CN108003651B - 预制式电缆附件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种预制式电缆附件及其制备方法，其中，该预制式电缆附件包括半导体层和绝缘层，所述半导体层按重量份计包括：聚烯烃基体树脂10‑100份，弹性体30‑150份，第一电场调节剂0‑80份，增容树脂5‑25份，加工助剂1‑15份，抗氧剂1‑5份，辐射敏化剂0.1‑10份；所述绝缘层按重量份计包括：聚烯烃基体树脂10‑100份，弹性体30‑120份，第二电场调节剂50‑150份，增容树脂2‑15份，加工助剂1‑5份，抗氧剂1‑5份，辐射敏化剂0.1‑10份，色母粒0‑10份。本发明的技术方案简化了制备工艺，提高了生产效率，且产物纯净、性能稳定、重现性好，符合绿色环保的生产要求。

Description

预制式电缆附件及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆附件技术领域，特别涉及一种预制式电缆附件及其制备方法。
背景技术
电缆附件包括中间接头管、终端接头套管、指套及封帽。电缆附件的产品种类主要有热缩附件、预制式附件、冷缩附件等。预制式电缆附件主要用于中高压领域，且以高压领域应用居多，对于组成附件的绝缘层及半导体层的性能要求很高。目前，预制式电缆附件用绝缘层及半导体层全部由硅胶或者三元乙丙橡胶混炼胶制备，然后整体预制成型。
为满足高电压需要，目前行业内绝缘层成品一般厚度较厚，基本在20mm以上，因此注射成型需要的溶胶量就很大，注射时间较长。为了避免长时间注射而导致在模具表面前期硫化产生不良品，有时会采用在模具处于低温状态时进行注射，待注射完成后再提高模具的温度，进行硫化。但采用上述方法会导致硫化时间长、能耗大，效率非常低。
虽然半导电产品厚度要求不高，但是其同样要经过配方混炼、加硫博通、加热加压硫化的过程，整体效率依旧偏低。而且传统硅橡胶或者三元乙丙橡胶中因为硫化剂的加入，在加热加压硫化过程中会放出刺激气体，不环保，影响工厂工作环境。此外，材料性能受硫化剂加入量多少的影响非常大，而硫化剂的加入基本靠人工进行称取混炼，容易导致硫化成型材料均一性较差。
综上所述，现有的预制式电缆附件的制备工艺较复杂、生产效率较低、不环保且重现性低。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种预制式电缆附件及其制备方法，旨在解决现有的预制式电缆附件制备工艺复杂、生产效率低、不环保且重现性低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层，其中，所述半导体层按重量份计包括：聚烯烃基体树脂10-100份，弹性体30-150份，第一电场调节剂0-80份，增容树脂5-25份，加工助剂1-15份，抗氧剂1-5份，辐射敏化剂0.1-10份；
所述绝缘层按重量份计包括：聚烯烃基体树脂10-100份，弹性体30-120份，第二电场调节剂50-150份，增容树脂2-15份，加工助剂1-5份，抗氧剂1-5份，辐射敏化剂0.1-10份，色母粒0-10份。
优选地，所述聚烯烃基体树脂为乙烯-醋酸乙烯酯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物中的任意一种或多种的组合物。
优选地，所述弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体及聚氨酯类热塑性弹性体中的任意一种或多种的组合物。
优选地，所述第一电场调节剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的任意一种或多种的组合物。
优选地，所述第二电场调节剂为陶土、云母、白炭黑、纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌中的任意一种或多种的组合物。
优选地，所述增容树脂为马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的任意一种或多种的组合物。
优选地，所述加工助剂为硬脂酸锌、微晶蜡、硅酮中的任意一种或多种的组合物；所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂1035、抗氧剂1076、抗氧剂300中的任意一种或多种的组合物；所述辐射敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸或者三丙烯基异氰尿酸酯。
本发明还提出一种预制式电缆附件的制备方法，用于制备上述预制式电缆附件，该方法包括以下步骤：
步骤1，分别按照所述半导体层的配方及所述绝缘层的配方选择材料和比重备用；
步骤2，将聚烯烃树脂、弹性体、增容树脂、第一电场调节剂、加工助剂、抗氧剂、辐射敏化剂加入密炼机中，混炼制得半导体材料，混炼温度为130-160℃，然后对所述半导体材料进行挤出造粒，造粒温度为140-170℃；
步骤3，将聚烯烃树脂、弹性体、增容树脂、第二电场调节剂、加工助剂、抗氧剂、辐射敏化剂加入密炼机中，混炼制得绝缘材料，混炼温度为130-160℃，然后对所述绝缘材料进行挤出造粒，造粒温度为130-190℃；
步骤4，将步骤2中得到的所述半导体材料颗粒进行注塑成型，得到电缆附件半成品；
步骤5，将步骤4中的所述电缆附件半成品置于注塑模具中，加入步骤3中得到的绝缘体料颗粒进行注塑成型，最后制得整体预制式电缆附件。
优选地，所述步骤4还包括：
将所述电缆附件半成品进行辐射交联。
优选地，该方法还包括：
步骤6，将步骤5中得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联。
本发明的技术方案通过分别采用聚烯烃基体树脂与弹性体共混制备出绝缘材料和半导体材料，然后利用所述绝缘材料和所述半导体材料进行注塑成型，以此来制备预制式电缆附件。由于本发明的技术方案可不进行后续交联直接使用，或者使用辐射交联方法代替传统的加热加压硫化方法，因而，简化了制备工艺，提高了生产效率，且产物纯净、性能稳定、重现性好，符合绿色环保的生产要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种预制式电缆附件。
本发明提出的预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层，其中，所述半导体层按重量份计包括：聚烯烃基体树脂10-100份，弹性体30-150份，第一电场调节剂0-80份，增容树脂5-25份，加工助剂1-15份，抗氧剂1-5份，辐射敏化剂0.1-10份。
所述绝缘层按重量份计包括：聚烯烃基体树脂10-100份，弹性体30-120份，第二电场调节剂50-150份，增容树脂2-15份，加工助剂1-5份，抗氧剂1-5份，辐射敏化剂0.1-10份，色母粒0-10份。
所述聚烯烃基体树脂为乙烯-醋酸乙烯酯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物中的任意一种或多种的组合物。优选地，所述聚烯烃基体树脂为乙烯-醋酸乙烯酯和低密度聚乙烯的组合物。
弹性体分为热固性弹性体和热塑性弹性体，在本实施例中，所述弹性体为热塑性弹性体。具体地，热塑性弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体及聚氨酯类热塑性弹性体中的任意一种或多种的组合物。
其中，苯乙烯类热塑性弹性体主要包括SBS、SEBS(氢化SBS)、SIS和氢化SIS等，具有高强度、高柔软度、高弹性以及永久变形小的特点。
聚烯烃类热塑性弹性体(TPO)主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物和共混物三类，其中，优选为乙烯—辛烯共聚物(POE)和三元乙丙橡胶(EPDM)中的一种或其组合。由于POE具有很窄的分子量和短支链分布，因而具有优异的物理机械性能(例如，高弹性、高强度、高伸长率)和良好的低温性能；又由于POE分子链是饱和的，所含叔碳原子相对较少，因而具有优异的耐热化和抗紫外线性能。并且，POE还可用过氧化物、硅烷和辐射方法交联，交联后材料的物理机械性能、耐化学试剂及耐臭氧性能与EPDM接近；耐热老化及抗紫外线老化性能优于EPDM和EPM。
另外，陶氏infuse具有较高的结晶温度、加工时能快速成型，无论在高温还是室温条件下，都具有较好的弹性恢复和压缩变形，因而，所述弹性体也可为陶氏infuse。
聚氨酯类热塑性弹性(TPU)具有极好的耐磨性、耐油性和耐寒性，对氧、臭氧和辐射等都有足够的抵抗能力，同时作为弹性体具有很高的拉伸强度和断裂伸长率，还兼具压缩永久变形小、承载能力大等优良性能。
所述第一电场调节剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种组合。
所述第二电场调节剂为陶土、云母、白炭黑、纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌中的一种或多种组合。
所述增容树脂为马来酸酐接枝改性聚合物。具体而言，所述马来酸苷接枝聚合物为马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的任意一种或多种的组合物。
所述加工助剂为硬脂酸锌、微晶蜡、硅酮中的任意一种或多种的组合物。
抗氧剂可延缓或抑制聚合物发生氧化，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命，又被称为“防老剂”。所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂1035、抗氧剂1076、抗氧剂300中的任意一种或多种的组合物。
所述辐射敏化剂优选为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸(TMPTMA)或者三丙烯基异氰尿酸酯(TAIC)。
本发明的技术方案通过分别采用聚烯烃基体树脂与弹性体共混制备出绝缘材料和半导体材料，然后利用所述绝缘材料和所述半导体材料进行注塑成型，以此来制备预制式电缆附件。由于本发明的技术方案可不进行后续交联直接使用，或者使用辐射交联方法代替传统的加热加压硫化方法，因而，简化了制备工艺，提高了生产效率，且产物纯净、性能稳定、重现性好，符合绿色环保的生产要求。
本发明还提出一种制备上述预制式电缆附件的制备方法，用于制备上述预制式电缆附件，该方法包括以下步骤：
步骤1，分别按照所述半导体层的配方及所述绝缘层的配方选择材料和比重备用；
步骤2，将聚烯烃树脂、弹性体、增容树脂、第一电场调节剂、加工助剂、抗氧剂、辐射敏化剂加入密炼机中，混炼制得半导体材料，混炼温度为130-160℃，然后对所述半导体材料进行挤出造粒，造粒温度为140-170℃；
步骤3，将聚烯烃树脂、弹性体、增容树脂、第二电场调节剂、加工助剂、抗氧剂、辐射敏化剂加入密炼机中，混炼制得绝缘材料，混炼温度为130-160℃，然后对所述绝缘材料进行挤出造粒，造粒温度为130-190℃；
步骤4，将步骤2中得到的所述半导体材料颗粒进行注塑成型，得到电缆附件半成品；
步骤5，将步骤4中的所述电缆附件半成品置于注塑模具中，加入步骤3中得到的绝缘体料颗粒进行注塑成型，最后制得整体预制式电缆附件。
进一步地，在步骤4中，还可将得到的所述电缆附件半成品进行辐射交联。具体地，可将所述电缆附件半成品放置于电子辐射加速器中进行辐射交联，或者利用钴源对所述电缆附件半成品进行辐射交联。
此外，该预制式电缆附件的制备方法还包括：
步骤6，将步骤5中得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联。
同样，可将所述预制式电缆附件放置于电子辐射加速器中进行辐射交联，或者利用钴源对所述预制式电缆附件进行辐射交联，最后得到预制式电缆附件成品。需要说明的是，若选择具有高熔点的聚烯烃树脂为基料，则可以不经过辐射交联也能满足在电缆正常运行温度的应用。
下面将结合具体实施例，详细说明本发明的具体实施方式：
实施例1
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述半导体层按重量份计包括：低密度聚乙烯10份，陶氏infuse 80份，三元乙丙橡胶10份，导电炭黑40份，碳纳米管5份，马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物5份，硬脂酸锌1.5份，抗氧剂1010 1.5份，TMPTMA2.5份；
所述绝缘层按重量份计包括：低密度聚乙烯15份，陶氏infuse 80份，三元乙丙橡胶5份，陶土45份，云母30份，马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物5份，硬脂酸锌1.5份，抗氧剂1010 1.5份，TMPTMA 3份。
在本实施例中，将所述电缆附件半成品进行辐射交联，其中，辐射剂量为4M；同时，将得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联，其中，辐射剂量为24M。
实施例2
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述半导体层按重量份计包括：低密度聚乙烯15份，陶氏infuse 70份，三元乙丙橡胶15份，导电炭黑35份，碳纳米管8份，马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物5份，硬脂酸锌1.5份，抗氧剂1010 1.5份，TAIC 3份。
所述绝缘层按重量份计包括：低密度聚乙烯20份，陶氏infuse 75份，三元乙丙橡胶5份，陶土30份，云母55份，马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物5份，硬脂酸锌1.5份，抗氧剂1010 1.5份，TAIC 3.5份。
在本实施例中，将所述电缆附件半成品进行辐射交联，其中，辐射剂量为3M；同时，将得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联，其中，辐射剂量为28M。
实施例3
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述半导体层按重量份计包括：高密度聚乙烯10份，乙烯—辛烯共聚物150份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物5份，加工助剂1份，抗氧剂1份，TMPTMA 0.1份。
所述绝缘层按重量份计包括：高密度聚乙烯10份，乙烯—辛烯共聚物120份，白炭黑30份，纳米氧化铝20份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份，微晶蜡1份，抗氧剂1035 1份，TMPTMA 0.1份，色母粒1份。
在本实施例中，将所述电缆附件半成品进行辐射交联，其中，辐射剂量为5M；同时，将得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联，其中，辐射剂量为25M。
实施例4
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述半导体层按重量份计包括：乙烯-醋酸乙烯酯100份，SEBS 30份，石墨烯40份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物25份，硬脂酸锌5份，抗氧剂1067 3份，TMPTMA 2.5份。
所述绝缘层按重量份计包括：乙烯-醋酸乙烯酯100份，SEBS 30份，陶土100份，云母50份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物15份，硬脂酸锌5份，抗氧剂1076 5份，TMPTMA 5份，色母粒1份。
在本实施例中，将所述电缆附件半成品进行辐射交联，其中，辐射剂量为3M；同时，将得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联，其中，辐射剂量为28M。
实施例5
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述半导体层按重量份计包括：乙烯-醋酸乙烯酯50份，聚氨酯类热塑性弹性100份，石墨烯80份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物15份，硬脂酸锌10份，抗氧剂1067 5份，TMPTMA 5份。
所述绝缘层按重量份计包括：乙烯-醋酸乙烯酯50份，聚氨酯类热塑性弹性60份，陶土30份，云母50份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物6份，硬脂酸锌2份，抗氧剂1076 2份，TMPTMA 5份，色母粒5份。
在本实施例中，将所述电缆附件半成品进行辐射交联，其中，辐射剂量为4M；同时，将得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联，其中，辐射剂量为26M。
实施例6
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述绝缘层按重量份计包括：乙烯丙烯酸酯共聚物60份，POE 120份，石墨烯50份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20份，硬脂酸锌15份，抗氧剂1067 2份，TMPTMA 10份。
所述绝缘层按重量份计包括：乙烯丙烯酸酯共聚物60份，POE 90份，陶土60份，云母50份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物9份，硬脂酸锌4份，抗氧剂1076 4份，TMPTMA 10份，色母粒10份。
在本实施例中，将所述电缆附件半成品进行辐射交联，其中，辐射剂量为3M；同时，将得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联，其中，辐射剂量为28M。
对比例1
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述半导体层按重量份计包括：低密度聚乙烯5份，陶氏infuse 25份，马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物4份，不加第一电场调节剂，不加TMPTMA。
所述绝缘层按重量份计包括：低密度聚乙烯110份，陶氏infuse 130份，陶土40份，马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物20份，硬脂酸锌6份，抗氧剂1010 6份，不加第二电场调节剂，不加TMPTMA。
对比例2
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述半导体层按重量份计包括：高密度聚乙烯110份，乙烯—辛烯共聚物160份，导电炭黑35份，碳纳米管8份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30份，硬脂酸锌20份，抗氧剂1010 6份，不加TMPTMA。
所述绝缘层按重量份计包括：高密度聚乙烯9份，乙烯—辛烯共聚物25份，陶土100份，云母60份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1份，不加TMPTMA。
对比例3
一种预制式电缆附件，包括半导体层和绝缘层。其中，所述半导体层按重量份计包括：高密度聚乙烯110份，乙烯—辛烯共聚物160份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30份，硬脂酸锌20份，抗氧剂1010 6份，TMPTMA 11份，不加第一电场调节剂。
所述绝缘层按重量份计包括：高密度聚乙烯9份，乙烯—辛烯共聚物25份，陶土100份，云母60份，马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1份，TMPTMA 11份，不加第二电场调节剂。
为了验证本发明预制式电缆附件的各种性能，对上述六个实施例，以及三个对比例中的预制式电缆附件的性能进行测试。
结果参照下表1、表2及表3：
表1
Figure GDA0001602653140000101
表2
Figure GDA0001602653140000102
表3
Figure GDA0001602653140000103
Figure GDA0001602653140000111
根据表1、表2及表3，可以得出与对比例1-3相比，实施例1至实施例6的预制式电缆附件的力学性能与电学性能均较好，且能满足预制式电缆附件的使用要求。因此，本发明预制式电缆附件的绝缘层和半导体层表现出明显的协同作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种预制式电缆附件，其特征在于，包括半导体层和绝缘层，其中，所述半导体层按重量份计包括：聚烯烃基体树脂10-100份，弹性体30-150份，第一电场调节剂40-80份，增容树脂5-25份，加工助剂1-15份，抗氧剂1-5份，辐射敏化剂0.1-10份；
所述绝缘层按重量份计包括：聚烯烃基体树脂10-100份，弹性体30-120份，第二电场调节剂50-150份，增容树脂2-15份，加工助剂1-5份，抗氧剂1-5份，辐射敏化剂0.1-10份，色母粒0-10份；
其中，所述弹性体为苯乙烯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体及聚氨酯类热塑性弹性体中的任意一种或多种的组合物；
所述聚烯烃基体树脂为乙烯-醋酸乙烯酯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物中的任意一种或多种的组合物；
所述第一电场调节剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的任意一种或多种的组合物；
所述第二电场调节剂为陶土、云母、白炭黑、纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌中的任意一种或多种的组合物；
所述增容树脂为马来酸酐接枝改性低密度聚乙烯、马来酸酐接枝改性乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的任意一种或多种的组合物；
所述加工助剂为硬脂酸锌、微晶蜡、硅酮中的任意一种或多种的组合物；所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂1035、抗氧剂1076、抗氧剂300中的任意一种或多种的组合物；所述辐射敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或者三烯丙基异氰脲酸酯。
2.如权利要求1所述的预制式电缆附件，其特征在于，所述聚烯烃类热塑性弹性体为乙烯-辛烯共聚物和三元乙丙橡胶中的一种或其组合。
3.一种预制式电缆附件的制备方法，用于制备如权利要求1或2所述的预制式电缆附件，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，分别按照所述半导体层的配方及所述绝缘层的配方选择材料和比重备用；
步骤2，将聚烯烃树脂、弹性体、增容树脂、第一电场调节剂、加工助剂、抗氧剂、辐射敏化剂加入密炼机中，混炼制得半导体材料，混炼温度为130-160℃，然后对所述半导体材料进行挤出造粒，造粒温度为140-170℃；
步骤3，将聚烯烃树脂、弹性体、增容树脂、第二电场调节剂、加工助剂、抗氧剂、辐射敏化剂加入密炼机中，混炼制得绝缘材料，混炼温度为130-160℃，然后对所述绝缘材料进行挤出造粒，造粒温度为130-190℃；
步骤4，将步骤2中得到的所述半导体材料颗粒进行注塑成型，得到电缆附件半成品，将所述电缆附件半成品进行辐射交联；
步骤5，将步骤4中的所述电缆附件半成品置于注塑模具中，加入步骤3中得到的绝缘体料颗粒进行注塑成型，最后制得整体预制式电缆附件；
步骤6，将步骤5中得到的所述预制式电缆附件进行辐射交联。
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