CN106543537A - 一种用于电力电缆耐高压绝缘材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电力电缆耐高压绝缘材料，由以下重量份的原料制备制成：低密度聚乙烯40‑45、聚磷酸铵11‑13、OP100.3‑0.5、正硅酸乙酯12‑15、聚丙烯酰胺4‑4.7、乙烯基三乙氧基硅烷0.7‑0.9、水性聚氨酯13‑15、氯乙烯7‑9、1，4‑丁二醇2.3‑3、过硫酸钾0.15‑0.3、植物油酸2.3‑2.7、甲壳素纤维14‑16、茶多酚2‑2.5、沸石粉8.8‑10、矾土4.5‑6、硝酸铁2.5‑3、聚环氧琥珀酸1.2‑1.6、无水乙醇适量、去离子水适量；本发明制备的电缆材料原料来源广，制备工艺简单可控，合格率高，易机械化大生产，具有良好的耐高压、绝缘、阻燃、防火等性能，值得推广。

Description

一种用于电力电缆耐高压绝缘材料
技术领域
本发明涉及电缆料技术领域，尤其涉及一种用于电力电缆耐高压绝缘材料。
背景技术
低密度聚乙烯由于在加工过程中粘度较低并且在拉伸过程中具有高熔体强度同时还兼备极强的耐化学腐蚀、耐酸碱、耐油、质轻无毒、使用寿命长等常规材料所不具备的优点，因此其应用范围已经遍及国民经济的发展和人民生活的各个方面，例如电线电缆、输送管道、汽车内饰和建筑材料等。但是聚乙烯的氧指数值低，易燃，并且在自然条件下，就能快速燃烧，放热量大，更糟糕的是伴有熔滴行为，可能引发二次火灾，并且受热分解时也会挥发出大量有毒有害气体，威胁到人民生命财产安全，并且耐水性也差，导致其应用领域受到限制。所以需要对其阻燃，并提高耐水性能，降低发生火灾危险的几率，故对其进行阻燃处理显得尤为重要。
《新型膨胀阻燃低密度聚乙烯的制备及其性能研究》一文作者针对目前低密度聚乙烯材料无卤阻燃过程中存在耐水性差的技术难题，采用大分子成炭技术与微胶囊包裹技术相结合的方式，研制新型耐水无卤膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料，其中成炭剂选用三嗪类衍生物CFA，脱水剂和发泡剂选用硅凝胶包裹的聚磷酸铵，这种新型的低密度聚乙烯材料不仅具有较高的热稳定性能和阻燃性能，同时也克服了耐水性差的困难。虽然本发明解决了低密度聚乙烯阻燃性差、耐水性差的问题，提高了聚乙烯在使用过程中的安全系数，但是低密度聚乙烯然而用于高压领域的直流电缆在运行过程中，聚乙烯的低电导率特性使得内部积聚的空间电荷难以扩散，引起局部场强的严重畸变，尤其当满负荷运行中存在温度梯度效应时，此现象更为严重，当绝缘层表面局部场强达到一定值时，便会引起局部放电、树脂化等绝缘老化现象，大大降低电缆的使用寿命，对此在改善聚乙烯阻燃、防水性能的同时，提高其绝缘性尤为显得迫切。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于电力电缆耐高压绝缘材料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于电力电缆耐高压绝缘材料，由以下重量份的原料制备制成：低密度聚乙烯40-45、聚磷酸铵11-13、OP100.3-0.5、正硅酸乙酯12-15、聚丙烯酰胺4-4.7、乙烯基三乙氧基硅烷0.7-0.9、水性聚氨酯13-15、氯乙烯7-9、1，4-丁二醇2.3-3、过硫酸钾0.15-0.3、植物油酸2.3-2.7、甲壳素纤维14-16、茶多酚2-2.5、沸石粉8.8-10、矾土4.5-6、硝酸铁2.5-3、聚环氧琥珀酸1.2-1.6、无水乙醇适量、去离子水适量。
所述一种用于电力电缆耐高压绝缘材料，由以下具体步骤制成：
（1）将去离子水和无水乙醇按质量比1:2加到烧瓶中，边搅拌边升温到40℃，加入聚磷酸铵搅拌使其溶解，溶解后向上述溶液中缓慢加入OP10，并用氨水调节体系pH值9-10，继续搅拌10-20min，再将正硅酸乙酯加到上述溶液中，待滴加完毕后，继续反应2-3h，最后冷却至室温，过滤、干燥、水洗并放入烘箱中干燥得产物；
(2)将甲壳素纤维加到水性聚氨酯中，加入乙烯基三乙氧基硅烷搅拌均匀，再加入氯乙烯和1，4-丁二醇继续搅拌，升高温度保持在85-90℃时缓慢滴加过硫酸钾，恒温反应3-4h，过滤，产物用去离子水清洗数次后烘干；
（3）将硝酸铁用13-15倍量的去离子水溶解，加热至55-65℃，搅拌均匀后加入沸石粉、茶多酚、聚环氧琥珀酸和矾土，置于电炉上继续加热搅拌，直至烘干，然后和植物油酸、环氧蓖麻油混合搅拌干燥破碎后备用；
（4）将步骤（3）制备的产物加入3-4倍量份的二甲苯，超声分散20-30min，将分散好的悬浮液在机械搅拌作用下加热至沸腾，加入10%的低密度聚乙烯继续搅拌3h，然后加到无水乙醇与去离子水体积比1:1的溶液中，过滤，干燥；
（5）将步骤（1）和步骤（2）制备的产物在真空干燥箱中80℃下干燥5-6h，取出后和步骤（4）制备的产物、其余的剩余物料在双辊轧机中温度为150℃，转速为60转/分熔融共混10-15min，压制成型后在80℃的真空干燥箱中退火，短路24h，后以5℃/min匀速降至室温即可。
本发明的优点是：本发明通过水性聚氨酯接枝氯乙烯，在反应过程中添加甲壳素纤维，使其被包覆,提高了在低密度聚乙烯中的相容性和分散性，并且可充当碳源，能够和改性聚磷酸铵一起生成了膨胀型碳层，附着在材料表面，阻止了热量并且杜绝了与氧气的接触，又降低了可燃性气体的放散速度，提高了材料的阻燃性能，制备的混合粉末与低密度聚乙烯之间产生分子间作用力，并在真空干燥箱中消除压制过程中产生的残余应力，使材料的结晶形态更完善，消除在样品制备过程中内部产生的空间电荷，提高了击穿强度，起到良好的绝缘作用，并且还增强了电缆料的耐高压、绝缘等方面性能，本发明制备的电缆材料原料来源广，制备工艺简单可控，合格率高，易机械化大生产，具有良好的耐高压、绝缘、阻燃、防火等性能，值得推广。
具体实施方式
一种用于电力电缆耐高压绝缘材料，由以下重量份（公斤）的原料制备制成：低密度聚乙烯40、聚磷酸铵11、OP100.3、正硅酸乙酯12、聚丙烯酰胺4、乙烯基三乙氧基硅烷0.7、水性聚氨酯13、氯乙烯7、1，4丁二醇2.3、过硫酸钾0.15、植物油酸2.3、甲壳素纤维14、茶多酚2、沸石粉8.8、矾土4.5、硝酸铁2.5、聚环氧琥珀酸1.2、无水乙醇适量、去离子水适量。
所述一种用于电力电缆耐高压绝缘材料，由以下具体步骤制成：
（1）将去离子水和无水乙醇按质量比1:2加到烧瓶中，边搅拌边升温到40℃，加入聚磷酸铵搅拌使其溶解，溶解后向上述溶液中缓慢加入OP10，并用氨水调节体系pH值9，继续搅拌10min，再将正硅酸乙酯加到上述溶液中，待滴加完毕后，继续反应2h，最后冷却至室温，过滤、干燥、水洗并放入烘箱中干燥得产物；
(2)将甲壳素纤维加到水性聚氨酯中，加入乙烯基三乙氧基硅烷搅拌均匀，再加入氯乙烯和1，4丁二醇继续搅拌，升高温度保持在85℃时缓慢滴加过硫酸钾，恒温反应3h，过滤，产物用去离子水清洗数次后烘干；
（3）将硝酸铁用13倍量的去离子水溶解，加热至55℃，搅拌均匀后加入沸石粉、茶多酚、聚环氧琥珀酸和矾土，置于电炉上继续加热搅拌，直至烘干，然后和植物油酸、环氧蓖麻油混合搅拌干燥破碎后备用；
（4）将步骤（3）制备的产物加入3倍量份的二甲苯，超声分散20min，将分散好的悬浮液在机械搅拌作用下加热至沸腾，加入10%的低密度聚乙烯继续搅拌3h，然后加到无水乙醇与去离子水体积比1:1的溶液中，过滤，干燥；
（5）将步骤（1）和步骤（2）制备的产物在真空干燥箱中80℃下干燥5h，取出后和步骤（4）制备的产物、其余的剩余物料在双辊轧机中温度为150℃，转速为60转/分熔融共混10min，压制成型后在80℃的真空干燥箱中退火，短路24h，后以5℃/min匀速降至室温即可。
该电缆材料的性能参数如下：
伸长率：＞510%；抗张强度：＞15MPa；热冲击性：180±1℃/1h，不开裂；极限氧指数：26%；垂直燃烧等级：V-0级。

Claims (2)

1.一种用于电力电缆耐高压绝缘材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备制成：低密度聚乙烯40-45、聚磷酸铵11-13、OP100.3-0.5、正硅酸乙酯12-15、聚丙烯酰胺4-4.7、乙烯基三乙氧基硅烷0.7-0.9、水性聚氨酯13-15、氯乙烯7-9、1，4-丁二醇2.3-3、过硫酸钾0.15-0.3、植物油酸2.3-2.7、甲壳素纤维14-16、茶多酚2-2.5、沸石粉8.8-10、矾土4.5-6、硝酸铁2.5-3、聚环氧琥珀酸1.2-1.6、无水乙醇适量、去离子水适量。
2.根据权利要求1所述一种用于电力电缆耐高压绝缘材料，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将去离子水和无水乙醇按质量比1:2加到烧瓶中，边搅拌边升温到40℃，加入聚磷酸铵搅拌使其溶解，溶解后向上述溶液中缓慢加入OP10，并用氨水调节体系pH值9-10，继续搅拌10-20min，再将正硅酸乙酯加到上述溶液中，待滴加完毕后，继续反应2-3h，最后冷却至室温，过滤、干燥、水洗并放入烘箱中干燥得产物；
(2)将甲壳素纤维加到水性聚氨酯中，加入乙烯基三乙氧基硅烷搅拌均匀，再加入氯乙烯和1，4-丁二醇继续搅拌，升高温度保持在85-90℃时缓慢滴加过硫酸钾，恒温反应3-4h，过滤，产物用去离子水清洗数次后烘干；
（3）将硝酸铁用13-15倍量的去离子水溶解，加热至55-65℃，搅拌均匀后加入沸石粉、茶多酚、聚环氧琥珀酸和矾土，置于电炉上继续加热搅拌，直至烘干，然后和植物油酸、环氧蓖麻油混合搅拌干燥破碎后备用；
（4）将步骤（3）制备的产物加入3-4倍量份的二甲苯，超声分散20-30min，将分散好的悬浮液在机械搅拌作用下加热至沸腾，加入10%的低密度聚乙烯继续搅拌3h，然后加到无水乙醇与去离子水体积比1:1的溶液中，过滤，干燥；
（5）将步骤（1）和步骤（2）制备的产物在真空干燥箱中80℃下干燥5-6h，取出后和步骤（4）制备的产物、其余的剩余物料在双辊轧机中温度为150℃，转速为60转/分熔融共混10-15min，压制成型后在80℃的真空干燥箱中退火，短路24h，后以5℃/min匀速降至室温即可。
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