CN107674284A - 交联聚乙烯炭黑电缆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交联聚乙烯炭黑电缆料及其制备方法，由如下重量份的组分构成：蒙脱土3‑7份、纳米氧化镁1‑2份、纳米碳化硅1‑2份、炭黑1‑3份、交联剂15‑20份、聚乙烯70‑80份、抗氧化剂10‑20份。在直流电场作用下，交联聚乙烯容易产生大量的负电荷，其来源是阴极处的电子注入。而炭黑会束缚电缆中带电粒子从而让电缆中的电荷无法蓄积，进而避免直流电在电缆中传输的过程中击穿电缆。同时炭黑能够均匀地分布于电缆中，炭黑的属性能够将大部分紫外线反射从而减少紫外线直射入电缆内。纳米氧化镁和纳米碳化硅能够有效提高聚乙烯抑制空间电荷的能力，降低聚乙烯的电导率和增大其直流击穿强度。

Description

交联聚乙烯炭黑电缆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆，特别涉及一种交联聚乙烯炭黑电缆料及其制备方法。

背景技术

目前有很多裸露在地面的电缆，这些电缆在经过日晒的作用下，电缆中的高分子会裂解进而让电缆的表面变得粗糙甚至开裂，最终使电缆被破坏造成安全隐患。

公开号为CN104194165A的中国专利公开了一种低压电力电缆橡胶材料，其具有耐热老化性能。

然而这种电缆经过紫外线辐射容易造成高分子分解，有待改进。

伴随中国城市电网的升级改造，电缆线路在城市配电网中的比例呈现逐年上升的趋势，电缆事故也随之呈现多发势态，电缆过负荷会引起电缆局部的提前老化而大大缩短电缆的使用寿命，降低电缆的运行可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种交联聚乙烯炭黑电缆料，其具有耐紫外线辐射和抗老化的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种交联聚乙烯炭黑电缆料，由如下重量份的组分构成：蒙脱土3-7份、纳米氧化镁1-2份、纳米碳化硅1-2份、炭黑1-3份、交联剂15-20份、聚乙烯70-80份、抗氧化剂10-20份。

通过采用上述技术方案，在直流电场作用下，交联聚乙烯容易产生大量的负电荷，其来源是阴极处的电子注入。而炭黑会束缚电缆中带电粒子从而让电缆中的电荷无法蓄积，进而避免直流电在电缆中传输的过程中击穿电缆。同时炭黑能够均匀地分布于电缆中，炭黑的属性能够将大部分紫外线反射从而减少紫外线直射入电缆内。纳米氧化镁和纳米碳化硅能够有效提高聚乙烯抑制空间电荷的能力，降低聚乙烯的电导率和增大其直流击穿强度。

本发明进一步设置为：所述交联剂选取过氧化二异丙苯。

通过采用上述技术方案，过氧化二异丙苯能够显著提高聚乙烯电荷注入后的阈值电场强度。随着过氧化二异丙苯质量分数的增加，阈值电场强度先增大后减小，当过氧化二异丙苯质量分数为3％时阈值电场强度有最大值。这是由于过氧化二异丙苯分解产生的自由基浓度超过一定值，此时自由基之间相互碰撞的几率增加，反而导致交联的效率降低。因此过氧化二异丙苯能够增强聚乙烯的抗击穿能力。

本发明进一步设置为：所述抗氧化剂选取受阻酚抗氧化剂。

通过采用上述技术方案，使得交联聚乙烯的断裂率和伸长率均降低。这是因为非受阻酚抗氧化剂有效组织了交联过程中的热氧化，提高了热稳定性，但同时有捕捉自由基，延迟了交联反应的作用。聚乙烯在交联和使用过程中，容易受光、热、自由基等作用而氧化，从而影响其交联特性、力学性能及稳定性。

本发明进一步设置为：所述受阻酚抗氧化剂选取抗氧剂Chemnox-1010。

通过采用上述技术方案，抗氧剂Chemnox-1010可向上海致名化工有限公司采购。使得交联聚乙烯的断裂率和伸长率均降低。这是因为非受阻酚抗氧化剂有效组织了交联过程中的热氧化，提高了热稳定性，但同时有捕捉自由基，延迟了交联反应作用。聚乙烯在交联和使用过程中，容易被光、热、自由基等作用而氧化，从而影响其交联特性、力学性能及稳定性。

本发明进一步设置为：按照重量份还包括有硫醚2-6份。

通过采用上述技术方案，硫醚能够与受阻酚抗氧化剂产生协同作用，增强受阻酚抗氧化剂的抗氧化效果。

本发明进一步设置为：按照重量份还包括有硅烷交联绝缘料50-60份。

通过采用上述技术方案，加入绝缘料能够增强电缆的绝缘效果。

本发明进一步设置为：按照重量份还包括有稳定剂2-5份。

通过采用上述技术方案，稳定剂选取含硫有机锡，含硫有机锡具有增强抗氧化性的作用。同时含硫有机锡能够均匀地让炭黑分布于电缆中。

本发明进一步设置为：一种交联聚乙烯炭黑电缆料的制备方法，包括如下步骤：

按照重量份称取相应的组分，

步骤1：将聚乙烯70-80份、交联剂15-20份、抗氧化剂10-20份放入反应釜中，并在80℃的条件下进行混合；

步骤2：将步骤1中的混合物放入单螺杆挤出机中，并在80℃的条件下进行挤出造粒；

步骤3：将步骤2中的颗粒进行自然冷却20min时间而成型，随后在温度为80℃的真空烘箱中烘干48h，即得到交联聚乙烯；

步骤4：将稳定剂2-5份、硅烷交联绝缘料50-60份、纳米碳化硅1-2份、炭黑1-3份、纳米氧化镁1-2份、蒙脱土3-7份与步骤3得到的交联聚乙烯充分混合后，利用单螺杆挤出机，在120℃下混炼均匀，挤出切粒，即得到交联聚乙烯炭黑电缆料。

通过采用上述技术方案，接受烘干机的预处理，以尽量去除交联聚乙烯中残留的交联副产物、易挥发的杂质、水分和试样制备过程中产生的机械应力。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、在直流电场作用下，交联聚乙烯容易产生大量的负电荷，其来源是阴极处的电子注入。而炭黑会束缚电缆中带电粒子从而让电缆中的电荷无法蓄积，进而避免直流电在电缆中传输的过程中击穿电缆。炭黑的属性能够将大部分紫外线反射从而减少紫外线直射入电缆内。纳米氧化镁和纳米碳化硅能够有效提高聚乙烯抑制空间电荷的能力，降低交联聚乙烯的电导率和增大其直流击穿强度。

2、本发明中的硫醇甲基锡滑性稍差，然而本发明中的硫醇甲基锡并没有热熔体粘附在加工设备上，润滑性较强。经多次试验发现硫醚不仅起到了增强抗氧剂的抗氧化性的作用，而且增强了硫醇甲基锡的润滑性，而增加硫醇甲基锡的润滑性后，能够尽可能多的将含硫有机锡从加工设备上移出进而节约原料成本。

具体实施方式

实施例1：

一种交联聚乙烯炭黑电缆料由如下重量份的组分构成：蒙脱土3份、纳米氧化镁1份、纳米碳化硅1份、炭黑1份、交联剂15份、聚乙烯70份、抗氧化剂10份、硫醚2份、硅烷交联绝缘料50份、稳定剂2份。

上述的交联剂选取过氧化二异丙苯；

抗氧化剂选取受阻酚抗氧化剂，受阻酚抗氧化剂选取抗氧剂Chemnox-1010，Chemnox-1010向上海致名化工有限公司采购得到；

硅烷交联绝缘料向江苏德威新材料股份有限公司购买；

稳定剂选取含硫有机锡，含硫有机锡选取硫醇甲基锡；

一种交联聚乙烯炭黑电缆料的制备方法，包括如下步骤：

按照重量份称取相应的组分，

步骤1：将聚乙烯70份、过氧化二异丙苯15份、Chemnox-101010份放入反应釜中，并在80℃的条件下进行混合；

步骤2：将步骤1中的混合物放入单螺杆挤出机中，并在80℃的条件下进行挤出造粒；

步骤3：将步骤2中的颗粒进行自然冷却20min时间而成型，随后在温度为80℃的真空烘箱中烘干48h，即得到交联聚乙烯；

步骤4：将硫醇甲基锡2份、硅烷交联绝缘料50份、纳米碳化硅1份、炭黑1份、纳米氧化镁1份、蒙脱土3份与步骤3得到的交联聚乙烯充分混合后，利用单螺杆挤出机，在120℃下混炼均匀，挤出切粒，即得到交联聚乙烯炭黑电缆料。

实施例2：

一种交联聚乙烯炭黑电缆料由如下重量份的组分构成：蒙脱土5份、纳米氧化镁1.5份、纳米碳化硅1.5份、炭黑1.5份、交联剂17份、聚乙烯75份、抗氧化剂15份、硫醚4份、硅烷交联绝缘料55份、稳定剂3.5份。

上述的交联剂选取过氧化二异丙苯；

抗氧化剂选取受阻酚抗氧化剂，受阻酚抗氧化剂选取抗氧剂Chemnox-1010，Chemnox-1010向上海致名化工有限公司采购得到；

硅烷交联绝缘料向江苏德威新材料股份有限公司购买；

稳定剂选取含硫有机锡，含硫有机锡选取硫醇甲基锡；

一种交联聚乙烯炭黑电缆料的制备方法，包括如下步骤：

按照重量份称取相应的组分，

步骤1：将聚乙烯75份、过氧化二异丙苯15份、Chemnox-101010份放入反应釜中，并在80℃的条件下进行混合；

步骤2：将步骤1中的混合物放入单螺杆挤出机中，并在80℃的条件下进行挤出造粒；

步骤3：将步骤2中的颗粒进行自然冷却20min时间而成型，随后在温度为80℃的真空烘箱中烘干48h，即得到交联聚乙烯；

步骤4：将硫醇甲基锡3.5份、硅烷交联绝缘料55份、纳米碳化硅1.5份、炭黑1.5份、纳米氧化镁1.5份、蒙脱土5份与步骤3得到的交联聚乙烯充分混合后，利用单螺杆挤出机，在120℃下混炼均匀，挤出切粒，即得到交联聚乙烯炭黑电缆料。

实施例3：

一种交联聚乙烯炭黑电缆料由如下重量份的组分构成：蒙脱土7份、纳米氧化镁2份、纳米碳化硅2份、炭黑2份、交联剂20份、聚乙烯80份、抗氧化剂20份、硫醚6份、硅烷交联绝缘料60份、稳定剂5份。

上述的交联剂选取过氧化二异丙苯；

抗氧化剂选取受阻酚抗氧化剂，受阻酚抗氧化剂选取抗氧剂Chemnox-1010，Chemnox-1010向上海致名化工有限公司采购得到；

硅烷交联绝缘料向江苏德威新材料股份有限公司购买；

稳定剂选取含硫有机锡，含硫有机锡选取硫醇甲基锡；

一种交联聚乙烯炭黑电缆料的制备方法，包括如下步骤：

按照重量份称取相应的组分，

步骤1：将聚乙烯80份、过氧化二异丙苯20份、Chemnox-101010份放入反应釜中，并在80℃的条件下进行混合；

步骤2：将步骤1中的混合物放入单螺杆挤出机中，并在80℃的条件下进行挤出造粒；

步骤3：将步骤2中的颗粒进行自然冷却20min时间而成型，随后在温度为80℃的真空烘箱中烘干48h，即得到交联聚乙烯；

步骤4：将硫醇甲基锡5份、硅烷交联绝缘料60份、纳米碳化硅2份、炭黑2份、纳米氧化镁2份、蒙脱土7份与步骤3得到的交联聚乙烯充分混合后，利用单螺杆挤出机，在120℃下混炼均匀，挤出切粒，即得到交联聚乙烯炭黑电缆料。

对比例1：与实施例2的区别点在于，对比例1去除黑炭、纳米氧化镁和纳米碳化硅，其他部分与实施例2相同。

对比例2：与实施例2的区别点在于，对比例2中去除了硫醚，其他部分与实施例2相同。

测试实验1：

按照相同的重量份称取实施例1、实施例2、实施例3和对比例1。按如下步骤进行测量：

(1)将上述称取的试样压成厚度为0.3mm的管状试样；

(2)向管状试样通直流电流，接着在其一侧热压半导电电极，另一侧蒸镀铝电极。采用电声脉冲测量试样内空间电荷分布；

(3)测试时，先测量场强为3kV/mm时的空间电荷分布，并对测量结果进行修正得到参考波形；然后测量40kV/mm的电场作用下，0.5min、10min和20min时试样内空间电荷分布，得到以下表格的数据。

表1：为交联聚乙烯炭黑电缆料的空间电荷分布

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1
					0.5min	+	+	+	++
10min	+	+	+	+++
					20min	++	+	++	++++

表1中的+表示为片状试样两侧电荷分布的差值，+越多表示片状试样两侧的电荷分布差值越大。

从表1中可以得到，随着时间的延长，测试试样两侧的电荷量相差越大。而测试试样两侧的电荷量差距越大，电荷就越容易聚集，因此从实施例中可以明显的看出实施例1、实施例2和实施例3均具有抑制电荷量聚集的效果。并且实施例1、实施例2和实施例3在0.5min的时候，电荷量聚集的差距为对比例1电荷聚集的差距的0.5倍。

测试实验2：

按照相同的重量份称取实施例2和对比例2。按如下的步骤进行测量：

(1)将实施例2与对比例2分别放置于两个相同的蒸发皿中；

(2)对两个蒸发皿进行加热直至100℃并持续1min；

(3)停止加热并让两个蒸发皿自然冷却，将两个冷却后的蒸发皿中的物体倾倒而出，并进行称重得到称量数据。

表2：实施例2与对比例2的重量测量值

	实施例2	对比例2
			放入蒸发皿前后的重量差值	+	++

表2中+越大表示重量差值越大。

从表2中可以看出对比例2放入蒸发皿前后的重量差距较大，并且实施例2中放入蒸发皿前后的重量差值为对比例2重量差值的一半。这是由于对比例2的润滑性较弱，对比例2容易沾附在蒸发皿中。而增强了硫醇甲基锡的润滑性能够在工业上节约成本，避免硫醇甲基锡附着在加工设备上进而造成浪费。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种交联聚乙烯炭黑电缆料，其特征是：由如下重量份的组分构成：蒙脱土3-7份、纳米氧化镁1-2份、纳米碳化硅1-2份、炭黑1-3份、交联剂15-20份、聚乙烯70-80份、抗氧化剂10-20份。

2.根据权利要求1所述的交联聚乙烯炭黑电缆料，其特征是：所述交联剂选取过氧化二异丙苯。

3.根据权利要求1所述的交联聚乙烯炭黑电缆料，其特征是：所述抗氧化剂选取受阻酚抗氧化剂。

4.根据权利要求3所述的交联聚乙烯炭黑电缆料，其特征是：所述受阻酚抗氧化剂选取抗氧剂Chemnox-1010。

5.根据权利要求3所述的交联聚乙烯炭黑电缆料，其特征是：按照重量份还包括有硫醚2-6份。

6.根据权利要求1所述的交联聚乙烯炭黑电缆料，其特征是：按照重量份还包括有硅烷交联绝缘料50-60份。

7.根据权利要求1所述的交联聚乙烯炭黑电缆料，其特征是：按照重量份还包括有稳定剂2-5份。

8.一种交联聚乙烯炭黑电缆料的制备方法，包括如下步骤：

按照重量份称取相应的组分，

步骤1：将聚乙烯70-80份、交联剂15-20份、抗氧化剂10-20份放入反应釜中，并在80℃的条件下进行混合；

步骤2：将步骤1中的混合物放入单螺杆挤出机中，并在80℃的条件下进行挤出造粒；

步骤3：将步骤2中的颗粒进行自然冷却 20 min 时间而成型，随后在温度为 80 ℃的真空烘箱中烘干48h，即得到交联聚乙烯；

步骤4：将稳定剂2-5份、硅烷交联绝缘料50-60份、纳米碳化硅1-2份、炭黑1-3份、纳米氧化镁1-2份、蒙脱土3-7份与步骤3得到的交联聚乙烯充分混合后，利用单螺杆挤出机，在120℃下混炼均匀，挤出切粒，即得到交联聚乙烯炭黑电缆料。