CN107057002A - 一种具有内疏水树脂的阻水电缆结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有内疏水树脂的阻水电缆结构及其制备方法，属于电缆材料技术领域。本发明提出了一种新型的电缆材料，内部设置具有吸水膨胀的树脂，当电缆浸水之后，树脂能够进行吸水并发生膨胀，将电缆护套的裂纹封堵，同时该树脂具有较强的疏水亲油性，当树脂从护套的裂纹出挤出后，其表面具有疏水性，使水分不容易从该裂口中进入，提高了电缆使用的安全性。

Description

一种具有内疏水树脂的阻水电缆结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有内疏水树脂的阻水电缆结构及其制备方法，属于电缆材料技术领域。
背景技术
随着我国国民经济的快速增长,特别是农村及城市电网建设改造步伐的加快和各地房地产业通信技术的高速发展，使我国的电力事业得到了快速发展,从而推动了为电力工业相配套的电工行业,尤其是电线电缆行业的发展,促使数字通信电缆产品得以广泛的应用，同时，为了应对广泛的适用场合和方式，电线电缆的品种发展呈现出多样化的趋势。电线电缆已经从单纯的电力传输向多功能化发展,即根据不同用途分别被附加了一些新的特性, 例如:阻燃电缆、耐火电缆、低卤低烟电缆、无卤低烟电缆等等。对电线电缆的阻水要求在近几年特发生了天翻地覆的改变，以前对阻水的要求主要限于海底电缆、超高压电缆和通信电缆的应用上。但是随着对绝缘吸水和水树的研究及认识的加深,人们越来越意识到防水性能对中高压电线电缆的重要性。在地下水位较高或常年多雨地区(比如我国长江以南地区),越来越多的用户和各种各样的地区场合对电缆提出了防水的要求。因此格式的阻水型电缆应运而生！随着时间的发展阻水型电线电缆成为了阻水型电缆产品中的一个重要分支产品，现在除了原始的使用功能和场合之外，还主要用于普通的室外，在风雨天气、潮湿季节，具有阻止水汽、潮气进入电缆内部，促使其仍能保持良好的传输性能的功能。
CN104409153A公开一种高填充高阻水电缆，包括缆芯和包覆在所述缆芯外的防护套，所述缆芯为若干电单元缠绕在一起的导体，所述电单元包括金属裸线、从内到外依次包覆在所述金属裸线外的阻水带和乙丙橡胶绝缘层，所述防护套为氯化聚乙烯外护套，所述缆芯和防护套之间设有交联聚乙烯防水层，该电缆采用多层阻水结构，取得纵、横双向阻水效果，使得电缆的阻水性能提高。CN106158115A公开一种中压交联聚乙烯阻水电缆，它包括由导线束组成的导体，它们绞合而成，在所述导线束外部绕包设有半导电阻水带，在所述导体外部设有导体屏蔽层，在所述导体屏蔽层外部设有绝缘层，在所述绝缘层外部设有绝缘屏蔽层，在所述绝缘屏蔽层外部设有半导电阻水双面复合铜带，在半导电阻水双面复合铜带外部设有阻水填充层，在所述阻水填充层外部设有阻水包带层，在所述阻水包带层外部设有铝塑复合带，在所述铝塑复合带外部设有护套层。
但是，上述的阻水电缆在使用中存在的问题是当表面损坏后，水向电缆内部发生渗透，影响到长期使用的安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：通常的电缆材料在水下工作时，若电缆护套损坏，容易导致电缆内浸水；常规的吸水材料对于吸水、阻水电缆适用度不高。
为解决上述问题，采用了如下技术手段：本发明提出了一种新型的电缆材料，内部设置具有吸水膨胀的树脂，当电缆浸水之后，树脂能够进行吸水并发生膨胀，将电缆护套的裂纹封堵，同时该树脂具有较强的疏水亲油性，当树脂从护套的裂纹出挤出后，其表面具有疏水性，使水分不容易从该裂口中进入，提高了电缆使用的安全性。
技术方案是：
一种具有内疏水树脂的阻水电缆结构，包括有：线芯，绝缘层包覆于线芯外部，在绝缘层5的外部包覆有隔层材料，在隔层材料与绝缘层之间填充有填充层，在隔层材料的外部依次包覆有疏水性吸水树脂和护套。
所述的绝缘层的材料是绝缘橡胶。
所述的填充层的材料是无纺布。
所述的隔层材料的材料是聚氯乙烯、聚乙烯或者聚丙烯中的一种或者几种的混合。
所述的护套的材料是橡胶。
所述的疏水性吸水树脂的制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将壳聚糖5～15份溶解于含有0.5～1.5wt%NaCl的醋酸-醋酸钠缓冲溶液120～140份中，经过滤除不溶物之后，滤液作为水相；
第2步，以液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的混合物作为油相；
第3步，将水相与油相按照体积比1：4～6的比例，将水相缓慢滴入油相中，并高速分散后，得到W/O乳液；
第4步，按重量份计，将苯乙烯—二乙烯苯共聚物30～40份与氯甲基醚5～10份加入至二氯乙烷120～150份中，升温至90～130℃进行氯甲基化反应1～6h，在机械搅拌下加入交联剂对羟基苯甲酸5～10份与三氯化铁0.1～0.2份，再加入丙烯酸单体10～12份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）4～6份、二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC）2～4份、硅烷偶联剂0.5～1份、SPAN-40 0.5～0.8份混合均匀，再在超声条件下边滴加W/O乳液12～15份边进行加热回流2～3h，冷却至室温过滤；以乙醇、盐酸、水、乙醇顺序洗涤树脂，索氏提取晾干后即得疏水性吸水树脂。
所述的第1步中，缓冲溶液pH范围3.2～4.0。
所述的第2步中，液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的体积比范围是4：0.5～0.8：0.3～0.6。
所述的第3步中，高速分散是指在转速1500～3000rpm下分散。
所述的第4步中，硅烷偶联剂选自KH550或者KH570。
以上的吸水树脂中，通过苯乙烯—二乙烯苯共聚物作为基材，可以较好地负载丙烯酸单体，构成吸水膨胀材料；同时，利用了壳聚糖和羟基硅油制备得到W/O乳液，其作用是将疏水性物质负载于吸水膨胀材料上，利用了羟基硅油和硅烷偶联剂的共同改性，使吸水树脂具有了疏水性。
一种具有内疏水树脂的阻水电缆的制备方法，包括如下步骤：
先在线芯的外部包覆绝缘层，然后将填充层包覆于绝缘层的表面，并在填充层的外部覆隔层材料；将疏水性吸水树脂升温至60～80℃后，覆于隔层材料上，然后将护套包覆于疏水性吸水树脂上。
有益效果
本发明在电缆中加入了疏水性吸水树脂，当电缆表面损坏后，内部的树脂可以进行吸水膨胀，压出损坏的部位，由于其表面的疏水性可以阻止外部的水进一步地渗入损坏部分，同时能够实现对损坏位置的封堵；在树脂制备过程中，通过加入W/O乳液可以将疏水性物质负载于载体之上，同时在乳液中通过壳聚糖的引入，可以利用壳聚糖的表面丰富的羟基，使羟基与疏水性单体进行接枝，提高表面的疏水性。
附图说明
图1是本发明提供的电缆结构示意图；
图2是电缆发生护套损坏吸水过程示意图。
其中，1、护套；2、疏水性吸水树脂；3、隔层材料；4、填充层；5、绝缘层；6、线芯。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，具有内疏水树脂的阻水电缆结构，包括有：线芯6，绝缘层5包覆于线芯6外部，在绝缘层5的外部包覆有隔层材料3，在隔层材料3与绝缘层5之间填充有填充层4，在隔层材料3的外部依次包覆有疏水性吸水树脂2和护套1；绝缘层5的材料是绝缘橡胶；填充层4的材料是无纺布；隔层材料3的材料是聚氯乙烯；护套1的材料是橡胶。
所述的疏水性吸水树脂2的制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将壳聚糖5份溶解于含有0.5wt%NaCl的醋酸-醋酸钠缓冲溶液120份中，缓冲溶液pH范围4.0，经过滤除不溶物之后，滤液作为水相；
第2步，以液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的混合物作为油相，液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的体积比范围是4：0.5：0.3；
第3步，将水相与油相按照体积比1：4的比例，将水相缓慢滴入油相中，并1500rpm高速分散后，得到W/O乳液；
第4步，按重量份计，将苯乙烯—二乙烯苯共聚物30份与氯甲基醚5份加入至二氯乙烷120份中，升温至90℃进行氯甲基化反应1h，在机械搅拌下加入交联剂对羟基苯甲酸5份与三氯化铁0.1份，再加入丙烯酸单体10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）4份、二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC）2份、硅烷偶联剂KH550 0.5份、SPAN-40 0.5份混合均匀，再在超声条件下边滴加W/O乳液12份边进行加热回流2h，冷却至室温过滤；以乙醇、盐酸、水、乙醇顺序洗涤树脂，索氏提取晾干后即得疏水性吸水树脂。
阻水电缆的制备方法：先在线芯6的外部包覆绝缘层5，然后将填充层4包覆于绝缘层5的表面，并在填充层4的外部覆隔层材料3；将疏水性吸水树脂2升温至60℃后，覆于隔层材料3上，然后将护套1包覆于疏水性吸水树脂2上。
实施例2
如图1所示，具有内疏水树脂的阻水电缆结构，包括有：线芯6，绝缘层5包覆于线芯6外部，在绝缘层5的外部包覆有隔层材料3，在隔层材料3与绝缘层5之间填充有填充层4，在隔层材料3的外部依次包覆有疏水性吸水树脂2和护套1；绝缘层5的材料是绝缘橡胶；填充层4的材料是无纺布；隔层材料3的材料是聚氯乙烯；护套1的材料是橡胶。
所述的疏水性吸水树脂2的制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将壳聚糖15份溶解于含有1.5wt%NaCl的醋酸-醋酸钠缓冲溶液140份中，缓冲溶液pH范围4.0，经过滤除不溶物之后，滤液作为水相；
第2步，以液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的混合物作为油相，液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的体积比范围是4： 0.8： 0.6；
第3步，将水相与油相按照体积比1： 6的比例，将水相缓慢滴入油相中，3000rpm高速分散后，得到W/O乳液；
第4步，按重量份计，将苯乙烯—二乙烯苯共聚物40份与氯甲基醚10份加入至二氯乙烷150份中，升温至130℃进行氯甲基化反应6h，在机械搅拌下加入交联剂对羟基苯甲酸10份与三氯化铁0.2份，再加入丙烯酸单体12份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）6份、二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC）4份、硅烷偶联剂KH550 1份、SPAN-40 0.8份混合均匀，再在超声条件下边滴加W/O乳液15份边进行加热回流3h，冷却至室温过滤；以乙醇、盐酸、水、乙醇顺序洗涤树脂，索氏提取晾干后即得疏水性吸水树脂。
阻水电缆的制备方法：先在线芯6的外部包覆绝缘层5，然后将填充层4包覆于绝缘层5的表面，并在填充层4的外部覆隔层材料3；将疏水性吸水树脂2升温至80℃后，覆于隔层材料3上，然后将护套1包覆于疏水性吸水树脂2上。
实施例3
如图1所示，具有内疏水树脂的阻水电缆结构，包括有：线芯6，绝缘层5包覆于线芯6外部，在绝缘层5的外部包覆有隔层材料3，在隔层材料3与绝缘层5之间填充有填充层4，在隔层材料3的外部依次包覆有疏水性吸水树脂2和护套1；绝缘层5的材料是绝缘橡胶；填充层4的材料是无纺布；隔层材料3的材料是聚氯乙烯；护套1的材料是橡胶。
所述的疏水性吸水树脂2的制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将壳聚糖10份溶解于含有0.8wt%NaCl的醋酸-醋酸钠缓冲溶液130份中，缓冲溶液pH范围3.6，经过滤除不溶物之后，滤液作为水相；
第2步，以液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的混合物作为油相，液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的体积比范围是4：0.6：0.4；
第3步，将水相与油相按照体积比1：5的比例，将水相缓慢滴入油相中， 2000rpm高速分散后，得到W/O乳液；
第4步，按重量份计，将苯乙烯—二乙烯苯共聚物35份与氯甲基醚8份加入至二氯乙烷130份中，升温至110℃进行氯甲基化反应5h，在机械搅拌下加入交联剂对羟基苯甲酸6份与三氯化铁0.15份，再加入丙烯酸单体11份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）5份、二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC）3份、硅烷偶联剂KH550 0.6份、SPAN-40 0.6份混合均匀，再在超声条件下边滴加W/O乳液14份边进行加热回流2h，冷却至室温过滤；以乙醇、盐酸、水、乙醇顺序洗涤树脂，索氏提取晾干后即得疏水性吸水树脂。
阻水电缆的制备方法：先在线芯6的外部包覆绝缘层5，然后将填充层4包覆于绝缘层5的表面，并在填充层4的外部覆隔层材料3；将疏水性吸水树脂2升温至70℃后，覆于隔层材料3上，然后将护套1包覆于疏水性吸水树脂2上。
对比例1
与实施例3的区别在于：吸水树脂的制备过程中，未加入W/O乳液对树脂进行疏水化改性。
如图1所示，具有内疏水树脂的阻水电缆结构，包括有：线芯6，绝缘层5包覆于线芯6外部，在绝缘层5的外部包覆有隔层材料3，在隔层材料3与绝缘层5之间填充有填充层4，在隔层材料3的外部依次包覆有疏水性吸水树脂2和护套1；绝缘层5的材料是绝缘橡胶；填充层4的材料是无纺布；隔层材料3的材料是聚氯乙烯；护套1的材料是橡胶。
所述的疏水性吸水树脂2的制备方法包括如下步骤：
按重量份计，将苯乙烯—二乙烯苯共聚物35份与氯甲基醚8份加入至二氯乙烷130份中，升温至110℃进行氯甲基化反应5h，在机械搅拌下加入交联剂对羟基苯甲酸6份与三氯化铁0.15份，再加入丙烯酸单体11份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）5份、二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC）3份、硅烷偶联剂KH550 0.6份、SPAN-40 0.6份混合均匀，再在超声条件下进行加热回流2h，冷却至室温过滤；以乙醇、盐酸、水、乙醇顺序洗涤树脂，索氏提取晾干后即得疏水性吸水树脂。
阻水电缆的制备方法：先在线芯6的外部包覆绝缘层5，然后将填充层4包覆于绝缘层5的表面，并在填充层4的外部覆隔层材料3；将疏水性吸水树脂2升温至70℃后，覆于隔层材料3上，然后将护套1包覆于疏水性吸水树脂2上。
对比例2
与实施例3的区别在于：吸水树脂的制备过程中，未加入壳聚糖。
如图1所示，具有内疏水树脂的阻水电缆结构，包括有：线芯6，绝缘层5包覆于线芯6外部，在绝缘层5的外部包覆有隔层材料3，在隔层材料3与绝缘层5之间填充有填充层4，在隔层材料3的外部依次包覆有疏水性吸水树脂2和护套1；绝缘层5的材料是绝缘橡胶；填充层4的材料是无纺布；隔层材料3的材料是聚氯乙烯；护套1的材料是橡胶。
所述的疏水性吸水树脂2的制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将0.8wt%NaCl的醋酸-醋酸钠缓冲溶液130份作为水相；
第2步，以液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的混合物作为油相，液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的体积比范围是4：0.6：0.4；
第3步，将水相与油相按照体积比1：5的比例，将水相缓慢滴入油相中， 2000rpm高速分散后，得到W/O乳液；
第4步，按重量份计，将苯乙烯—二乙烯苯共聚物35份与氯甲基醚8份加入至二氯乙烷130份中，升温至110℃进行氯甲基化反应5h，在机械搅拌下加入交联剂对羟基苯甲酸6份与三氯化铁0.15份，再加入丙烯酸单体11份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）5份、二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC）3份、硅烷偶联剂KH550 0.6份、SPAN-40 0.6份混合均匀，再在超声条件下边滴加W/O乳液14份边进行加热回流2h，冷却至室温过滤；以乙醇、盐酸、水、乙醇顺序洗涤树脂，索氏提取晾干后即得疏水性吸水树脂。
阻水电缆的制备方法：先在线芯6的外部包覆绝缘层5，然后将填充层4包覆于绝缘层5的表面，并在填充层4的外部覆隔层材料3；将疏水性吸水树脂2升温至70℃后，覆于隔层材料3上，然后将护套1包覆于疏水性吸水树脂2上。
对以上吸水树脂的吸水倍率、吸水膨胀率、吸水后的疏水性树脂的表面水滴接触角。
吸水倍率是将单位重量树脂置于水中，完全吸水后，晾至无水滴下，测定其重量，计算倍数。
吸水膨胀率是指完全吸水后，体积增大的倍数。
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
吸水倍率 55.4 51.2 62.4 36.4 41.1
吸水膨胀率 3.5 3.2 3.6 2.2 2.5
水滴接触角 33.5° 34.1° 37.9° 18.2° 14.7°
从上表中可以看出，本发明所提供的树脂材料在应用于电缆护套中后，当遇水时可以较好地进行吸水，同时进行膨胀，将护套破损处封堵；该吸水材料也具有较好的表面疏水性，能够有效防止水滴的进一步的渗入。实施例3相对于对比例1可以看出，通过在树脂制备过程中加入含有疏水性的单体，可以使树脂的吸水后的疏水性得到提高；实施例3相对于对比例2可以看出，壳聚糖的加入可以通过其羟基接枝疏水性基团，使材料的表面疏水性得到进一步的提高。

Claims (8)

1.一种具有内疏水树脂的阻水电缆结构，其特征在于，包括有：线芯（6），绝缘层（5）包覆于线芯（6）外部，在绝缘层（5）的外部包覆有隔层材料（3），在隔层材料（3）与绝缘层（5）之间填充有填充层（4），在隔层材料（3）的外部依次包覆有疏水性吸水树脂（2）和护套（1）。
2.根据权利要求1所述的具有内疏水树脂的阻水电缆结构，其特征在于，所述的绝缘层（5）的材料是绝缘橡胶。
3.根据权利要求1所述的具有内疏水树脂的阻水电缆结构，其特征在于，所述的填充层（4）的材料是无纺布。
4.根据权利要求1所述的具有内疏水树脂的阻水电缆结构，其特征在于，所述的隔层材料（3）的材料是聚氯乙烯、聚乙烯或者聚丙烯中的一种或者几种的混合。
5.根据权利要求1所述的具有内疏水树脂的阻水电缆结构，其特征在于，所述的护套（1）的材料是橡胶。
6.根据权利要求1所述的具有内疏水树脂的阻水电缆结构，其特征在于，所述的疏水性吸水树脂（2）的制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将壳聚糖5～15份溶解于含有0.5～1.5wt%NaCl的醋酸-醋酸钠缓冲溶液120～140份中，经过滤除不溶物之后，滤液作为水相；
第2步，以液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的混合物作为油相；
第3步，将水相与油相按照体积比1：4～6的比例，将水相缓慢滴入油相中，并高速分散后，得到W/O乳液；
第4步，按重量份计，将苯乙烯—二乙烯苯共聚物30～40份与氯甲基醚5～10份加入至二氯乙烷120～150份中，升温至90～130℃进行氯甲基化反应1～6h，在机械搅拌下加入交联剂对羟基苯甲酸5～10份与三氯化铁0.1～0.2份，再加入丙烯酸单体10～12份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）4～6份、二烯丙基二甲基氯化铵（DADMAC）2～4份、硅烷偶联剂0.5～1份、SPAN-40 0.5～0.8份混合均匀，再在超声条件下边滴加W/O乳液12～15份边进行加热回流2～3h，冷却至室温过滤；以乙醇、盐酸、水、乙醇顺序洗涤树脂，索氏提取晾干后即得疏水性吸水树脂。
7.根据权利要求6所述的具有内疏水树脂的阻水电缆结构，其特征在于，所述的第1步中，缓冲溶液pH范围3.2～4.0；所述的第2步中，液体石蜡、羟基硅油和二氯甲烷的体积比范围是4：0.5～0.8：0.3～0.6；所述的第3步中，高速分散是指在转速1500～3000rpm下分散；所述的第4步中，硅烷偶联剂选自KH550或者KH570。
8.权利要求1-7任一项所述的具有内疏水树脂的阻水电缆结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先在线芯（6）的外部包覆绝缘层（5），然后将填充层（4）包覆于绝缘层（5）的表面，并在填充层（4）的外部覆隔层材料（3）；将疏水性吸水树脂（2）升温至60～80℃后，覆于隔层材料（3）上，然后将护套（1）包覆于疏水性吸水树脂（2）上。
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