CN106566039A - 一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料，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、二甲基硅油3‑4、炭黑8‑9、甲醛4‑5、硝酸铈铵2‑3、1mol/L的硝酸溶液2‑3、顺丁烯二酸3‑4。本发明产品阻燃抗击穿，导电屏蔽效果好，力学性能好，产品工艺便于加工，提高了产品的质量。

Description

一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料
技术领域
本发明涉及电缆料技术领域，尤其涉及一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料。
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，提供一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料，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、二甲基硅油3-4、炭黑8-9、甲醛4-5、硝酸铈铵2-3、1mol/L的硝酸溶液2-3、顺丁烯二酸3-4。
所述一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料，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）将炭黑、甲醛加入到反应釜中，升温至60-70℃，搅拌90-120分钟，反应结束后，过滤，用去离子水洗悬浊液呈中性，过滤、分离，将得到的固体在80-90℃下干燥5-6小时后待用；将上述改性后炭黑与1mol/L的硝酸溶液、顺丁烯二酸混合，通氮气30-40分钟后加入溶于2-3倍量去离子水的硝酸铈铵，加热至30-35℃搅拌反应3-4小时，反应结束后用去离子水清洗，然后离心，将固体置于烘箱中以80-90℃干燥得到接枝改性炭黑；
（4）将步骤（1）（2）（3）得到的产物与低密度聚乙烯、五氯苯酚月桂酸酯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。
本发明通过一定的工艺手段将顺丁烯二酸接枝到炭黑表面，形成粒径均匀的粉末，然后添加到基体聚乙烯中，分散均匀且其表面的有机基团与聚乙烯基料形成共价键结合，保证了复合材料良好的电气性能和机械性能，且团聚体的数量大幅度减少，从而减少了表面突起点，增加材料的表面光洁度，进一步降低了半导电屏蔽材料被高压击穿的风险；本发明产品阻燃抗击穿，导电屏蔽效果好，力学性能好，产品工艺便于加工，提高了产品的质量。
具体实施方式
一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料，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、二甲基硅油3、炭黑8、甲醛4、硝酸铈铵2、1mol/L的硝酸溶液2、顺丁烯二酸3。
所述一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料，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）将炭黑、甲醛加入到反应釜中，升温至60℃，搅拌90分钟，反应结束后，过滤，用去离子水洗悬浊液呈中性，过滤、分离，将得到的固体在80℃下干燥5小时后待用；将上述改性后炭黑与1mol/L的硝酸溶液、顺丁烯二酸混合，通氮气30分钟后加入溶于2倍量去离子水的硝酸铈铵，加热至30℃搅拌反应3小时，反应结束后用去离子水清洗，然后离心，将固体置于烘箱中以80℃干燥得到接枝改性炭黑；
（4）将步骤（1）（2）（3）得到的产物与低密度聚乙烯、五氯苯酚月桂酸酯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20.8MPa，断裂伸长率309%，氧指数31.8%，介电强度32.6MV/m。

Claims (2)

1.一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料，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、二甲基硅油3-4、炭黑8-9、甲醛4-5、硝酸铈铵2-3、1mol/L的硝酸溶液2-3、顺丁烯二酸3-4。
2.根据权利要求1所述一种添加表面接枝改性炭黑的半导屏蔽电缆料，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）将炭黑、甲醛加入到反应釜中，升温至60-70℃，搅拌90-120分钟，反应结束后，过滤，用去离子水洗悬浊液呈中性，过滤、分离，将得到的固体在80-90℃下干燥5-6小时后待用；将上述改性后炭黑与1mol/L的硝酸溶液、顺丁烯二酸混合，通氮气30-40分钟后加入溶于2-3倍量去离子水的硝酸铈铵，加热至30-35℃搅拌反应3-4小时，反应结束后用去离子水清洗，然后离心，将固体置于烘箱中以80-90℃干燥得到接枝改性炭黑；
（4）将步骤（1）（2）（3）得到的产物与低密度聚乙烯、五氯苯酚月桂酸酯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。
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