CN107705897A - 一种抗拉聚苯乙烯电缆 - Google Patents

一种抗拉聚苯乙烯电缆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗拉聚苯乙烯电缆，包括：至少一根导体线芯、包绕于所述导体线芯外的绝缘层、包绕于所述绝缘层外的屏蔽层、包覆绕于所述屏蔽层外的护套层；所述的护套层包括内护套、内衬层、铠装层和外被层；所述内护套和外被层采用改性聚苯乙烯材料制备而成；所述的改性聚苯乙烯材料包括以下重量份原材料制备而成：12‑18份的玄武岩纤维、10‑15份的改性剂、10‑20份的乙丙橡胶、35‑55份的聚苯乙烯、0.3‑0.8份的偶联剂、0.1‑0.3份的交联剂；该电缆将经过改性处理的、具有优异抗拉性的改性聚苯乙烯材料作为电缆护套层中的外被层，提高了聚苯乙烯电缆的抗拉性，使聚苯乙烯电缆适应性更好，应用范围更大。

Description

一种抗拉聚苯乙烯电缆
技术领域
本发明涉及电缆领域，具体涉及一种抗拉聚苯乙烯电缆。
背景技术
电缆是用一根或多根导线经过绞合制作成导体线芯，再在导体上施以相应的绝缘层，外面包上密封护套而形成的导线，主要由线芯、绝缘层、屏蔽层和护套层构成。电缆具有占用地面和空间少；供电安全可靠，触电可能性小；有利于提高电力系统的功率因数；运行、维护工作简单方便；有利于美化城市，具有保密性等诸多优点，被广泛应用于生活和生产中的各个领域。电缆的护套层性能是决定电缆使用环境的主要因素之一，同时，电缆的使用环境也决定了电缆护套层材料的性能要求。
聚苯乙烯是由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，因为其具有电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等优点，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域。在电缆领域中，聚苯乙烯也是电缆较为常用的材料之一。尽管聚苯乙烯材料本身具有较好的拉伸强度，但随着电缆应用的范围不断增加，电缆铺设的跨度也不断提高，因而，对电缆的抗拉性能要求也越来越高，因此，为了适应聚苯乙烯电缆的发展和应用，聚苯乙烯电缆的抗拉性还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有聚苯乙烯电缆抗拉性不足的缺陷，提供一种抗拉聚苯乙烯电缆；本发明将经过改性处理的，具有优异抗拉性的改性聚苯乙烯材料作为电缆护套层中的外被层，提高了聚苯乙烯电缆的抗拉性，使聚苯乙烯电缆适应性更好，应用范围更大。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种抗拉聚苯乙烯电缆，包括：至少一根导体线芯、包绕于所述导体线芯外的绝缘层、包绕于所述绝缘层外的屏蔽层、包覆绕于所述屏蔽层外的护套层；所述的护套层包括内护套、内衬层、铠装层和外被层；所述外被层采用改性聚苯乙烯材料制备而成；所述的改性聚苯乙烯材料包括以下重量份原材料制备而成：12-18份的玄武岩纤维、10-15份的改性剂、10-20份的乙丙橡胶、35-55份的聚苯乙烯、0.3-0.8份的偶联剂、0.1-0.3份的交联剂；所述的改性剂为三乙醇胺与聚丙烯酸组成的混合物；所述的乙丙橡胶聚合度为80-160；所述的聚苯乙烯聚合度为800-1600；所述的偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷偶联剂；所述的交联剂为对苯基三异丙烯氧基硅烷。
本发明一种抗拉聚苯乙烯电缆，采用具有优异抗拉性和加工性的改性聚苯乙烯材料作为电缆护套层中的外被层，不仅利用了改性聚苯乙烯材料中由于针对性筛选改性剂、偶联剂和交联剂协同玄武岩纤维才赋予聚苯乙烯更好的抗拉性来提高了电缆的抗拉性，还利用了改性聚苯乙烯材料中的通过控制聚苯乙烯的聚合度使抗拉性与加工性之间具有的最佳平衡关系，使得到的聚苯乙烯电缆在具有优异抗拉性的同时，加工性并没有受到严重影响、对聚苯乙烯抗拉电缆的大量生产具有积极作用。
上述一种抗拉聚苯乙烯电缆，其中，所述的玄武岩纤维直径为0.01-0.5μm，长度为10-100μm；玄武岩纤维直径和长度越小，分散性越差，对聚苯乙烯抗拉强度的增强作用降低，玄武岩纤维直径和长度越大，在聚苯乙烯相中相容性越差，容易出现界面分离，影响聚苯乙烯材料的抗拉强度；优选的，所述的玄武岩纤维直径为0.05-0.2μm，长度为30-80μm；最优选的，所述的玄武岩纤维直径为0.1μm，长度为50μm；通过优选，玄武岩纤维对改性聚苯乙烯材料的抗拉增强效果最好。
上述一种抗拉聚苯乙烯电缆，其中，所述的改性剂为三乙醇胺与聚丙烯酸组成的混合物；所述的改性剂能改善玄武岩纤维与聚苯乙烯的相容性，增加材料抗拉强度；优选的，所述的改性剂中三乙醇胺与聚丙烯酸的物质的量之比为2︰1。
上述一种抗拉聚苯乙烯电缆，其中，聚苯乙烯的聚合度越大，交联后抗拉性越差，加工性越好，聚苯乙烯的聚合物越小，则交联后抗拉性越好，加工性越差，因此，选择合理的聚苯乙烯聚合度，是平衡抗拉性和加工性的重要手段。优选的，所述的乙丙橡胶的聚合度为100-140；最优的，所述的乙丙橡胶的聚合度为120。优选的，所述聚苯乙烯的聚合度为1000-1400；最优选的，所述的聚苯乙烯的聚合度为1200；通过优选，得到的改性聚苯乙烯材料既具有优异的抗拉性，也具有较好的加工性，聚苯乙烯电缆的性能也更好。
其中，所述的偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷偶联剂；异丁基三乙氧基硅烷偶联剂能增加玄武岩纤维与聚苯乙烯材料之间的相容性，提高改性聚苯乙烯材料的性能，从而提高聚苯乙烯电缆的性能。
其中，所述的交联剂为对苯基三异丙烯氧基硅烷；该交联剂不仅能将两种不同聚合度的聚苯乙烯适当交联，提高改性聚苯乙烯材料的抗拉性，能提高与玄武岩纤维的相容性，增加玄武岩纤维对聚苯乙烯的改性作用，与玄武岩纤维形成协同增效作用。
其中，改性聚苯乙烯材料的原材料还包括分散剂、增塑剂、抗静电剂、染色剂、増亮剂中的一种或多种；上述的助剂能提高改性聚苯乙烯材料的加工性，增加其功能性等作用，从而提高聚苯乙烯电缆的性能。
其中，所述的改性聚苯乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将玄武岩纤维用改性剂进行改性处理并干燥；
（2）将经过改性处理的玄武岩纤维用偶联剂进行处理；
（3）将经过偶联处理的玄武岩纤维与乙丙橡胶、聚苯乙烯、交联剂混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料。
上述一种抗拉聚苯乙烯电缆，其中，所述的导体线芯是由导电材料制备而成的导线；优选的，所述的导体材料为铜、铝及其合金中的一种。
其中，所述的屏蔽层由屏蔽材料构成；优选的，所述的屏蔽材料为复合屏蔽材料。
其中，所述的绝缘层采用高性能绝缘材料构成；优选的，所述的绝缘材料为复合绝缘材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明电缆外被层使用的改性聚苯乙烯材料中针对性筛选的改性剂、偶联剂和交联剂种类能与玄武岩纤维形成协同作用，提高玄武岩纤维与聚苯乙烯之间的相容性，使改性聚苯乙烯材料的抗拉性更好，从而使聚苯乙烯电缆的抗拉性也更好。
2、本发明电缆外被层使用的改性聚苯乙烯材料通过控制聚苯乙烯的聚合度使抗拉性与加工性之间具有了最佳平衡关系，使得到的聚苯乙烯电缆在具有优异抗拉性的同时，加工性并没有受到严重影响、对聚苯乙烯抗拉电缆的大量生产具有积极作用。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种抗拉聚苯乙烯电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铜导线；
绝缘层：聚乙烯树脂复合绝缘材料；
屏蔽层：碳纤维-聚氯乙烯复合屏蔽材料；
护套层：分为内护套、内衬层、铠装层和外被层；其中，外被层通过以下方法制备得到：
（1）将15份的直径为0.1μm、长度为50μm的玄武岩纤维用8份的三乙醇胺和4份的聚丙烯酸乳液进行改性处理后并干燥；
（2）将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的异丁基三乙氧基硅烷偶联剂进行偶联处理；
（3）将偶联后的玄武岩纤维与15份的聚合度为120的乙丙橡胶、45份的聚合度为1200的聚苯乙烯、0.2份的对苯基三异丙烯氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料；
（4）用改性聚苯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
实施例2
一种抗拉聚苯乙烯电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铜铝合金导线；
绝缘层：聚乙烯树脂复合绝缘材料；
屏蔽层：碳纤维-聚苯乙烯复合屏蔽材料；
护套层：分为内护套、内衬层、铠装层和外被层；其中，外被层通过以下方法制备得到：
（1）将12份的直径为0.5μm、长度为180μm的玄武岩纤维用5份的三乙醇胺和5份的聚丙烯酸乳液进行改性处理后并干燥；
（2）将经过改性处理的玄武岩纤维用0.3份的异丁基三乙氧基硅烷偶联剂进行偶联处理；
（3）将偶联后的玄武岩纤维与10份的聚合度为160的乙丙橡胶、55份的聚合度为800的聚苯乙烯、0.1份的对苯基三异丙烯氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料；
（4）用改性聚苯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
实施例3
一种抗拉聚苯乙烯电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铝导线；
绝缘层：聚乙烯树脂复合绝缘材料；
密封层：硅橡胶；
屏蔽层：碳纤维-聚苯乙烯复合屏蔽材料；
护套层：分为内护套、内衬层、铠装层和外被层；其中，外被层通过以下方法制备得到：
（1）将18份的直径为0.01μm、长度为10μm的玄武岩纤维用10份的三乙醇胺和5份的聚丙烯酸乳液进行改性处理后并干燥；
（2）将经过改性处理的玄武岩纤维用0.8份的异丁基三乙氧基硅烷偶联剂进行偶联处理；
（3）将偶联后的玄武岩纤维与20份的聚合度为80的乙丙橡胶、35份的聚合度为1600的聚苯乙烯、0.3份的对苯基三异丙烯氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料；
（4）用改性聚苯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
对比例1
一种电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铜导线；
绝缘层：聚乙烯树脂复合绝缘材料；
屏蔽层：碳纤维-聚氯乙烯复合屏蔽材料；
护套层：分为内护套、内衬层、铠装层和外被层；其中，内护套和外被层通过以下方法制备得到：
（1）将15份的直径为0.1μm、长度为50μm的玄武岩纤维用0.5份的异丁基三乙氧基硅烷偶联剂进行偶联处理；
（2）将偶联后的玄武岩纤维与15份的聚合度为120的乙丙橡胶、45份的聚合度为1200的聚苯乙烯、0.2份的对苯基三异丙烯氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料；
（3）用改性聚苯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
对比例2
一种电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铜导线；
绝缘层：聚乙烯树脂复合绝缘材料；
屏蔽层：碳纤维-聚氯乙烯复合屏蔽材料；
护套层：分为内护套、内衬层、铠装层和外被层；其中，外被层通过以下方法制备得到：
（1）将15份的直径为0.1μm、长度为50μm的玄武岩纤维用8份的三乙醇胺和4份的聚丙烯酸乳液进行改性处理后并干燥；
（2）将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的异丁基三乙氧基硅烷偶联剂进行偶联处理；
（3）将偶联后的玄武岩纤维与15份的聚合度为70的乙丙橡胶、45份的聚合度为700的聚苯乙烯、0.2份的对苯基三异丙烯氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料；
（4）用改性聚苯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
对比例3
一种电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铜导线；
绝缘层：聚乙烯树脂复合绝缘材料；
屏蔽层：碳纤维-聚氯乙烯复合屏蔽材料；
护套层：分为内护套、内衬层、铠装层和外被层；其中，内护套和外被层通过一下方法制备得到：
（1）将15份的直径为0.1μm、长度为50μm的玄武岩纤维用8份的三乙醇胺和4份的聚丙烯酸乳液进行改性处理后并干燥；
（2）将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的异丁基三乙氧基硅烷偶联剂进行偶联处理；
（3）将偶联后的玄武岩纤维与15份的聚合度为180的乙丙橡胶、45份的聚合度为1800的聚苯乙烯、0.2份的对苯基三异丙烯氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料；
（4）用改性聚苯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
对比例4
一种电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铜导线；
绝缘层：聚乙烯树脂复合绝缘材料；
屏蔽层：碳纤维-聚氯乙烯复合屏蔽材料；
护套层：分为内护套、内衬层、铠装层和外被层；其中，内护套和外被层通过一下方法制备得到：
（1）将15份的直径为0.1μm、长度为50μm的玄武岩纤维用8份的三乙醇胺和4份的聚丙烯酸乳液进行改性处理后并干燥；
（2）将经过改性处理的玄武岩纤维用0.5份的异丁基三乙氧基硅烷偶联剂进行偶联处理；
（3）将偶联后的玄武岩纤维与15份的聚合度为120的乙丙橡胶、45份的聚合度为1200的聚苯乙烯、0.2份的过氧化苯甲酰硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料；
（4）用改性聚苯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
将上述实施例1-3和对比例1-4中的电缆，进行性能检测，记录结果如下：
性能 拉伸强度（N/mm2） 拉伸率（%） 加工性
实施例1 60.3 17.5 +++
实施例2 59.8 15.6 +++
实施例3 59.9 16.2 +++
对比例1 55.2 12.4 ++
对比例2 62.1 6.8 +
对比例3 53.5 21.2 ++++
对比例4 54.3 15.7 ++
注：“+”越多，表示性能越好。
对上述实验结果分析可知，实施例1-3中的本发明抗拉聚苯乙烯电缆，抗拉性好，加工性好；而对比例1中使用的改性聚苯乙烯材料未采用改性剂对玄武岩纤维进行改性处理，玄武岩纤维在聚苯乙烯中的相容性变差，改性聚苯乙烯材料的抗拉性增强作用降低，加工性变差，从而导致电缆加工性变差，抗拉性变差；对比例2中改性聚苯乙烯材料乙丙橡胶的聚合度太小，改性聚苯乙烯材料的加工性变差，电缆加工性变差；对比例3中改性聚苯乙烯材料聚苯乙烯的聚合度大，改性聚苯乙烯材料加工性变好，但抗拉性显著降低，导致得到的电缆抗拉性变差；对比例4中改性聚苯乙烯材料改变了交联剂，改性聚苯乙烯材料的抗拉性、加工性降低。

Claims (9)

1.一种抗拉聚苯乙烯电缆，包括：至少一根导体线芯、包绕于所述导体线芯外的绝缘层、包绕于所述绝缘层外的屏蔽层、包覆绕于所述屏蔽层外的护套层；所述的护套层包括内护套、内衬层、铠装层和外被层；其特征在于，所述外被层采用改性聚苯乙烯材料制备而成；所述的改性聚苯乙烯材料包括以下重量份原材料制备而成：12-18份的玄武岩纤维、10-15份的改性剂、10-20份的乙丙橡胶、35-55份的聚苯乙烯、0.3-0.8份的偶联剂、0.1-0.3份的交联剂；所述的改性剂为三乙醇胺与聚丙烯酸组成的混合物；所述的乙丙橡胶聚合度为80-160；所述的聚苯乙烯聚合度为800-1600；所述的偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷偶联剂；所述的交联剂为对苯基三异丙烯氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的玄武岩纤维直径为0.01-0.5μm，长度为10-100μm。
3.根据权利要求3所述的电缆，其特征在于，所述的玄武岩纤维直径为0.05-0.2μm，长度为30-80μm。
4.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的改性剂中三乙醇胺与聚丙烯酸的物质的量之比为2︰1。
5.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的乙丙橡胶的聚合度为100-140。
6.根据权利要求5所述的电缆，其特征在于，所述的乙丙橡胶的聚合度为120。
7.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述聚苯乙烯的聚合度为1000-1400。
8.根据权利要求7所述的电缆，其特征在于，所述聚苯乙烯的聚合度为1200。
9.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的改性聚苯乙烯材料通过以下步骤制备得到：
（1）将玄武岩纤维用改性剂进行改性处理并干燥；
（2）将经过改性处理的玄武岩纤维用偶联剂进行处理；
（3）将经过偶联处理的玄武岩纤维与乙丙橡胶、聚苯乙烯、交联剂混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚苯乙烯材料。
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