CN106519377A - 一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料 - Google Patents
一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料，利用碳化法将二氧化钛变成纳米粒子沉积到碳酸钙表面，并且利用硅酸钠对其复合物进行表面包覆改性，使二氧化硅在粉体表面形成致密膜，再将改性后的复合物添加到基体聚乙烯中，提高了粉体在聚乙烯中的分散性，不易团聚，能够提高材料的紫外吸收能力，可以屏蔽紫外光线，提高耐候性；本发明产品成分配比科学合理，具有良好的耐候性、耐热性以及优异的力学性能，同时具备了阻燃、抗直流击穿的特点，延长了普通聚乙烯电缆料的使用寿命以及使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及电缆料技术领域，尤其涉及一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料。
背景技术
聚乙烯因具有优良的电性能、力学性能、耐化学性能和良好的加工特性，已广泛应用于制作薄膜、管材、电线电缆、塑料制品、包装材料等日常生活用品和其他高精尖工程技术领域。其中低密度聚乙烯具有突出的柔韧性和绝缘性，无毒且易于着色，大量用于电缆料，取代含卤素的聚氯乙烯。电线电缆在应用过程中会不断受到电、热以及机械应力等各种因素的综合作用，例如过电流时导体会向绝缘层注入电子和空穴，而绝缘层极易发生电子或空穴积聚，形成空间电荷包，引发电场畸变，严重时发生电击穿，造成输电事故；因此，寻找有效途径抑制空间电荷积聚，均化绝缘层电场分布，抑制电树枝生长，延长电缆的使用寿命，是制备高性能电线电缆亟待解决的问题。
《多层介孔纳米MgO/低密度聚乙烯复合材料的制备及其绝缘性能》一文中采用低沸点溶剂法制备多层介孔结构纳米氧化镁，实现了纳米氧化镁在低密度聚乙烯中的均匀分散，添加1%纳米氧化镁的低密度聚乙烯70KV/mm电场下有效地抑制 了空间电荷积聚，提高了直流击穿强度，降低了介电常数，同时在较高场强下有效抑制了电子及空穴注入，阻止隧道效应的发生，抑制了空间电荷包的产生，复合材料的介电性能满足作为高性能绝缘材料的使用条件。但是由于聚乙烯材料的氧指数比较低，属于易燃材料，还需要对其进行阻燃改性后才能进一步满足电缆料的使用需求，电缆绝缘材料的综合性能决定了导线安全使用性，因此要求对绝缘材料进行介电性能研究的同时对其阻燃性、热稳定性、力学性能等进行深入研究。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料，由下列重量份的原料制成：低密度聚乙烯100-105、无水乙醇适量、纳米氧化镁1.5-2、硅烷偶联剂KH5500.1-0.12、酶解木质素20-22、浓度为2wt%的氢氧化钠溶液400-420、浓度为45wt%的甲醛水溶液6-7、三聚氰胺15-16、0.1mol/L的盐酸适量、焦磷酸钠4-5、微胶囊化红磷5-6、去离子水适量、环氧油酸丁酯3.5-4、浓度为10wt%的氢氧化钙浆料50-55、金红石型二氧化钛3-4、聚乙二醇磷酸酯、硅酸钠0.5-0.6。
所述一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料，由以下具体步骤制成：
（1）将纳米氧化镁超声分散在4-5倍量的无水乙醇中，离心、干燥，将干燥后的纳米氧化镁放入马弗炉中，以3-5℃/min的升温速率升温至200-220℃，保温30-40分钟，冷却后取出待用；将硅烷偶联剂KH550溶于10-12倍量的无水乙醇中，然后与煅烧后的纳米氧化镁混合，超声分散30-40分钟后离心、过滤、干燥，得到改性纳米氧化镁；
（2）将酶解木质素与浓度为2wt%的氢氧化钠溶液混合，以300-400转/分的速度搅拌至完全溶解，加热至90-95℃，加入浓度为45wt%的甲醛水溶液，搅拌反应100-120分钟后继续加入三聚氰胺，继续反应90-120分钟后缓慢滴加0.1mol/L的盐酸中和后待用；将焦磷酸钠溶于18-20倍量的去离子水中，然后加入上述反应中，继续搅拌反应60-90分钟，沉淀生成，静置、过滤、用去离子水清洗2-3次，然后放入真空干燥箱中以80-90℃的温度干燥，最后粉碎，过200目筛，得到改性酶解木质素；
（3）将金红石型二氧化钛与聚乙二醇磷酸酯加入到浓度为10wt%的氢氧化钙浆料中，加热至50-60℃下搅拌30-40分钟，然后将浆液转移至石英碳化管中，50-60℃下通入二氧化碳与氮气体积比为2:1的混合气体，当pH为7时，停止反应，继续加入溶于4-5倍量去离子水的硅酸钠，通入上述混合气体继续反应30-40分钟，反应结束后抽滤，将得到的滤饼置于80-90℃烘箱中恒温干燥5-6小时，得到二氧化钛氧化钙复合物；
（4）将步骤（1）（2）（3）得到的产物与低密度聚乙烯以及其余剩余成分共同放入高速混料机中，以800-1000转/份的速度搅拌混合10-12分钟后送入双辊开放式塑炼机中，控制温度150-160℃进行混炼，然后送入双螺杆挤出机中，控温150-170℃，进行挤出造粒即得。
本发明的优点是：本发明采用曼尼希反应原理通过甲醛、三聚氰胺、焦磷酸钠等成分对酶解木质素进行改性反应，生成改性酶解木质素，在热分解过程中作为一种碳源，可以对高分子材料的热分解起抑制作用，与微胶囊化红磷进行复配，添加到低密度聚乙烯电缆料的制备中，协同作用具有明显的阻燃抑烟效果，同时添加的阻燃成分不含卤，由天然物质生成，能够替代那些不可再生资源，安全环保，同时阻燃效果优异；本发明还再电缆料的制备中添加了改性纳米氧化镁，具有介孔结构，通过混料均匀的分散在低密度聚乙烯中，在较高场强下有效抑制了电子及空穴注入，阻止隧道效应的发生，抑制了空间电荷包的产生，提高了直流击穿强度，提高了本发明电缆料的抗击穿性能以及绝缘稳定性。
本发明利用碳化法将二氧化钛变成纳米粒子沉积到碳酸钙表面，并且利用硅酸钠对其复合物进行表面包覆改性，使二氧化硅在粉体表面形成致密膜，再将改性后的复合物添加到基体聚乙烯中，提高了粉体在聚乙烯中的分散性，不易团聚，能够提高材料的紫外吸收能力，可以屏蔽紫外光线，提高耐候性；本发明产品成分配比科学合理，具有良好的耐候性、耐热性以及优异的力学性能，同时具备了阻燃、抗直流击穿的特点，延长了普通聚乙烯电缆料的使用寿命以及使用范围。
具体实施方式
一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料，由下列重量份（公斤）的原料制成：低密度聚乙烯100、无水乙醇适量、纳米氧化镁1.5、硅烷偶联剂KH5500.1、酶解木质素20、浓度为2wt%的氢氧化钠溶液400、浓度为45wt%的甲醛水溶液6、三聚氰胺15、0.1mol/L的盐酸适量、焦磷酸钠4、微胶囊化红磷5、去离子水适量、环氧油酸丁酯3.5、浓度为10wt%的氢氧化钙浆料50、金红石型二氧化钛3、聚乙二醇磷酸酯、硅酸钠0.5。
所述一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料，由以下具体步骤制成：
（1）将纳米氧化镁超声分散在4倍量的无水乙醇中，离心、干燥，将干燥后的纳米氧化镁放入马弗炉中，以3℃/min的升温速率升温至200℃，保温30分钟，冷却后取出待用；将硅烷偶联剂KH550溶于10倍量的无水乙醇中，然后与煅烧后的纳米氧化镁混合，超声分散30分钟后离心、过滤、干燥，得到改性纳米氧化镁；
（2）将酶解木质素与浓度为2wt%的氢氧化钠溶液混合，以300转/分的速度搅拌至完全溶解，加热至90℃，加入浓度为45wt%的甲醛水溶液，搅拌反应100分钟后继续加入三聚氰胺，继续反应90分钟后缓慢滴加0.1mol/L的盐酸中和后待用；将焦磷酸钠溶于18倍量的去离子水中，然后加入上述反应中，继续搅拌反应60分钟，沉淀生成，静置、过滤、用去离子水清洗2次，然后放入真空干燥箱中以80℃的温度干燥，最后粉碎，过200目筛，得到改性酶解木质素；
（3）将金红石型二氧化钛与聚乙二醇磷酸酯加入到浓度为10wt%的氢氧化钙浆料中，加热至50℃下搅拌30分钟，然后将浆液转移至石英碳化管中，50℃下通入二氧化碳与氮气体积比为2:1的混合气体，当pH为7时，停止反应，继续加入溶于4倍量去离子水的硅酸钠，通入上述混合气体继续反应30分钟，反应结束后抽滤，将得到的滤饼置于80℃烘箱中恒温干燥5小时，得到二氧化钛氧化钙复合物；
（4）将步骤（1）（2）（3）得到的产物与低密度聚乙烯以及其余剩余成分共同放入高速混料机中，以800转/份的速度搅拌混合10分钟后送入双辊开放式塑炼机中，控制温度150℃进行混炼，然后送入双螺杆挤出机中，控温150℃，进行挤出造粒即得。
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19.8MPa，断裂伸长率290%，氧指数31.8%，介电强度32.8MV/m。
Claims (2)
1.一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：低密度聚乙烯100-105、无水乙醇适量、纳米氧化镁1.5-2、硅烷偶联剂KH5500.1-0.12、酶解木质素20-22、浓度为2wt%的氢氧化钠溶液400-420、浓度为45wt%的甲醛水溶液6-7、三聚氰胺15-16、0.1mol/L的盐酸适量、焦磷酸钠4-5、微胶囊化红磷5-6、去离子水适量、环氧油酸丁酯3.5-4、浓度为10wt%的氢氧化钙浆料50-55、金红石型二氧化钛3-4、聚乙二醇磷酸酯、硅酸钠0.5-0.6。
2.根据权利要求1所述一种二氧化钛碳酸钙复合物增强耐候性的聚乙烯电缆料，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将纳米氧化镁超声分散在4-5倍量的无水乙醇中，离心、干燥，将干燥后的纳米氧化镁放入马弗炉中，以3-5℃/min的升温速率升温至200-220℃，保温30-40分钟，冷却后取出待用；将硅烷偶联剂KH550溶于10-12倍量的无水乙醇中，然后与煅烧后的纳米氧化镁混合，超声分散30-40分钟后离心、过滤、干燥，得到改性纳米氧化镁；
（2）将酶解木质素与浓度为2wt%的氢氧化钠溶液混合，以300-400转/分的速度搅拌至完全溶解，加热至90-95℃，加入浓度为45wt%的甲醛水溶液，搅拌反应100-120分钟后继续加入三聚氰胺，继续反应90-120分钟后缓慢滴加0.1mol/L的盐酸中和后待用；将焦磷酸钠溶于18-20倍量的去离子水中，然后加入上述反应中，继续搅拌反应60-90分钟，沉淀生成，静置、过滤、用去离子水清洗2-3次，然后放入真空干燥箱中以80-90℃的温度干燥，最后粉碎，过200目筛，得到改性酶解木质素；
（3）将金红石型二氧化钛与聚乙二醇磷酸酯加入到浓度为10wt%的氢氧化钙浆料中，加热至50-60℃下搅拌30-40分钟，然后将浆液转移至石英碳化管中，50-60℃下通入二氧化碳与氮气体积比为2:1的混合气体，当pH为7时，停止反应，继续加入溶于4-5倍量去离子水的硅酸钠，通入上述混合气体继续反应30-40分钟，反应结束后抽滤，将得到的滤饼置于80-90℃烘箱中恒温干燥5-6小时，得到二氧化钛氧化钙复合物；
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