CN106543520A - 一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料 - Google Patents

一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料，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、乙撑双硬脂酰胺3.5‑4.5、绢云母2‑3、正硅酸乙酯2‑3、聚酰胺酸15‑18。本发明工艺便于工业控制，制成的电缆料不仅具有良好的力学性能，耐磨、耐折，同时阻燃、抗击穿，综合性能高，适合用于直流电力电缆。

Description

一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料
技术领域
本发明涉及电缆料技术领域，尤其涉及一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料。
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，提供一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料，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、乙撑双硬脂酰胺3.5-4.5、绢云母2-3、正硅酸乙酯2-3、聚酰胺酸15-18。
所述一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料，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）将绢云母在800℃下热处理6-8小时，然后将其放入18-20倍量的去离子水中，在室温下搅拌分散30-40分钟，然后加入正硅酸乙酯以及等量的无水乙醇，加入适量的0.1mol/L的盐酸调节pH为2，水浴加热至40-50℃，搅拌反应90-120分钟后过滤，去离子水西洗涤后放入烘箱中以60-70℃干燥1.5-2小时，再粉碎，过200目筛，得到二氧化硅绢云母杂合粉末；将上述粉末加入到聚酰胺酸中，搅拌分散60-90分钟后将其均匀涂覆在镀锌板上，并在60-70℃条件下固化3小时，最后将固化后的产物放入马弗炉中，依次加热至150℃、250℃、350℃各处理60-80分钟进行亚胺化处理，粉碎，过200目筛，得到聚酰亚胺复合填料；
（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℃，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。
本发明通过一定的工艺手段用无机纳米粒子二氧化硅来修饰绢云母，通过溶胶-凝胶法二氧化硅包覆在绢云母表面，再将该杂合粉末填充到聚酰亚胺的制备中，制成具有致密网络结构的聚酰亚胺复合填料，再将其添加到基体聚乙烯中，能够分散均匀，协同作用能够提高材料的热稳定性、电绝缘性以及耐电击穿性能；本发明工艺便于工业控制，制成的电缆料不仅具有良好的力学性能，耐磨、耐折，同时阻燃、抗击穿，综合性能高，适合用于直流电力电缆。
具体实施方式
一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料，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、乙撑双硬脂酰胺3.5、绢云母2、正硅酸乙酯2、聚酰胺酸15。
所述一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料，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）将绢云母在800℃下热处理6小时，然后将其放入18倍量的去离子水中，在室温下搅拌分散30分钟，然后加入正硅酸乙酯以及等量的无水乙醇，加入适量的0.1mol/L的盐酸调节pH为2，水浴加热至40℃，搅拌反应90分钟后过滤，去离子水西洗涤后放入烘箱中以60℃干燥1.5小时，再粉碎，过200目筛，得到二氧化硅绢云母杂合粉末；将上述粉末加入到聚酰胺酸中，搅拌分散60分钟后将其均匀涂覆在镀锌板上，并在60℃条件下固化3小时，最后将固化后的产物放入马弗炉中，依次加热至150℃、250℃、350℃各处理60分钟进行亚胺化处理，粉碎，过200目筛，得到聚酰亚胺复合填料；
（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℃，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17.8MPa，断裂伸长率345%，氧指数289%，介电强度31MV/m。

Claims (2)

1.一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料，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、乙撑双硬脂酰胺3.5-4.5、绢云母2-3、正硅酸乙酯2-3、聚酰胺酸15-18。
2.根据权利要求1所述一种添加聚酰亚胺绢云母复合材料的抗击穿增强的电缆料，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）将绢云母在800℃下热处理6-8小时，然后将其放入18-20倍量的去离子水中，在室温下搅拌分散30-40分钟，然后加入正硅酸乙酯以及等量的无水乙醇，加入适量的0.1mol/L的盐酸调节pH为2，水浴加热至40-50℃，搅拌反应90-120分钟后过滤，去离子水西洗涤后放入烘箱中以60-70℃干燥1.5-2小时，再粉碎，过200目筛，得到二氧化硅绢云母杂合粉末；将上述粉末加入到聚酰胺酸中，搅拌分散60-90分钟后将其均匀涂覆在镀锌板上，并在60-70℃条件下固化3小时，最后将固化后的产物放入马弗炉中，依次加热至150℃、250℃、350℃各处理60-80分钟进行亚胺化处理，粉碎，过200目筛，得到聚酰亚胺复合填料；
（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℃，挤出造粒即得。
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