CN107857923A - 一种耐磨聚乙烯改性电缆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨聚乙烯改性电缆材料及其制备方法，该材料包括以下重量份原材料制备而成：8‑15份的陶瓷颗粒、0.001‑0.003份的石墨烯，3‑6份的改性剂、10‑25份的低聚合度聚乙烯、35‑55份的高聚合度聚乙烯、0.3‑0.8份的偶联剂、0.1‑0.3份的交联剂；将经过改性处理的陶瓷颗粒添加到聚乙烯中并进行混合改性，显著的提高了聚乙烯的耐磨性能，且保留了较好的加工性，将该聚乙烯材料用于电缆的护套层，能显著增加电缆在高磨损环境中的使用寿命。

Description

一种耐磨聚乙烯改性电缆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆材料领域，具体涉及一种耐磨聚乙烯改性电缆材料及其制备方法。
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。
电缆护套层的作用是密封保护电缆免受外界杂质和水分的侵入，防止外力直接损坏电缆绝缘层。电缆护套层材料不仅要求密封性好、防腐性高、机械强度高、阻燃性好，还应当具有一定的耐磨性。常规的电缆护套层材料多为聚乙烯材料，聚乙烯的耐磨性较好，但用于电缆护套层后，电缆依然不适合在高磨损环境中长期使用，聚乙烯的耐磨性还有待进一步提高。现有技术中也采用了多种方法来提高聚乙烯材料的耐磨性，如：添加耐磨材料和对聚乙烯进行交联的方法，但由于原材料选择的针对性较差或没有对聚乙烯聚合度进行控制等因素的影响，得到的改性聚乙烯材料耐磨性能并没有达到预想的要求，要么加工性好但耐磨性差，要么耐磨性好却加工性变差，从而不利于用改性聚乙烯材料加工成电缆，严重影响了电缆的生产和应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有用于电缆护套层的聚乙烯材料耐磨性不足的缺陷，提供一种耐磨聚乙烯改性电缆材料及其制备方法；本发明将经过改性处理的陶瓷颗粒添加到聚乙烯中并进行混合改性，显著的提高了聚乙烯的耐磨性能，且保留了较好的加工性，将该聚乙烯材料用于电缆的护套层，能显著增加电缆在高磨损环境中的使用寿命。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，包括以下重量份原材料制备而成：8-15份的陶瓷颗粒、0.001-0.003份的石墨烯，3-6份的改性剂、10-25份的低聚合度聚乙烯、35-55份的高聚合度聚乙烯、0.3-0.8份的偶联剂、0.1-0.3份的交联剂。
本发明一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，根据陶瓷颗粒和交联能增加聚乙烯耐磨性的基本原理，不仅通过针对性的筛选改性剂、偶联剂和交联剂的种类，来提高陶瓷颗粒与聚乙烯之间的相容性，使陶瓷颗粒对聚乙烯的耐磨性增强作用更好，还通过控制聚乙烯树脂的聚合度来使改性后的聚乙烯材料在耐磨性与加工性之间达到最佳平衡关系，从而使得到的聚乙烯材料在具有优异的耐磨性的条件下，也符合制备电缆护套层所需要的加工性，从而能大量生产在高磨损环境中的使用寿命更长的电缆。
上述一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，其中石墨烯能与陶瓷颗粒协同作用，在不明显影响聚乙烯材料电性能的前提下，显著增加聚乙烯材料的耐磨性；石墨烯的量需要控制在规定范围内，用量过大，聚乙烯材料电阻率大幅降低，绝缘性降低，不适合用于电缆护套层；用量过少，对聚乙烯材料耐磨性增加作用小，作用效果不明显；优选的，所述的石墨烯用量为0.002份。
上述一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，其中，所述的陶瓷颗粒粒径为0.01-2μm；陶瓷颗粒粒径越小，分散性越差，对聚乙烯耐磨性的增强作用降低，陶瓷颗粒粒径越大，在聚乙烯相中相容性越差，容易出现界面分离，影响聚乙烯材料的耐磨性；优选的，所述的陶瓷颗粒粒径为0.1-1μm；最优选的，所述的陶瓷颗粒粒径为0.3-0.6μm；通过优选，陶瓷颗粒对聚乙烯材料的耐磨性增强效果最好。
其中，优选的，所述的陶瓷颗粒为氧化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷中的一种或多种；该陶瓷颗粒在多种原料的作用下，与聚乙烯的相容性更好，对聚乙烯的耐磨性增强作用最佳。
上述一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，其中，所述的改性剂为聚乙烯蜡乳液与聚偏氟乙烯乳液组成的混合物；所述的改性剂既改善陶瓷颗粒与聚乙烯的相容性，还能增加材料耐磨性；优选的，所述的改性剂中聚乙烯蜡乳液与聚偏氟乙烯乳液的物质的量之比为1︰3。
上述一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，其中，聚乙烯的聚合度越大，交联后耐磨性越差，加工性越好，聚乙烯的聚合物越小，则交联后耐磨性越好，加工性越差，因此，选择合理的聚乙烯聚合度，是平衡耐磨性和加工性的重要手段。所述的低聚合度聚乙烯为聚合度为100-300的聚乙烯；优选的，所述的低聚合度聚乙烯的聚合度为150-230；最优的，所述的低聚合度聚乙烯的聚合度为200；通过优选，得到的聚乙烯既具有优异的耐磨性，也具有较好的加工性，适合用于制备电缆护套层。
其中，所述的高聚合度聚乙烯为聚合度为800-2000的聚乙烯；优选的，所述高聚合度聚乙烯的聚合度为1200-1800；最优选的，所述的高聚合度聚乙烯的聚合度为1500；通过优选，得到的聚乙烯既具有优异的耐磨性，也具有较好的加工性，适合用于制备电缆护套层。
上述一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，其中，所述的偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂；乙烯基硅烷偶联剂能增加陶瓷颗粒与聚乙烯材料之间的相容性，提高聚乙烯材料的性能。
其中，所述的交联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，该交联剂不仅能将两种不同聚合度的聚乙烯适当交联，提高聚乙烯材料的耐磨性，还含有硅原子，能提高与陶瓷颗粒的相容性，增加陶瓷颗粒对聚乙烯的改性作用，与陶瓷颗粒形成协同增效作用。
上述一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，其中，其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；上述的助剂能提高耐磨聚乙烯改性电缆材料的加工性，增加其功能性等作用，从而提高其适用性。
为了实现上述发明目的，进一步的，本发明提供了一种耐磨聚乙烯改性电缆材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将陶瓷颗粒用偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的陶瓷颗粒用改性剂进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的陶瓷颗粒与石墨烯、低聚合度聚乙烯、高聚合度聚乙烯、交联剂混合均匀后用挤出机进行挤出，得到耐磨聚乙烯改性电缆材料。
本发明一种耐磨聚乙烯改性电缆材料的制备方法，先对陶瓷颗粒进行偶联处理，增加其与高分子材料的相容性，再用改性剂对陶瓷颗粒进行包覆，最后与聚乙烯等原料进行混合，使陶瓷颗粒分散在交联聚乙烯中，形成稳定性好、耐磨性好、加工性好的改性聚乙烯材料；该制备方法简单可靠，适合用于耐磨聚乙烯改性电缆材料的大规模、工业化生产。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明耐磨聚乙烯改性电缆材料中石墨烯能与陶瓷颗粒协同作用，在不明显影响聚乙烯材料电性能的前提下，显著增加聚乙烯材料的耐磨性。
2、本发明耐磨聚乙烯改性电缆材料针对性的筛选改性剂、偶联剂和交联剂的种类，来提高陶瓷颗粒与聚乙烯之间的相容性，使陶瓷颗粒对聚乙烯的耐磨性增强作用更好。
3、本发明耐磨聚乙烯改性电缆材料通过控制聚乙烯树脂的聚合度来使改性后的聚乙烯材料在耐磨性与加工性之间达到最佳平衡关系，使得到的聚乙烯材料在具有优异的耐磨性的条件下，也符合制备电缆护套层所需要的加工性。
4、本发明制备方法简单、可靠，适合耐磨聚乙烯改性电缆材料的大规模、工业化生产。
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
（1）将12份的粒径为0.3μm的氧化硅陶瓷用0.5份的乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的氧化硅陶瓷用1份的聚乙烯蜡乳液和3份的聚偏氟乙烯乳液进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的氧化硅陶瓷与0.002份石墨烯、18份的聚合度为200的聚乙烯、45份的聚合度为1500的聚乙烯、0.2份的乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到耐磨聚乙烯改性电缆材料。
实施例2
（1）将8份的粒径为0.6μm的氮化硅陶瓷用0.3份的乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的氮化硅陶瓷用3份的聚乙烯蜡乳液与3份的聚偏氟乙烯乳液进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的氮化硅陶瓷与0.001份石墨烯、10份的聚合度为100的聚乙烯、55份的聚合度为2000的聚乙烯、0.1份的乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到耐磨聚乙烯改性电缆材料。
实施例3
（1）将15份的粒径为3μm的碳化硅陶瓷用0.8份的乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的碳化硅陶瓷用1份的聚乙烯蜡乳液与2份的聚偏氟乙烯乳液进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的碳化硅陶瓷与0.003份石墨烯、25份的聚合度为300的聚乙烯、35份的聚合度为800的聚乙烯、0.3份的乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到耐磨聚乙烯改性电缆材料。
对比例1
（1）将12份的粒径为0.3μm的氧化硅陶瓷用0.5份的乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的氧化硅陶瓷用1份的聚乙烯蜡乳液和3份的聚偏氟乙烯乳液进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的氧化硅陶瓷与18份的聚合度为200的聚乙烯、45份的聚合度为1500的聚乙烯、0.2份的乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到聚乙烯改性电缆材料。
对比例2
（1）将12份的粒径为0.3μm的氧化硅陶瓷用0.5份的乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的氧化硅陶瓷与0.002份石墨烯、18份的聚合度为200的聚乙烯、45份的聚合度为1500的聚乙烯、0.2份的乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到聚乙烯改性电缆材料。
对比例3
（1）将12份的粒径为0.3μm的氧化硅陶瓷用0.5份的乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的氧化硅陶瓷用1份的聚乙烯蜡乳液和3份的聚偏氟乙烯乳液进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的氧化硅陶瓷与0.002份石墨烯、18份的聚合度为80的聚乙烯、45份的聚合度为600的聚乙烯、0.2份的乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到聚乙烯改性电缆材料。
对比例4
（1）将12份的粒径为0.3μm的氧化硅陶瓷用0.5份的乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的氧化硅陶瓷用1份的聚乙烯蜡乳液和3份的聚偏氟乙烯乳液进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的氧化硅陶瓷与0.002份石墨烯、18份的聚合度为200的聚乙烯、45份的聚合度为2500的聚乙烯、0.2份的乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到聚乙烯改性电缆材料。
对比例5
（1）将12份的粒径为0.3μm的氧化硅陶瓷用0.5份的乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的氧化硅陶瓷用1份的聚乙烯蜡乳液和3份的聚偏氟乙烯乳液进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的氧化硅陶瓷与0.002份石墨烯、18份的聚合度为200的聚乙烯、45份的聚合度为1500的聚乙烯、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，得到聚乙烯改性电缆材料。
将上述实施例1-3和对比例1-5中的耐磨聚乙烯改性电缆材料，进行性能检测（耐磨性能测试：按GB3960-1983标准测试，实验力为200N，转速为200r/min，磨损时间为2h。），记录数据如下：
性能 磨损量（g） 加工性
实施例1 0.053 +++
实施例2 0.059 +++
实施例3 0.061 +++
对比例1 0.106 +++
对比例2 0.092 ++
对比例3 0.055 ++
对比例4 0.096 ++++
对比例5 0.083 ++
注：“+”越多，说明性能越好。
对上述实验数据分析可知，实施例1-3中制备得到的本发明耐磨聚乙烯改性电缆材料，耐磨性好，加工性好；而对比例1中，未添加石墨烯，不能与陶瓷颗粒协同增效，聚乙烯材料的耐磨性显著降低；对比例2中未采用改性剂对陶瓷颗粒进行包覆，陶瓷颗粒在聚乙烯中的相容性变差，对聚乙烯的耐磨性增强作用降低，加工性变差；对比例3中低聚合度聚乙烯的聚合度太小，交联后聚乙烯流动性差，加工性变差，不利于在电缆中进行使用；对比例4中高聚合度聚乙烯的聚合度大，虽然加工性变好，但耐磨性显著降低；对比例5中未采用本发明针对性选择的交联剂，交联聚乙烯与陶瓷颗粒的相容性降低，导致聚乙烯材料的耐磨性、加工性降低。

Claims (10)

1.一种耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，包括以下重量份原材料制备而成：8-15份的陶瓷颗粒、0.001-0.003份的石墨烯，3-6份的改性剂、10-25份的低聚合度聚乙烯、35-55份的高聚合度聚乙烯、0.3-0.8份的偶联剂、0.1-0.3份的交联剂；所述的改性剂为聚乙烯蜡乳液与聚偏氟乙烯乳液组成的混合物；所述的低聚合度聚乙烯为聚合度为100-300的聚乙烯；所述的高聚合度聚乙烯为聚合度为800-2000的聚乙烯；所述的偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂；所述的交联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的石墨烯重量份为0.002份。
3.根据权利要求1所述的耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的陶瓷颗粒粒径为0.01-2μm。
4.根据权利要求1所述的耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的陶瓷颗粒为氧化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的改性剂中聚乙烯蜡乳液与聚偏氟乙烯乳液的物质的量之比为1︰3。
6.根据权利要求1所述的耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的低聚合度聚乙烯的聚合度为150-230。
7.根据权利要求6所述的耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的低聚合度聚乙烯的聚合度为200。
8.根据权利要求1所述的耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述高聚合度聚乙烯的聚合度为1200-1800。
9.根据权利要求8所述的耐磨聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述高聚合度聚乙烯的聚合度为1500。
10.一种权利要求1-9任一项所述耐磨聚乙烯改性电缆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将陶瓷颗粒用偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联剂处理的陶瓷颗粒用改性剂进行包覆处理并干燥；
（3）将干燥后的陶瓷颗粒与石墨烯、低聚合度聚乙烯、高聚合度聚乙烯、交联剂混合均匀后用挤出机进行挤出，得到耐磨聚乙烯改性电缆材料。
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CN109776959A (zh) * 2018-12-29 2019-05-21 安徽天康(集团)股份有限公司 一种绝缘耐磨中高压电力电缆

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