CN107945959A - 一种改性聚氯乙烯耐磨电缆 - Google Patents

一种改性聚氯乙烯耐磨电缆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，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氯乙烯材料制备而成；所述的改性聚氯乙烯材料包括以下重量份原材料制备而成：10‑18份的陶瓷颗粒、12‑15份的改性剂、30‑45份的聚氟乙烯、50‑65份的聚氯乙烯、0.3‑0.8份的偶联剂、0.3‑0.5份的交联剂；该电缆将经过改性处理的、具有优异耐磨性的改性聚氯乙烯材料作为电缆护套层中的外被层，提高了聚氯乙烯电缆的耐磨性，使该聚氯乙烯电缆可在高磨损环境中长期使用。

Description

一种改性聚氯乙烯耐磨电缆
技术领域
本发明涉及电缆领域，具体涉及一种改性聚氯乙烯耐磨电缆。
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。
聚氯乙烯是氯乙烯单体在过氧化物、偶氮化合物等引发剂或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物，因为其具有阻燃、耐化学药品性高、机械强度及电绝缘性良好的优点，是一种用途极广的热塑性工程塑料，在电缆行业中，聚氯乙烯也是最常用的电缆材料之一。然而，尽管聚氯乙烯材料本身具有一定的耐磨性，但依然不能满足电缆在高磨损环境中的长期使用，因此，为了提高聚氯乙烯电缆在高磨损环境中的使用寿命，聚氯乙烯电缆的耐磨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氯乙烯电缆耐磨性不足的缺陷，提供一种改性聚氯乙烯耐磨电缆；本发明将经过改性处理的，具有优异耐磨性的改性聚氯乙烯材料作为电缆护套层中的外被层，提高了聚氯乙烯电缆的耐磨性，使该聚氯乙烯电缆可在高磨损环境中长期使用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，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氯乙烯材料制备而成；所述的改性聚氯乙烯材料包括以下重量份原材料制备而成：10-18份的陶瓷颗粒、12-15份的改性剂、30-45份的聚氟乙烯、50-65份的聚氯乙烯、0.3-0.8份的偶联剂、0.3-0.5份的交联剂；所述的改性剂为聚乙烯蜡与乙丙橡胶组成的混合物；所述的聚氟乙烯聚合度为100-300；所述的聚氯乙烯聚合度为600-1200；所述的偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷偶联剂；所述的交联剂为过氧化二异丙苯。
本发明一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，采用具有优异耐磨性和加工性的改性聚氯乙烯材料作为电缆护套层中的外被层，不仅利用了改性聚氯乙烯材料中由于针对性筛选改性剂、偶联剂和交联剂协同陶瓷颗粒才赋予聚氯乙烯更好的耐磨性来提高了电缆的耐磨性，还利用了改性聚氯乙烯材料中的通过控制聚氯乙烯的聚合度使耐磨性与加工性之间具有的最佳平衡关系，使得到的聚氯乙烯电缆在具有优异耐磨性的同时，加工性并没有受到严重影响、对聚氯乙烯耐磨电缆的大量生产具有积极作用。
上述一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，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，对聚氯乙烯耐磨性的增强作用降低，陶瓷颗粒粒径越大，在聚氯乙烯相中相容性越差，容易出现界面分离，影响聚氯乙烯材料的耐磨性；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。
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，与聚氯乙烯的相容性更好，对聚氯乙烯的耐磨性增强作用最佳。
上述一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，其中，所述的改性剂既改善陶瓷颗粒与聚氯乙烯的相容性，还能增加聚氯乙烯材料耐磨性；优选的，所述的改性剂中聚乙烯蜡与乙丙橡胶的物质的量之比为1︰2。
上述一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，其中，聚氯乙烯的聚合度越大，交联后耐磨性越差，加工性越好，聚氯乙烯的聚合物越小，则交联后耐磨性越好，加工性越差，因此，选择合理的聚氯乙烯聚合度，是平衡耐磨性和加工性的重要手段。优选的，所述的聚氟乙烯的聚合度为260-320；最优的，所述的聚氟乙烯的聚合度为300。优选的，所述聚氯乙烯的聚合度为1400-1600；最优选的，所述的聚氯乙烯的聚合度为1500；通过优选，得到的改性聚氯乙烯材料既具有优异的耐磨性，也具有较好的加工性，聚氯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陶瓷颗粒与聚氯乙烯材料之间的相容性，提高改性聚氯乙烯材料的性能，从而提高聚氯乙烯电缆的性能。
其中，所述的交联剂为过氧化二异丙苯；该交联剂不仅能将两种不同聚合度的聚氯乙烯适当交联，提高改性聚氯乙烯材料的耐磨性，能提高与陶瓷颗粒的相容性，增加陶瓷颗粒对聚氯乙烯的改性作用，与陶瓷颗粒形成协同增效作用。
其中，改性聚氯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氯乙烯材料的加工性，增加其功能性等作用，从而提高聚氯乙烯电缆的性能。
其中，所述的改性聚氯乙烯材料的制备方法，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；
（3）将包覆后的陶瓷颗粒与聚氟乙烯、聚氯乙烯、交联剂混合均匀后用挤出机进行挤出，得到耐磨聚氯乙烯改性电缆材料。
上述一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，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氯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陶瓷颗粒形成协同作用，提高陶瓷颗粒与聚氯乙烯之间的相容性，使改性聚氯乙烯材料的耐磨性更好，从而使聚氯乙烯电缆的耐磨性也更好。
2、本发明电缆外被层使用的改性聚氯乙烯材料通过控制聚氯乙烯的聚合度使耐磨性与加工性之间具有了最佳平衡关系，使得到的聚氯乙烯电缆在具有优异耐磨性的同时，加工性并没有受到严重影响、对聚氯乙烯耐磨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
一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铜导线；
绝缘层：聚乙烯复合绝缘材料；
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4份的聚乙烯蜡和8份的乙丙橡胶进行包覆处理；
（3）将包覆后的氧化硅陶瓷与38份的聚合度为300的聚氟乙烯、58份的聚合度为1500的聚氯乙烯、0.4份的过氧化二异丙苯混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚氯乙烯材料；
（4）用改性聚氯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
实施例2
一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铜铝合金导线；
绝缘层：聚乙烯复合绝缘材料；
屏蔽层：碳纤维-聚苯硫醚复合屏蔽材料；
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10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5份的聚乙烯蜡与10份的乙丙橡胶进行包覆处理；
（3）将包覆后的氮化硅陶瓷与30份的聚合度为230的聚氟乙烯、50份的聚合度为1200的聚氯乙烯、0.3的过氧化二异丙苯混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚氯乙烯材料；
（4）用改性聚氯乙烯材料包绕形成电缆外被层。
实施例3
一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，由内向外依次为：
导体线芯：铝导线；
绝缘层：聚乙烯复合绝缘材料；
密封层：硅橡胶；
屏蔽层：碳纤维-聚碳酸酯复合屏蔽材料；
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4份的聚乙烯蜡与9份的乙丙橡胶进行包覆处理；
（3）将包覆后的碳化硅陶瓷与45份的聚合度为360的聚氟乙烯、65份的聚合度为1800的聚氯乙烯、0.5份的过氧化二异丙苯混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚氯乙烯材料；
（4）用改性聚氯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20份的聚合度为300的聚氯乙烯、55份的聚合度为1500的聚氯乙烯、0.4份的过氧化二异丙苯混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚氯乙烯材料；
（3）用改性聚氯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4份的聚乙烯蜡和8份的乙丙橡胶进行包覆处理；
（3）将包覆后的氧化硅陶瓷与38份的聚合度为200的聚氯乙烯、58份的聚合度为1000的聚氯乙烯、0.4份的过氧化二异丙苯混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚氯乙烯材料；
（4）用改性聚氯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4份的聚乙烯蜡和8份的乙丙橡胶进行包覆处理；
（3）将包覆后的氧化硅陶瓷与38份的聚合度为300的聚氯乙烯、58份的聚合度为2000的聚氯乙烯、0.4份的过氧化二异丙苯混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚氯乙烯材料；
（4）用改性聚氯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4份的聚乙烯蜡和8份的乙丙橡胶进行包覆处理；
（3）将包覆后的氧化硅陶瓷与38份的聚合度为300的聚氯乙烯、58份的聚合度为1500的聚氯乙烯、0.4份的过氧化二异丙苯硅烷混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚氯乙烯材料；
（4）用改性聚氯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：
编号 耐磨性 加工性
实施例1 ++++ +++
实施例2 ++++ +++
实施例3 ++++ +++
对比例1 ++ ++
对比例2 ++++ +
对比例3 ++ ++++
对比例4 ++ ++
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中的本发明改性聚氯乙烯耐磨电缆，耐磨性好，加工性好；而对比例1中使用的改性聚氯乙烯材料未采用改性剂对陶瓷颗粒进行包覆，陶瓷颗粒在聚氯乙烯中的相容性变差，改性聚氯乙烯材料的耐磨性增强作用降低，加工性变差，从而导致电缆加工性变差，耐磨性变差；对比例2中改性聚氯乙烯材料聚氟乙烯的聚合度太小，改性聚氯乙烯材料的加工性变差，电缆加工性变差；对比例3中改性聚氯乙烯材料聚氯乙烯的聚合度大，改性聚氯乙烯材料加工性变好，但耐磨性显著降低，导致得到的电缆耐磨性变差；对比例4中改性聚氯乙烯材料改变了交联剂，改性聚氯乙烯材料的耐磨性、加工性降低。

Claims (9)

1.一种改性聚氯乙烯耐磨电缆，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氯乙烯材料制备而成；所述的改性聚氯乙烯材料包括以下重量份原材料制备而成：10-18份的陶瓷颗粒、12-15份的改性剂、30-45份的聚氟乙烯、50-65份的聚氯乙烯、0.3-0.8份的偶联剂、0.3-0.5份的交联剂；所述的改性剂为聚乙烯蜡与乙丙橡胶组成的混合物；所述的聚氟乙烯聚合度为230-360；所述的聚氯乙烯聚合度为1200-1800；所述的偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂；所述的交联剂为过氧化二异丙苯。
2.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的陶瓷颗粒粒径为0.01-2μm。
3.根据权利要求1所述的电缆，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。
4.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的改性剂中聚乙烯蜡与乙丙橡胶的物质的量之比为1︰2。
5.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的聚氟乙烯的聚合度为260-320。
6.根据权利要求5所述的电缆，其特征在于，所述的聚氟乙烯的聚合度为300。
7.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述聚氯乙烯的聚合度为1400-1600。
8.根据权利要求7所述的电缆，其特征在于，所述聚氯乙烯的聚合度为1500。
9.根据权利要求1所述的电缆，其特征在于，所述的改性聚氯乙烯材料通过以下步骤制备得到：
（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；
（3）将包覆后的陶瓷颗粒与聚氟乙烯、聚氯乙烯、交联剂混合均匀后用挤出机进行挤出，得到改性聚氯乙烯材料。
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