％的硅烷偶联剂KH560无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，硅烷偶联剂KH560用量为紫外防护剂重量的1-1.5％。
10.根据权利要求1所述的一种抗长期紫外老化的绕包铝合金电力电缆，其特征在于：所述增韧剂为改性竹纤维，改性竹纤维制备方法为：将竹纤维加水调节含水量至65-70％，再在竹纤维上喷洒均匀喷洒EM菌液，EM菌液用量为竹纤维重量的3-5％，建堆发酵，在温度25-28℃的环境温度下，发酵3-5天，发酵后的竹纤维放75-85℃下干燥至水分含量在3％以下。
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