CN106221048A - 一种连续扩张热收缩应力控制管材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电缆技术领域，公开了一种连续扩张热收缩应力控制管材料，包括以下重量份的原料：聚乙烯2420D，6.2～8.2份；聚乙烯Q210，9.4～12.6份；乙烯‑醋酸乙烯酯树脂18‑3，3.1～4.2份；热塑性弹性体8003，3.1～4.2份；氯化聚乙烯135A，22～36.3份，抗氧剂1010，1.25～1.7份；氧化铝包覆型超细钛酸钡25～33.3份；炭黑330,12.5～16.7份；环氧大豆油0.6～0.8份。所述的热收缩应力控制管材料具有介电常数高，体积电阻率相对稳定，拉伸强度大，断裂伸长率高，并能进行连续扩张生产的优点。所述的连续扩张热收缩应力控制管的制备方法，生产工艺简单，成品率和生产效率大幅度提高。

Description

一种连续扩张热收缩应力控制管材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种连续扩张热收缩应力控制管材料及其制备方法。
背景技术
电应力控制是对电缆附件内部的电场分布和电场强度实行控制，也就是采取适当的措施，使得电场分布和电场强度处于最佳状态，从而提高电缆附件运行的可靠性和使用寿命；是电缆附件设计中的极为重要的部分。
对电缆终端运行可靠性影响最大的是绝缘屏蔽层的切断处。为了改善电缆绝缘屏蔽层切断处的电应力分布，一般采用几何形状法和参数控制法。几何形状法是采用应力锥结构，应力锥是通过将绝缘屏蔽层的切断处电场进行延伸，使零电位形成喇叭状，改善了绝缘屏蔽层的电场分布。但应力锥是采用半导电材料制成，其电阻值受到生产工艺影响以及运行中的电场作用而很难保持稳定不变。另一方面应力锥对安装工艺要求很高，在安装电缆头时，应力锥与电缆外半导层搭接尺寸要求很高，极易造成安装失败。参数控制法是采用合适的电气参数的材料复合在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场的目的。目前行业里大多采用连续扩张热收缩应力控制管结构，连续扩张热收缩应力控制管是一种高介电常数的材料，理论上介电常数是越高越好，但是介电常数过大引起的电容电流会产生热量，促使应力控制材料老化。同时应力控制材料作为一种高分子多相结构复合材料，在材料本身配合上，介电常数与体积电阻率是一对矛盾，介电常数做得越高，体积电阻率相应就会降低，并且材料电气参数的稳定性也常常受到各种因素的影响。
中国专利文献CN10238280A公开了一种连续型热缩应力控制管材料及其制备方法，该应力控制管材料虽然可实现产品的连续扩张，但是难以保证应力控制管更好的拉伸强度和断裂伸长率，在长时间电场中运行，从而难以保证材料电气参数的稳定性，电缆易出现故障。中国专利文献CN104693586A公开了10-25kv电压等级电应力控制热收缩管及其制备方法，适于10-25kv电压等级的电力电缆终端和中间连接处的电应力控制保护，在制备过程中单螺杆造粒机制成母料，停放8小时后进行二次造粒，生产效率不高，不利于规模化生产。
发明内容
因此，本发明要解决的是在控制材料的介电常数和体积电阻率的前提下，如何增强材料的拉伸强度和断裂伸长率，满足应力控制管连续控制生产的要求这一技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种连续扩张热收缩应力控制管材料，其特征在于它包括下述重量份的原料：聚乙烯2420D，6.2～8.2份；聚乙烯Q210，9.4～12.6份；乙烯-醋酸乙烯酯树脂18-3，3.1～4.2份；热塑性弹性体8003，3.1～4.2份；氯化聚乙烯135A，22～36.3份，抗氧剂1010，1.25～1.7份；氧化铝包覆型超细钛酸钡25～33.3份；炭黑330,12.5～16.7份；环氧大豆油0.6～0.8份。
本发明提供的连续扩张热收缩应力控制管的制备方法包括以下步骤：
(1)制备热收缩应力管母料：原料各组分配比按照质量份数：聚乙烯2420D，6.2～8.2份；聚乙烯Q210，9.4～12.6份；乙烯-醋酸乙烯酯树脂18-3，3.1～4.2份；热塑性弹性体8003，3.1～4.2份；氯化聚乙烯135A，22～36.3份，抗氧剂1010，1.25～1.7份；氧化铝包覆型超细钛酸钡25～33.3份；炭黑330,12.5～16.7份；环氧大豆油0.6～0.8份。将所述原料各组分按照配比加入密炼机或高搅机搅拌后加入双螺杆混炼机中，经过充分搅拌与混炼，混炼温度150℃～170℃，螺杆转速100rpm～125rpm，使各个组分融合为一体，经造粒机造粒，造粒温度125℃～135℃，制备成所述的热收缩应力管母料；
(2)挤出：将所述母料加入塑料挤出机中，经过机身加热熔融后从挤出机头中挤出管状结构，挤出温度105℃～145℃，然后经过水槽冷却，冷却水的温度为10℃～30℃，风力吹干，表面印字，经过牵引机收到周转盘上，即得热收缩应力管半成品；
(3)辐照：将周转盘放到放线架上，经过张力可调整的张力架，引入辐照室内采用电子束辐照或伽马(γ)射线辐照装置对制成的热收缩应力管半成品进行若干次照射和冷却，辐照剂量11Mrad～12Mrad，再经过收线机收卷在周转盘上；
(4)扩张：将辐照后的半成品放在放线架上，调整张力，引入扩张机中，经甘油油浴120℃～130℃加热后，引入标准模具进行扩张，扩张温度120℃～130℃，扩张的线速度为1米/分钟～1.5米/分钟，然后引入水槽进行充分冷却10℃～30℃，将产品温度降至室温，然后收卷包装成所述的热收缩应力管成品。
采用聚烯烃树脂复配合金作为主料，在材料配方中引入氧化铝包覆型超细钛酸钡，其钛酸钡为4000～5000目，与聚烯烃树脂充分融合，目的在于增加热收缩应力管的拉伸强度和断裂伸长率，使成品应力管的拉伸强度达到12MPa，断裂伸长率到500％以上，可以进行连续扩张生产。传统的应力控制管拉伸强度在7MPa左右，断裂伸长率在200％左右，在生产过程中，只能进行布袋式单根扩张，生产效率极低，不利于规模化生产。
扩张过程中温度控制是关键，经甘油油浴加热后，引入标准模具进行扩张，扩张温度为120℃～130℃，扩张线速度1米/分钟～1.5米/分钟，然后引入水槽进行充分冷却，将产品温度降至室温，然后收卷包装成所述的热收缩应力管成品。
本发明的上述技术方案与现有技术比较具有以下优点:
(1)本发明实施例所述的一种连续扩张热收缩应力控制管材料，包括下述重量份的原料：聚乙烯2420D，6.2～8.2份；聚乙烯Q210，9.4～12.6份；乙烯-醋酸乙烯酯树脂18-3，3.1～4.2份；热塑性弹性体8003，3.1～4.2份；氯化聚乙烯135A，22～36.3份，抗氧剂1010，1.25～1.7份；氧化铝包覆型超细钛酸钡25～33.3份；炭黑330,12.5～16.7份；环氧大豆油0.6～0.8份，得到可控制介电常数在10～14，体积电阻率控制在106～107Ω·m范围之内的应力管母料，从而实现产品具有较高的介电常数和相对稳定的体积电阻率以及其它性能。
(2)本发明实施例所述的一种连续扩张热收缩应力控制管材料，在材料组分中引入氧化铝包覆型超细钛酸钡，使高填充钛酸钡均匀分散，与聚烯烃树脂充分融合，使成品应力管的拉伸强度达到12MPa，断裂伸长率到500％以上，达到连续扩张生产的要求。
(3)本发明实施例所述的一种连续扩张热收缩应力控制管的制备方法：
制备热收缩应力管母料：将所述原料各组分按照配比进行充分搅拌与混炼，使各组分融合为一体，然后造粒制得所述的热收缩应力管母料；
挤出：将所述母料加入塑料挤出机中，经过机身加热熔融后从挤出机头中挤出管状结构，冷却、干燥后，即得热收缩应力管半成品；
辐照：对所述半成品进行若干次辐照和冷却；
扩张：将辐照后的所述半成品加热，然后引入标准模具进行扩张，冷却后制得成品。
生产工艺简单，与传统单根扩张相比，成品率和生产效率大幅度提高。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的目的和技术方案，下面将对具体实施方式进行清楚、完整地描述。
本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。
下述实施例中，聚乙烯2420D购自中海壳牌，聚乙烯Q210购自兰州石化，乙烯-醋酸乙烯酯树脂购自燕山石化，热塑性弹性体购自陶氏化学，氯化聚乙烯购自淄博华星，抗氧剂购自美国亚宝，超细钛酸钡购自南通华众电子，炭黑购自天津亿博瑞化工，环氧大豆油购自山东梁山宏泰。
实施例1
本实施例提供一种连续扩张热收缩应力控制管材料，包括下述重量份的原料：聚乙烯2420D，6.2份；聚乙烯Q210，9.4份；乙烯-醋酸乙烯酯树脂18-3，4.2份；热塑性弹性体8003，3.9份；氯化聚乙烯135A，36.3份；抗氧剂1010，1.5份；氧化铝包覆型超细钛酸钡25份；炭黑330，12.5份；环氧大豆油0.6份。
本发明还提供一种热收缩应力控制管，其制备过程包括以下步骤:
(1)制备热收缩应力管母料：将所述原料各组分按照配比加入密炼机或高搅机搅拌后加入双螺杆混炼机中，经过充分搅拌与混炼，混炼温度170℃，螺杆转速125rpm，使各个组分融合为一体，然后经造粒机造粒，造粒温度130℃，制备成所述的热收缩应力管母料；
(2)挤出：将所述母料加入塑料挤出机中，经过机身加热熔融后从挤出机头中挤出管状结构，挤出温度125℃，然后经过水槽冷却，冷却水温度为20℃风力吹干，表面印字后，经过牵引机收到周转盘上，即得热收缩应力管半成品；
(3)辐照：将周转盘放到放线架上，经过张力可调整的张力架，引入辐照室内采用电子束辐照或伽马(γ)射线辐照对制成的热收缩应力管半成品进行若干次照射和冷却，辐照剂量12Mrad，再经过收线机收卷在周转盘上；
(4)扩张：将辐射后的所述半成品放在放线架上，调整张力，引入扩张机，经甘油油浴130℃加热，引入标准模具进行扩张，扩张的温度为130℃，扩张的线速度为1.2米/分钟，然后引入水槽进行充分冷却，冷却温度20℃，将产品温度降至室温，然后收卷包装成所述的热收缩应力管成品。
实施例2
本实施例提供一种连续扩张热收缩应力控制管材料，包括下述重量份的原料：聚乙烯2420D，8.2份；聚乙烯Q210，12.6份；乙烯-醋酸乙烯酯树脂18-3，3.6份；热塑性弹性体8003，4.2份；氯化聚乙烯135A，22份；抗氧剂1010，1.7份；氧化铝包覆型超细钛酸钡33.3份；炭黑330，16.7份；环氧大豆油0.8份。
本发明还提供一种热收缩应力控制管，其制备过程包括以下步骤:
(1)制备热收缩应力管母料：将所述原料各组分按照配比加入密炼机或高搅机搅拌后加入双螺杆混炼机中，经过充分搅拌与混炼，混炼温度160℃，螺杆转速115rpm，使各个组分融合为一体，然后经造粒机造粒，造粒温度135℃，制备成所述的热收缩应力管母料；
(2)挤出：将所述母料加入塑料挤出机中，经过机身加热熔融后从挤出机头中挤出管状结构，挤出温度145℃，然后经过水槽冷却，冷却水温度为30℃，风力吹干，表面印字后，经过牵引机收到周转盘上，即得热收缩应力管半成品；
(3)辐照：将周转盘放到放线架上，经过张力可调整的张力架，引入辐照室内采用电子束辐照或伽马(γ)射线辐照对制成的热收缩应力管半成品进行若干次照射和冷却，辐照剂量11.5Mrad，再经过收线机收卷在周转盘上；
(4)扩张：将辐射后的所述半成品放在放线架上，调整张力，引入扩张机，经甘油油浴125℃加热，引入标准模具进行扩张，扩张的温度为125℃，扩张的线速度为1米/分钟，然后引入水槽进行充分冷却，冷却温度30℃，将产品温度降至室温，然后收卷包装成所述的热收缩应力管成品。
实施例3
一种连续扩张热收缩应力控制管材料包括下述重量份的原料：聚乙烯2420D，7.2份；聚乙烯Q210，11份；乙烯-醋酸乙烯酯树脂18-3，3.1份；热塑性弹性体8003，3.1份；氯化聚乙烯135A，30份；抗氧剂1010，1.25份；氧化铝包覆型超细钛酸钡27.8份；炭黑330，15份；环氧大豆油0.7份。
本发明还提供一种热收缩应力控制管，其制备过程包括以下步骤:
(1)制备热收缩应力管母料：将所述原料各组分按照配比加入密炼机或高搅机搅拌后加入双螺杆混炼机中，经过充分搅拌与混炼，混炼温度150℃，螺杆转速100rpm，使各个组分融合为一体，然后经造粒机造粒，造粒温度125℃，制备成所述的热收缩应力管母料；
(2)挤出：将所述母料加入塑料挤出机中，经过机身加热熔融后从挤出机头中挤出管状结构，挤出温度105℃，然后经过水槽冷却，冷却水温度为10℃风力吹干，表面印字后，经过牵引机收到周转盘上，即得热收缩应力管半成品；
(3)辐照：将周转盘放到放线架上，经过张力可调整的张力架，引入辐照室内采用电子束辐照或伽马(γ)射线辐照对制成的热收缩应力管半成品进行若干次照射和冷却，辐照剂量11Mrad，再经过收线机收卷在周转盘上；
(4)扩张：将辐射后的所述半成品放在放线架上，调整张力，引入扩张机，经甘油油浴120℃加热，引入标准模具进行扩张，扩张的温度为120℃，扩张的线速度为1.5米/分钟，然后引入水槽进行充分冷却，冷却温度10℃，将产品温度降至室温，然后收卷包装成所述的热收缩应力管成品。
依据热收缩管性能指标要求，将制得的热收缩应力管的物理性能、机械性能、老化性能、电性能参数汇总如表1所示：
表1热收缩应力管性能指标要求
表2上述实施例制得的热收缩应力管的性能测试：
由表2可以看出，按照所述原料配比的热收缩应力管在物理性能、机械性能、老化性能、电性能的各项指标中均达到良好的效果。克服了现有技术的缺陷，在控控制材料的介电常数和体积电阻率的前提下，提升材料的拉伸强度和断裂伸长率，满足应力控制管连续控制生产的要求。它对电缆外屏蔽切断处进行应力控制，以改变电缆绝缘层表面的电位分布，从而达到均匀电场的作用，可以有效地避免了电场集中，从而不会引起电缆被击穿。
显然，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种连续扩张热收缩应力控制管材料，其特征在于，包括下述重量份的原料：
聚乙烯2420D，6.2～8.2份；聚乙烯Q210，9.4～12.6份；乙烯-醋酸乙烯酯树脂18-3，3.1～4.2份；热塑性弹性体8003，3.1～4.2份；氯化聚乙烯135A，22～36.3份，抗氧剂1010，1.25～1.7份；超细钛酸钡25～33.3份；炭黑330,12.5～16.7份；环氧大豆油0.6～0.8份。
2.根据权利要求1所述的一种连续扩张热收缩应力控制管材料，其特征在于，所述的超细钛酸钡为4000目～5000目。
3.根据权利要求1所述的一种连续扩张热收缩应力控制管材料，其特征在于，所述的超细钛酸钡为氧化铝包覆型超细钛酸钡。
4.一种权利要求1-3任一项所述的连续扩张热收缩应力控制管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备热收缩应力管母料：将所述原料各组分按照配比进行充分搅拌与混炼，使各组分融合为一体，然后造粒制得所述的热收缩应力管母料；
挤出：将所述母料加入塑料挤出机中，经过机身加热熔融后从挤出机头中挤出管状结构，冷却、干燥后，即得热收缩应力管半成品；
辐照：对所述半成品进行若干次辐照和冷却；
扩张：将辐照后的所述半成品加热，然后引入标准模具进行扩张，冷却后制得成品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混炼步骤的温度为150℃～170℃，螺杆转速为100rpm～125rpm；所述造粒步骤的温度为125℃～135℃。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述挤出步骤的温度为105℃～145℃。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述冷却步骤为水槽冷却，冷却水的温度为10℃～30℃。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述辐照步骤为电子束辐照或伽马(γ)射线辐照，剂量为11Mrad～12Mrad。
9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述辐照步骤之后的所述加热步骤为油浴加热。
10.根据权利要求4-9任一项所述的一种连续扩张热收缩应力控制管的制备方法，其特征在于，所述扩张步骤的温度为120℃～130℃，扩张线速度为1米/分钟～1.5米/分钟。
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