CN107828116B - ±500kV直流电缆用抗焦烧绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，可以为±500kV直流电缆用，其原料包括低密度聚乙烯、金属氧化物、抗氧剂、交联剂、助交联剂和抗焦烧剂；低密度聚乙烯的数均分子量为4000‑60000，密度为0.91‑0.93g/cm³，助交联剂为选自N‑环己基硫代邻苯二甲酰亚胺、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种的组合，抗焦烧剂为选自2‑苯并噻唑基‑N‑吗啉基硫醚、N‑苯基‑N‑〔(三氯甲基)硫代〕‑苯磺酰胺、吗啉‑4‑二硫代甲酸‑4‑吗啉酯中的一种或多种的组合；本发明的绝缘材料在具备90℃以上的耐温等级的同时还具备抗焦烧功能。

Description

±500kV直流电缆用抗焦烧绝缘材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电缆材料领域，具体涉及一种±500kV直流电缆用抗焦烧绝缘材料及其制备方法。

背景技术

电线电缆行业是电力和通信两大国民经济支柱产业的重要配套行业，在国民经济中有着极其重要的地位，其中行业生产总量占全国总GDP的4～5‰，电线电缆产品起着输送能源、传递信息的重要作用，是国民经济的“血管”和“神经”。而其中高压直流输电线路成本低、损耗小、没有无功功率、连接方便、容易控制和调节，在长距离输电中已被广泛采用。另外，直流电力电缆绝缘的工作电场强度高、绝缘厚度薄、电缆外径小、重量轻、制造安装容易、载流量大、没有交流磁场、有环保方面的优势，因此直流高压输电电缆作为直流输电系统中不可或缺的一部分，是高压输电中的重要课题。但目前的高压直流用电缆材料在生产时易发生焦烧的风险，且耐温等级不高，严重制约了制备电缆的可用生产周期，进而影响到实际生产效率，增加了生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种改进的高压直流用特别是±500kV直流电缆用的绝缘材料，其在满足耐高温的同时具备抗焦烧性能，大大延长了制备电缆的可用生产周期。

本发明还提供了高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，以重量份数计，所述绝缘材料的原料包括：低密度聚乙烯90-100份、金属氧化物0.1-5份、抗氧剂0.1-1.5份、交联剂0.5-2.5份、助交联剂0.1-3份和抗焦烧剂0.1-3份；所述低密度聚乙烯的数均分子量为4000-60000，所述低密度聚乙烯的密度为0.91-0.93g/cm³，所述助交联剂为选自N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种组成的混合物，所述抗焦烧剂为选自2-苯并噻唑基-N-吗啉基硫醚、N-苯基-N-〔(三氯甲基)硫代〕-苯磺酰胺、吗啉-4-二硫代甲酸-4-吗啉酯中的一种或多种组成的混合物。

根据本发明的一些优选方面，所述绝缘材料的原料包括：低密度聚乙烯92-97份、金属氧化物0.3-3份、抗氧剂0.1-1份、交联剂1-2.2份、助交联剂0.1-2份和抗焦烧剂0.1-2份。

根据本发明的一些优选方面，所述低密度聚乙烯的数均分子量为5000-50000。

根据本发明的一些优选方面，所述低密度聚乙烯的熔融指数以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定为1.5-2.5g/10min，

更优选地，所述低密度聚乙烯的熔融指数为1.8-2.2g/10min。

根据本发明的一些优选方面，所述低密度聚乙烯的体积电阻率大于等于1.0×10¹⁶Ω·cm。

根据本发明的一些优选方面，所述金属氧化物为氧化镁。

在本发明的一些具体实施方式中，优选地，所述抗氧剂为4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)。

在本发明的一些具体实施方式中，优选地，所述交联剂为过氧化二异苯丙。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)、将配方量的所述抗氧剂、1/2～3/4配方量的所述低密度聚乙烯、配方量的所述金属氧化物加入密炼机中混炼，混匀后进入挤出机中挤出造粒，制得绝缘材料母料；

(2)、将步骤(1)中制备的所述绝缘材料母料、剩余配方量的的所述低密度聚乙烯，以及配方量的所述抗焦烧剂、所述助交联剂一起加入挤出机中挤出造粒，制得绝缘材料预混料；

(3)、将步骤(2)中所得的所述绝缘材料预混料与配方量的所述交联剂混合，搅拌，进行交联反应，交联反应完成后，放入保温料仓中保温，即得所述高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料。

根据本发明的一些具体方面，优选地，步骤(1)中，混炼温度为120-140℃；步骤(2)中，挤出温度为100-140℃，挤出速度为80～120rpm/min。

根据本发明的一些具体方面，优选地，步骤(3)中，混合的温度为50～80℃，在所述保温料仓中保温18～30h。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明在特定的低密度聚乙烯与金属氧化物形成的绝缘料的基础上通过加入特定的助交联剂，调整了交联体系，同时复配特定的抗焦烧剂，使得本发明的绝缘材料不仅具备90℃以上的耐温等级且具有极好的抗焦烧功能，降低了在生产高压特别是±500kV直流电缆用绝缘材料时产品焦烧的风险，进而可大大延长制备电缆的生产周期，同时还省略了现有技术中抗焦烧母料的预先制备工艺，进而简化了生产工艺，有利于提升生产效率。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。

下述实施例中，为描述方便，低密度聚乙烯以LDPE表示，LDPE的密度为0.91-0.93g/cm³，LDPE的熔融指数以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定为1.8-2.2g/10min，LDPE的体积电阻率大于等于1.0×10¹⁶Ω·cm。

实施例1

本实施例提供一种高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，以重量份计，所述电缆料的原料配方包括：LDPE 95.2份，氧化镁1份，4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)0.2份，过氧化二异苯丙1.8份，三烯丙基异氰脲酸酯1.5份，2-苯并噻唑基-N-吗啉基硫醚0.3份。

其制备方法包括：

(1)按照上述配方量，将1/2的LDPE、4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)、氧化镁加入密炼机中混炼，混炼温度为130±3℃，混炼时间为20min，材料混合均匀后进入单螺杆挤出机中挤出造粒，制得绝缘材料母料；

(2)将步骤(1)中所得的绝缘材料母料与剩余的LDPE、2-苯并噻唑基-N-吗啉基硫醚、三烯丙基异氰脲酸酯加入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为110±5℃，挤出速度为100rpm/min，制得绝缘材料预混料；

(3)将步骤(2)中所得的绝缘材料预混料与过氧化二异苯丙在容器中以恒定的速度混合搅拌，混合温度为70℃，混合时间为40min，待过氧化二异苯丙被完全吸收进入粒子后(交联反应完成)放入保温料仓中保温24h，制得高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料。

实施例2

本实施例提供一种高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，以重量份计，所述电缆料的原料配方包括：LDPE 95.5份，氧化镁1份，4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)0.2份，过氧化二异苯丙1.8份，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.2份，2-苯并噻唑基-N-吗啉基硫醚1.3份。

其制备方法包括：

(1)按照上述配方量，将2/3的LDPE、4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)、氧化镁加入密炼机中混炼，混炼温度为135±3℃，混炼时间为30min，材料混合均匀后进入单螺杆挤出机中挤出造粒，制得绝缘材料母料；

(2)将步骤(1)中所得的绝缘材料母料与剩余的LDPE、2-苯并噻唑基-N-吗啉基硫醚、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为120±5℃，挤出速度为100rpm/min，制得绝缘材料预混料；

(3)将步骤(2)中所得的绝缘材料预混料与过氧化二异苯丙在容器中以恒定的速度混合搅拌，混合温度为70℃，混合时间为40min，待过氧化二异苯丙被完全吸收进入粒子后(交联反应完成)放入保温料仓中保温24h，制得高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料。

实施例3

本实施例提供一种高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，以重量份计，所述电缆料的原料配方包括：LDPE 96.1份，氧化镁1份，4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)0.2份，过氧化二异苯丙1.8份，三烯丙基异氰脲酸酯0.2份，吗啉-4-二硫代甲酸-4-吗啉酯0.7份。

其制备方法包括：

(1)按照上述配方量，将2/3的LDPE、4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)、氧化镁加入密炼机中混炼，混炼温度为125±3℃，混炼时间为30min，材料混合均匀后进入单螺杆挤出机中挤出造粒，制得绝缘材料母料；

(2)将步骤(1)中所得的绝缘材料母料与剩余的LDPE、吗啉-4-二硫代甲酸-4-吗啉酯、三烯丙基异氰脲酸酯加入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为125±5℃，挤出速度为100rpm/min，制得绝缘材料预混料；

(3)将步骤(2)中所得的绝缘材料预混料与过氧化二异苯丙在容器中以恒定的速度混合搅拌，混合温度为75℃，混合时间为50min，待过氧化二异苯丙被完全吸收进入粒子后(交联反应完成)放入保温料仓中保温24h，制得高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料。

实施例4

本实施例提供一种高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，以重量份计，所述电缆料的原料配方包括：LDPE 96.3份，氧化镁1份，4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)0.2份，过氧化二异苯丙1.8份，N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.5份，N-苯基-N-〔(三氯甲基)硫代〕-苯磺酰胺0.2份。

其制备方法包括：

(1)按照上述配方量，将2/3的LDPE、4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)、氧化镁加入密炼机中混炼，混炼温度为135±3℃，混炼时间为20min，材料混合均匀后进入单螺杆挤出机中挤出造粒，制得绝缘材料母料；

(2)将步骤(1)中所得的绝缘材料母料与剩余的LDPE、N-苯基-N-〔(三氯甲基)硫代〕-苯磺酰胺、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为130±5℃，挤出速度为100rpm/min，制得绝缘材料预混料；

(3)将步骤(2)中所得的绝缘材料预混料与过氧化二异苯丙在容器中以恒定的速度混合搅拌，混合温度为70℃，混合时间为40min，待过氧化二异苯丙被完全吸收进入粒子后(交联反应完成)放入保温料仓中保温24h，制得高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料。

对比例1

其基本同实施例1，其区别仅在于，不含有助交联剂。

对比例2

其基本同实施例1，其区别仅在于，不含有抗焦烧剂。

对比例3

其基本同实施例1，其区别仅在于，制备方法为将所有原料(除了交联剂)一起加入挤出机中挤出造粒，得到预混料，再将预混料与交联剂混合交联制备绝缘材料。

性能测试

将实施例1-4以及对比例1-3进行如下性能测试，具体见表一：

表一

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，其特征在于，以重量份数计，所述绝缘材料的原料包括：低密度聚乙烯90-100份、金属氧化物0.1-5份、抗氧剂0.1-1.5份、交联剂0.5-2.5份、助交联剂0.1-3份和抗焦烧剂0.1-3份；所述低密度聚乙烯的数均分子量为4000-60000，所述低密度聚乙烯的密度为0.91-0.93g/cm³，所述助交联剂为选自N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种组成的混合物，所述抗焦烧剂为选自2-苯并噻唑基-N-吗啉基硫醚、N-苯基-N-〔(三氯甲基)硫代〕-苯磺酰胺、吗啉-4-二硫代甲酸-4-吗啉酯中的一种或多种组成的混合物，所述交联剂为过氧化二异苯丙；

所述绝缘材料的制备方法包括如下步骤：

（1）、将配方量的所述抗氧剂、1/2~3/4配方量的所述低密度聚乙烯、配方量的所述金属氧化物加入密炼机中混炼，混匀后进入挤出机中挤出造粒，制得绝缘材料母料；

（2）、将步骤（1）中制备的所述绝缘材料母料、剩余配方量的所述低密度聚乙烯，以及配方量的所述抗焦烧剂、所述助交联剂一起加入挤出机中挤出造粒，制得绝缘材料预混料；

（3）、将步骤（2）中所得的所述绝缘材料预混料与配方量的所述交联剂混合，搅拌，进行交联反应，交联反应完成后，放入保温料仓中保温，即得所述高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料。

2.根据权利要求1所述的高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，其特征在于，所述绝缘材料的原料包括：低密度聚乙烯92-97份、金属氧化物0.3-3份、抗氧剂0.1-1份、交联剂1-2.2份、助交联剂0.1-2份和抗焦烧剂0.1-2份。

3.根据权利要求1或2所述的高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯的数均分子量为5000-50000。

4.根据权利要求1或2所述的高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯的熔融指数以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定为1.5-2.5g/10min，所述低密度聚乙烯的体积电阻率大于等于1.0×10¹⁶Ω·cm。

5.根据权利要求4所述的高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯的熔融指数为1.8-2.2g/10min。

6.根据权利要求1或2所述的高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，其特征在于，所述金属氧化物为氧化镁；所述抗氧剂为4,4’-硫代双(5-甲基-2-叔丁基苯酚)。

7.根据权利要求1所述的高压直流电缆用抗焦烧绝缘材料，其特征在于，步骤（1）中，混炼温度为120-140℃；步骤（2）中，挤出温度为100-140℃，挤出速度为80~120rpm/min。