CN107880350A - 一种耐高温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高温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：12‑15份的填料、0.3‑0.8份的复合热稳定剂、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；将复合热稳定剂添加到聚乙烯中并在控制聚乙烯聚合度的条件下进行交联改性，显著的提高了聚乙烯的耐高温性能，且保留了较好的加工性，将该聚乙烯材料用于电缆，能显著增加电缆的耐高温性能。

Description

一种耐高温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，具体涉及一种耐高温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高温性能。
聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，因为其具有的无臭，无毒，耐低温性能好，化学稳定性好，耐腐蚀性好，吸水性小，电绝缘性优良、耐冲击性好等诸多优点，使聚乙烯成为使用量最大的电缆材料之一，现有的电缆护套层材料多为聚乙烯材料。随着电缆在更多领域中的应用，电缆的应用环境也越来越复杂，因而，对电缆的各项性能的要求也越来越高，用单一的聚乙烯材料制备得到的电缆性能已不能满足电缆性能的要求，对电缆用聚乙烯材料进行改性成为必要。
耐高温性能是电缆需要具备的特殊性能之一，随着电缆应用的范围不断增加，电缆也在更多高温环境中得到应用，因而，对电缆的耐高温性能要求也越来越高，对电缆用聚乙烯材料的耐高温性能要求也越来越高。现有技术中也采用了多种方法来提高聚乙烯材料的耐高温性，如：添加无机填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高温性能并没有达到预想的要求，要么加工性好但耐高温性差，要么耐高温性好却加工性变差，从而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电缆用聚乙烯材料耐高温性差的缺陷，提供一种耐高温聚乙烯改性电缆材料及其制备方法；本发明将复合热稳定剂添加到聚乙烯中并在控制聚乙烯聚合度的条件下进行交联改性，显著的提高了聚乙烯的耐高温性能，且保留了较好的加工性，将该聚乙烯材料用于电缆，能显著增加电缆的耐高温性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种耐高温聚乙烯改性电缆材料，包括以下重量份原材料制备而成：12-15份的填料、0.3-0.8份的复合热稳定剂、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。
本发明一种耐高温聚乙烯改性电缆材料，根据填料、热稳定剂和交联能增加聚乙烯耐高温的基本原理，不仅通过针对性的筛选复合热稳定剂、填料和交联剂的种类，来提高各原料之间的相容性，使填料和热稳定剂对聚乙烯的耐高温性能增强作用更好，还通过控制聚乙烯材料的聚合度来使改性后的聚乙烯材料在耐高温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高温性能的条件下，也满足制备电缆所需要的加工性，从而能大量生产耐高温性好的电缆。
上述一种耐高温聚乙烯改性电缆材料，其中，所述的填料为玻璃微珠和高岭土的混合物；填料不仅能影响聚乙烯的耐高温性能，还直接影响聚乙烯加工性，通过复合使用，能最大程度增加聚乙烯的耐高温性，对加工性的影响降低；优选的，所述的填料中玻璃微珠与高岭土的物质的量之比为2︰1；其中，所述的填料粒径为0.01-0.5μm；填料粒径和长度越小，分散性越差，对聚乙烯耐高温性能的增强作用降低，填料粒径和长度越大，在聚乙烯相中相容性越差，容易出现界面分离，影响聚乙烯材料的性能；优选的，所述的填料粒径为0.05-0.2μm；最优选的，所述的填料粒径为0.1μm。
上述一种耐高温聚乙烯改性电缆材料，其中，所述的复合热稳定剂为硬脂酸钠与三乙基铝组成的混合物；所述的复合热稳定剂之间形成协同增效作用，能显著改善聚乙烯材料的耐高温性能；优选的，所述的复合热稳定剂中硬脂酸钠与三乙基铝的物质的量之比为2︰1。
上述一种耐高温聚乙烯改性电缆材料，其中，聚乙烯的聚合度越大，交联后耐高温性能越差，加工性越好，聚乙烯的聚合物越小，则交联后耐高温性能越好，加工性越差，因此，选择合理的聚乙烯聚合度，是平衡耐高温性能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高温性能，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高温性能，也具有较好的加工性，适合用于制备电缆护套层。
上述一种耐高温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填料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高温性能，还含有硅原子，能提高与填料的相容性，增加填料对聚乙烯的改性作用，与填料形成协同增效作用。
上述一种耐高温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高温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高温聚乙烯改性电缆材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将填料用偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的填料与复合热稳定剂、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，得到耐高温聚乙烯改性电缆材料。
本发明一种耐高温聚乙烯改性电缆材料的制备方法，先对填料进行偶联处理，增加其与高分子材料的相容性，再与聚乙烯等原料进行混合，使填料分散在交联聚乙烯中，形成稳定性好、耐高温性能好、加工性好的改性聚乙烯材料；该制备方法简单可靠，适合用于耐高温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、本发明耐高温聚乙烯改性电缆材料针对性的筛选复合热稳定剂、填料、偶联剂和交联剂的种类，来提高填料与聚乙烯之间的相容性，使填料对聚乙烯的耐高温性能增强作用更好。
2、本发明耐高温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高温性能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高温性能的条件下，也符合制备电缆护套层所需要的加工性。
3、本发明制备方法简单、可靠，适合耐高温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8份的、粒径为0.1μm玻璃微珠和4份的、粒径为0.1μm高岭土用0.5份乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的玻璃微珠、高岭土与0.4份硬脂酸钠、0.2份的三乙基铝、18份的聚合度为200的聚乙烯低聚合度聚乙烯、45份的聚合度为1300的高聚合度聚乙烯、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，得到耐高温聚乙烯改性电缆材料。
实施例2
（1）将6份的、粒径为0.5μm玻璃微珠和6份的、粒径为0.01μm高岭土用0.3份乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的玻璃微珠、高岭土与0.2份硬脂酸钠、0.1份的三乙基铝、10份的聚合度为100的聚乙烯低聚合度聚乙烯、55份的聚合度为800的高聚合度聚乙烯、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，得到耐高温聚乙烯改性电缆材料。
实施例3
（1）将10份的、粒径为0.01μm玻璃微珠和5份的、粒径为0.2μm高岭土用0.8份乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的填料与0.6份硬脂酸钠与0.2份三乙基铝、25份的聚合度为300的聚乙烯低聚合度聚乙烯、35份的聚合度为2000的高聚合度聚乙烯、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，得到耐高温聚乙烯改性电缆材料。
对比例1
（1）将12份的、粒径为0.1μm玻璃微珠用0.5份乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的玻璃微珠、高岭土与0.4份硬脂酸钠、0.2份的三乙基铝、18份的聚合度为200的聚乙烯低聚合度聚乙烯、45份的聚合度为1300的高聚合度聚乙烯、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8份的、粒径为0.1μm玻璃微珠和4份的、粒径为0.1μm高岭土用0.5份乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的玻璃微珠、高岭土与0.6份的三乙基铝、18份的聚合度为200的聚乙烯低聚合度聚乙烯、45份的聚合度为1300的高聚合度聚乙烯、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8份的、粒径为0.1μm玻璃微珠和4份的、粒径为0.1μm高岭土用0.5份乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的玻璃微珠、高岭土与0.6份硬脂酸钠、18份的聚合度为200的聚乙烯低聚合度聚乙烯、45份的聚合度为1300的高聚合度聚乙烯、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8份的、粒径为0.1μm玻璃微珠和4份的、粒径为0.1μm高岭土用0.5份乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的玻璃微珠、高岭土与0.4份硬脂酸钠、0.2份的三乙基铝、18份的聚合度为350的聚乙烯低聚合度聚乙烯、45份的聚合度为2500的高聚合度聚乙烯、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8份的、粒径为0.1μm玻璃微珠和4份的、粒径为0.1μm高岭土用0.5份乙烯基硅烷偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的玻璃微珠、高岭土与0.4份硬脂酸钠、0.2份的三乙基铝、18份的聚合度为80的聚乙烯低聚合度聚乙烯、45份的聚合度为600的高聚合度聚乙烯、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。
将上述实施例1-3和对比例1-5中的聚乙烯改性电缆材料，进行性能检测，记录数据如下：
性能 熔点（℃） 加工性
实施例1 103 +++
实施例2 102 +++
实施例3 102 +++
对比例1 97 ++
对比例2 96 +++
对比例3 97 +++
对比例4 95 ++++
对比例5 103 +
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高温聚乙烯改性电缆材料，耐高温性能好，加工性好；而对比例1中，未添加高岭土，填料协同增效作用消失，聚乙烯材料的耐高温性能显著降低，加工性降低；对比例2中未添加硬脂酸钠热稳定剂，复合稳定剂的协同增效作用消失，对聚乙烯的耐高温性能增强作用显著降低；对比例3中未添加三乙基铝热稳定剂，复合稳定剂的协同增效作用消失，对聚乙烯的耐高温性能增强作用显著降低；对比例4中聚乙烯的聚合度过大，虽然加工性变好，但耐高温性能显著降低；对比例5中聚乙烯的聚合度过小，改性聚乙烯耐高温性能好，但加工性显著降低。

Claims (10)

1.一种耐高温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：12-15份的填料、0.3-0.8份的复合热稳定剂、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；所述的填料为玻璃微珠和高岭土的混合物；所述的复合热稳定剂为硬脂酸钠与三乙基铝组成的混合物；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所述的耐高温聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的填料中玻璃微珠与高岭土的物质的量之比为2︰1。
3.根据权利要求1所述的耐高温聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的填料粒径为0.01-0.5μm。
4.根据权利要求3所述的耐高温聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的填料粒径为0.05-0.2μm。
5.根据权利要求1所述的耐高温聚乙烯改性电缆材料，其特征在于，所述的复合热稳定剂中硬脂酸钠与三乙基铝的物质的量之比为2︰1。
6.根据权利要求1所述的耐高温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所述的耐高温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所述的耐高温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所述的耐高温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任一项所述耐高温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）将填料用用偶联剂进行处理；
（2）将经过偶联处理的填料与复合热稳定剂、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，得到耐高温聚乙烯改性电缆材料。
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