CN109401081B - 一种耐热型电缆料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐热型电缆料及其制备方法和用途。所述耐热型电缆料包括如下重量份数的原料组分：三元乙丙橡胶12‑33份、聚丙烯2‑7份、聚氨酯弹性体2.5‑4.5份、填料52‑63份、超支化聚乙烯亚胺0.1‑0.5份、相容剂0.1‑2份和交联剂0.1‑2份。所述电缆料是通过先将各原料组分通过密炼机密炼，形成料团；然后通过挤出机挤出造粒；然后通过挤出机挤出成线材，最后辐照交联的方法制备得到。本发明提供的电缆料兼具有较高的耐热性、伸长率、柔软度、绝缘性、耐油性和耐寒性，可用作电动汽车车内高压线的绝缘材料。

Description

一种耐热型电缆料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于绝缘材料技术领域，具体涉及一种耐热型电缆料及其制备方法和用途。
背景技术
随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向。电动汽车作为新一代的交通工具，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。我国更是将其列入到七大战略性新兴产业之中。节能与电动汽车的发展是我国减少石油消耗和降低二氧化碳排放的重要举措之一，中央和地方各级政府对其发展高度关注，陆续出台了各种扶持培育政策，为电动汽车的发展营造了良好的政策环境。近年来，我国电动汽车产业在行业标准、产业联盟、企业布局、技术研发等方面也取得了明显进展，有望肩负起中国汽车工业“弯道超车”的历史重任。充电桩、充电站等电动汽车相关配套设施的完善是助推电动汽车快速发展的必要条件。但目前国内充电设施的缺口还很大，限制了电动汽车的发展。
电线电缆是电动汽车的重要部件之一，电动汽车的动力系统、控制系统和安全系统都是通过电传输完成的，电线电缆的可靠性对行车安全至关重要。目前各大电缆厂家多用热塑性材料作为电动汽车高压线的绝缘材料，该材料的耐温等级一般在105℃以下，对于长期处于高温环境的车内高压线而言，105℃显然满足不了市场的需要。
CN 108129743A公开了一种新能源汽车用无卤阻燃高弹性聚烯烃电缆料，以EVM(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物弹性体)、POP(乙烯基聚合物接枝聚醚多元醇)和三元乙丙橡胶为基体材料，得到的电缆料在极限额定温度下使用可达3000h不开裂，但其并未公开测试温度。CN 107641236A公开了一种阻燃耐热型聚乙烯电缆料的制备方法，通过氯化聚乙烯、聚氯乙烯和马来酸酐对聚乙烯共混改性，提高了电缆料的耐热性能，但其制备的电缆料在120℃下的寿终时间在2200h以下，耐热性仍然较差。
因此，在本领域有待于研发一种具有更高耐热性能的电动汽车车内高压线用电缆料。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种耐热型电缆料及其制备方法和用途。该电缆料兼具有较高的耐热性、伸长率、柔软度、绝缘性、耐油性和耐寒性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种耐热型电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
Figure BDA0001848679370000021
本发明通过辐照交联技术协同超支化聚乙烯亚胺共同作用提升电缆材料的耐温等级和机械性能。通过辐照能使电缆料中的三元乙丙橡胶和聚丙烯充分交联，形成致密网络，通过物理封锁和分子间作用力，使超支化聚乙烯亚胺在该网络中均匀分散且不易迁移，从而有效提升得到的电缆料的耐热性，且不会产生析出现象。
本发明中，所述三元乙丙橡胶的重量份数可以是12份、13份、15份、16份、18份、20份、22份、23份、25份、26份、28份、30份、31份或33份等。
三元乙丙橡胶具有良好的化学稳定性和绝缘性，且耐老化、耐磨、耐油；但其用量过多时会使成本上升，且相应影响其他基体材料性能的体现；用量过少时则会使制得的电缆料绝缘性、柔韧性等性能降低。
所述聚丙烯的重量份数可以是2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份或7份等。
所述聚氨酯弹性体的重量份数可以是2.5份、2.8份、3份、3.2份、3.5份、3.8份、4份、4.2份或4.5份等。
所述填料的重量份数可以是52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份、60份、61份、62份或63份等。
所述超支化聚乙烯亚胺的重量份数可以是0.1份、0.15份、0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份或0.5份等。
所述相容剂的重量份数可以是0.1份、0.2份、0.3份、0.5份、0.6份、0.8份、1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.6份、1.8份或2份等。
所述交联剂的重量份数可以是0.1份、0.2份、0.3份、0.5份、0.6份、0.8份、1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.6份、1.8份或2份等。
作为本发明的优选技术方案，所述三元乙丙橡胶的数均分子量为5万-15万；例如可以是5万、6万、7万、8万、9万、10万、11万、12万、13万、14万或15万等。
优选地，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为30-70，例如可以是30、35、40、45、50、55、60、65或70等；邵氏A硬度为20-50，例如可以是20、25、30、35、40、45或50等。
优选地，所述三元乙丙橡胶包括乙烯单元、丙烯单元和乙叉降冰片烯单元。
优选地，所述乙烯单元与所述丙烯单元的质量比为(60-70):(30-40)；例如可以是60:40、62:38、63:37、65:35、66:34、68:32或70:30等。
优选地，所述三元乙丙橡胶中所述乙叉降冰片烯单元的质量百分含量为1-3％；例如可以是1％、1.2％、1.3％、1.5％、1.6％、1.8％、2.2％、2.3％、2.5％、2.6％、2.8％或3％等。
作为本发明的优选技术方案，所述聚丙烯的数均分子量为3000-5000；例如可以是3000、3200、330、3500、3600、3800、4000、4200、4300、4500、4600、4800或5000等。
低分子量聚丙烯流动性更好，有利于加工；同时低分子量聚丙烯有利于对填料的吸收，提高填料的分散性，改善电缆料的机械性能。
优选地，所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯弹性体和/或聚醚型聚氨酯弹性体。
作为本发明的优选技术方案，所述填料为氢氧化铝和/或氢氧化镁。
优选地，所述填料为表面活化处理的氢氧化铝和/或表面活化处理的氢氧化镁。
作为本发明的优选技术方案，所述相容剂为POE-g-MAH(马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物)和/或EVA-g-MAH(马来酸酐接枝的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)。
优选地，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
作为本发明的优选技术方案，所述耐热型电缆料还包括2-5份(例如2份、2.2份、2.5份、2.8份、3份、3.2份、3.5份、3.8份、4份、4.2份、4.5份、4.8份或5份等)润滑剂。
优选地，所述润滑剂为硅酮粉和/或硅酮母粒。
第二方面，本发明提供一种上述耐热型电缆料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将各原料组分通过密炼机密炼，得到料团；
(2)将步骤(1)得到的料团通过挤出机挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的料粒通过挤出机挤出成线材；
(4)将步骤(3)得到的线材辐照交联，得到所述电缆料。
作为本发明的优选技术方案，步骤(1)中所述密炼机温度达到160-180℃(例如160℃、163℃、165℃、168℃、170℃、173℃、175℃、178℃或180℃等)后停止密炼。
优选地，步骤(1)中所述密炼的时间为15-25min；例如可以是15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min或25min等。
优选地，步骤(1)还包括在所述密炼机温度达到125-135℃(例如125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃、131℃、132℃、133℃、134℃或135℃等)后，翻转物料，在密炼停止前将料仓和加料口清理干净。
翻转物料可使其均匀受热，保证制得的电缆料性质均一；清理料仓和加料口是为了防止密炼得到的料团中混入杂质或生料，导致制得的电缆料中存在缺陷，从而影响电缆料的性能。
优选地，步骤(2)中所述挤出机的加料区温度为115-120℃；例如可以是115℃、116℃、117℃、118℃、119℃或120℃等。
优选地，步骤(2)中所述挤出机的输送区温度为115-120℃；例如可以是115℃、116℃、117℃、118℃、119℃或120℃等。
优选地，步骤(2)中所述挤出机的加热区温度为120-125℃；例如可以是120℃、121℃、122℃、123℃、124℃或125℃等。
优选地，步骤(2)中所述挤出机的机头温度为125-130℃；例如可以是125℃、126℃、127℃、128℃、129℃或130℃等。
有限地，步骤(3)中所述挤出机的加料区温度为150-160℃；例如可以是150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃或160℃等。
优选地，步骤(3)中所述挤出机的输送区温度为165-175℃；例如可以是165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃或175℃等。
优选地，步骤(3)中所述挤出机的加热区温度为165-175℃；例如可以是165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃或175℃等。
优选地，步骤(3)中所述挤出机的机头温度为170-180℃；例如可以是170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃等。
优选地，步骤(4)中所述辐照是通过电子加速器进行。
优选地，步骤(4)中所述辐照的剂量为5-15Mrad，例如可以是5Mrad、6Mrad、7Mrad、8Mrad、9Mrad、10Mrad、11Mrad、12Mrad、13Mrad、14Mrad或15Mrad等。
辐照剂量过低时，电缆料的交联密度较低，会使制得的电缆料的力学性能下降，材料的耐温等级不够；辐照剂量过高时，电缆料会因过度交联而变脆，材料的力学性能下降。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将各原料组分加入密炼机中进行密炼，控制密炼时间为15-25min，温度达到160-180℃后停止密炼，得到料团；
(2)将步骤(1)得到的料团加入挤出机中，控制加料区温度为115-120℃，输送区温度为115-120℃，加热区温度为120-125℃，机头温度为125-130℃，挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的料粒加入挤出机中，控制加料区温度为150-160℃，输送区温度为165-175℃，加热区温度为165-175℃，机头温度为170-180℃，挤出得到线材；
(4)将步骤(3)得到的线材通过电子加速器辐照交联，辐照剂量为5-15Mrad，得到所述电缆料。
第三方面，本发明提供一种上述耐热型电缆料的用途，所述耐热型电缆料用作电动汽车车内高压线的绝缘材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过辐照交联技术协同超支化聚乙烯亚胺共同作用提升电缆材料的耐温等级和机械性能，得到的电缆料兼具有较高的耐热性、伸长率、柔软度、绝缘性、阻燃性、耐油性和耐寒性。其耐温等级为150℃，可通过150℃×3000h的老化试验保持不开裂；拉伸强度为11-13.5MPa，断裂伸长率为300-500％；体积电阻率为(1-9.2)×1015Ω·m；能通过单根垂直燃烧试验，氧指数为30-33％；在汽油、柴油或机油中浸泡20h，外径变化率≤12％；可在-40℃低温弯曲试验和-40℃低温冲击试验中保持无裂痕，不击穿，可用作电动汽车车内高压线的绝缘材料。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种耐热型电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
Figure BDA0001848679370000081
其中，聚丙烯的数均分子量为3000；三元乙丙橡胶的门尼粘度为70，邵氏A硬度为50，数均分子量为15万。
上述电缆料的制备方法如下：
(1)将各原料组分加入密炼机中进行密炼，温度达到125℃后，翻转物料，密炼停止前将料仓和加料口清理干净，温度达到180℃后停止密炼，控制密炼时间为15min，得到料团；
(2)将步骤(1)得到的料团加入挤出机中，控制加料区温度为120℃，输送区温度为120℃，加热区温度为125℃，机头温度为130℃，挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的料粒加入挤出机中，控制加料区温度为160℃，输送区温度为175℃，加热区温度为175℃，机头温度为180℃，挤出得到线材；
(4)将步骤(3)得到的线材通过电子加速器辐照交联，辐照剂量为15Mrad，得到上述耐热型电缆料。
实施例2
本实施例提供一种耐热型电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
Figure BDA0001848679370000091
其中，聚丙烯的数均分子量为5000；三元乙丙橡胶的门尼粘度为40，邵氏A硬度为26，数均分子量为7万。
上述电缆料的制备方法如下：
(1)将各原料组分加入密炼机中进行密炼，温度达到135℃后，翻转物料，密炼停止前将料仓和加料口清理干净，温度达到170℃后停止密炼，控制密炼时间为20min，得到料团；
(2)将步骤(1)得到的料团加入挤出机中，控制加料区温度为118℃，输送区温度为118℃，加热区温度为123℃，机头温度为128℃，挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的料粒加入挤出机中，控制加料区温度为155℃，输送区温度为170℃，加热区温度为170℃，机头温度为175℃，挤出得到线材；
(4)将步骤(3)得到的线材通过电子加速器辐照交联，辐照剂量为10Mrad，得到上述耐热型电缆料。
实施例3
本实施例提供一种耐热型电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
Figure BDA0001848679370000101
其中，聚丙烯的数均分子量为3500；三元乙丙橡胶的门尼粘度为30，邵氏A硬度为20，数均分子量为5万。
上述电缆料的制备方法如下：
(1)将各原料组分加入密炼机中进行密炼，温度达到130℃后，翻转物料，密炼停止前将料仓和加料口清理干净，温度达到160℃后停止密炼，控制密炼时间为20min，得到料团；
(2)将步骤(1)得到的料团加入挤出机中，控制加料区温度为115℃，输送区温度为120℃，加热区温度为125℃，机头温度为130℃，挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的料粒加入挤出机中，控制加料区温度为160℃，输送区温度为165℃，加热区温度为175℃，机头温度为180℃，挤出得到线材；
(4)将步骤(3)得到的线材通过电子加速器辐照交联，辐照剂量为8Mrad，得到上述耐热型电缆料。
实施例4
本实施例提供一种耐热型电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
Figure BDA0001848679370000111
其中，聚丙烯的数均分子量为4200；三元乙丙橡胶的门尼粘度为50，邵氏A硬度为35，数均分子量为12万。
上述电缆料的制备方法如下：
(1)将各原料组分加入密炼机中进行密炼，温度达到130℃后，翻转物料，密炼停止前将料仓和加料口清理干净，温度达到175℃后停止密炼，控制密炼时间为15min，得到料团；
(2)将步骤(1)得到的料团加入挤出机中，控制加料区温度为120℃，输送区温度为120℃，加热区温度为125℃，机头温度为125℃，挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的料粒加入挤出机中，控制加料区温度为160℃，输送区温度为165℃，加热区温度为165℃，机头温度为170℃，挤出得到线材；
(4)将步骤(3)得到的线材通过电子加速器辐照交联，辐照剂量为12Mrad，得到上述耐热型电缆料。
实施例5
本实施例提供一种耐热型电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
Figure BDA0001848679370000121
其中，聚丙烯的数均分子量为5000；三元乙丙橡胶的门尼粘度为30，邵氏A硬度为20，数均分子量为5万。
上述电缆料的制备方法如下：
(1)将各原料组分加入密炼机中进行密炼，温度达到125℃后，翻转物料，密炼停止前将料仓和加料口清理干净，温度达到160℃后停止密炼，控制密炼时间为25min，得到料团；
(2)将步骤(1)得到的料团加入挤出机中，控制加料区温度为115℃，输送区温度为120℃，加热区温度为120℃，机头温度为130℃，挤出造粒，得到料粒；
(3)将步骤(2)得到的料粒加入挤出机中，控制加料区温度为150℃，输送区温度为165℃，加热区温度为165℃，机头温度为170℃，挤出得到线材；
(4)将步骤(3)得到的线材通过电子加速器辐照交联，辐照剂量为5Mrad，得到上述耐热型电缆料。
实施例6
与实施例5的区别在于，聚丙烯的数均分子量为6000，其他原料组分及制备方法与实施例5相同。
对比例1
与实施例5的区别在于，电缆料中不含有超支化聚乙烯亚胺，其他原料组分及制备方法与实施例5相同。
对比例2
与实施例5的区别在于，将聚丙烯替换为等量的数均分子量为5000的低密度聚乙烯。
对上述实施例和对比例提供的电缆料的性能进行测试，测试标准和结果如下表1和表2所示：
表1
Figure BDA0001848679370000131
Figure BDA0001848679370000141
表2
Figure BDA0001848679370000142
由表1和表2的结果可知，本发明通过辐照交联技术协同超支化聚乙烯亚胺，并配合其他原料组分，得到的电缆料兼具有较高的耐热性、伸长率、柔软度、绝缘性、阻燃性、耐油性和耐寒性。当聚丙烯的分子量过高时，不利于填料的均匀分散，得到的电缆料的抗张强度和伸长率下降。当不添加超支化聚乙烯亚胺或采用低密度聚乙烯代替聚丙烯时，均会导致得到的电缆料的耐热性不足，不能通过150℃×3000h的老化试验。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (22)

1.一种耐热型电缆料，其特征在于，所述耐热型电缆料包括如下重量份数的原料组分：
三元乙丙橡胶 12-28份；
聚丙烯 5-7份；
聚氨酯弹性体 2.5-4.5份；
填料 52-63份；
超支化聚乙烯亚胺 0.1-0.5份；
相容剂 0.6-2份；
交联剂 0.1-2份；
润滑剂 2-5份；
所述聚丙烯的数均分子量为3000-5000；所述三元乙丙橡胶的数均分子量为5万-15万；
所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为30-70，邵氏A硬度为20-50；
所述三元乙丙橡胶包括乙烯单元、丙烯单元和乙叉降冰片烯单元；
所述乙烯单元与所述丙烯单元的质量比为(60-70):(30-40)；
所述三元乙丙橡胶中所述乙叉降冰片烯单元的质量百分含量为1-3%；
所述耐热型电缆料的制备方法包括如下步骤：
（1）将各原料组分通过密炼机密炼，得到料团；
（2）将步骤（1）得到的料团通过挤出机挤出造粒，得到料粒；
（3）将步骤（2）得到的料粒通过挤出机挤出成线材；
（4）将步骤（3）得到的线材辐照交联，得到所述电缆料。
2.根据权利要求1所述的耐热型电缆料，其特征在于，所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯弹性体和/或聚醚型聚氨酯弹性体。
3.根据权利要求1所述的耐热型电缆料，其特征在于，所述填料为氢氧化铝和/或氢氧化镁。
4.根据权利要求1所述的耐热型电缆料，其特征在于，所述填料为表面活化处理的氢氧化铝和/或表面活化处理的氢氧化镁。
5.根据权利要求1所述的耐热型电缆料，其特征在于，所述相容剂为POE-g-MAH和/或EVA-g-MAH。
6.根据权利要求1所述的耐热型电缆料，其特征在于，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
7.根据权利要求1所述的耐热型电缆料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮粉和/或硅酮母粒。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的耐热型电缆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将各原料组分通过密炼机密炼，得到料团；
（2）将步骤（1）得到的料团通过挤出机挤出造粒，得到料粒；
（3）将步骤（2）得到的料粒通过挤出机挤出成线材；
（4）将步骤（3）得到的线材辐照交联，得到所述电缆料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述密炼机温度达到160-180℃后停止密炼。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述密炼的时间为15-25min。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述挤出机的加料区温度为115-120℃。
12.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述挤出机的输送区温度为115-120℃。
13.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述挤出机的加热区温度为120-125℃。
14.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述挤出机的机头温度为125-130℃。
15.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述挤出机的加料区温度为150-160℃。
16.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述挤出机的输送区温度为165-175℃。
17.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述挤出机的加热区温度为165-175℃。
18.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述挤出机的机头温度为170-180℃。
19.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述辐照是通过电子加速器进行。
20.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述辐照的剂量为5-15Mrad。
21.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将各原料组分加入密炼机中进行密炼，控制密炼时间为15-25 min，温度达到160-180℃后停止密炼，得到料团；
（2）将步骤（1）得到的料团加入挤出机中，控制加料区温度为115-120℃，输送区温度为115-120℃，加热区温度为120-125℃，机头温度为125-130℃，挤出造粒，得到料粒；
（3）将步骤（2）得到的料粒加入挤出机中，控制加料区温度为150-160℃，输送区温度为165-175℃，加热区温度为165-175℃，机头温度为170-180℃，挤出得到线材；
（4）将步骤（3）得到的线材通过电子加速器辐照交联，辐照剂量为5-15 Mrad，得到所述电缆料。
22.一种如权利要求1-7任一项所述的耐热型电缆料的用途，其特征在于，所述耐热型电缆料用作电动汽车车内高压线的绝缘材料。
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