CN110283393A

CN110283393A - 耐高电压tpv弹性体及其制备方法

Info

Publication number: CN110283393A
Application number: CN201910656750.7A
Authority: CN
Inventors: 孙永明; 刘星; 吴佳骏
Original assignee: Jiangsu Jinling Opta Polymer Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Jinling Opta Polymer Co Ltd
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2019-09-27

Abstract

本发明涉及耐高电压TPV弹性体及其制备方法，组分为：合成橡胶、聚烯烃树脂、马来酸酐接枝聚烯烃树脂、白油、无机填料、交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂、抗氧剂、润滑剂、光稳定剂等，该方法为：在高速搅拌锅中将无机填料加入硅烷偶联剂进行表面处理，然后加入合成橡胶、聚烯烃树脂、马来酸酐接枝烯烃树脂混合均匀后经双螺杆挤出机挤出造粒得到中间体；再将中间体与交联剂、助交联剂在高速搅拌锅混合均匀后挤出造粒，并在过程中充入白油，得到耐高电压TPV弹性体。本发明所提供的耐高电压TPV弹性体具有制备方法简单，可大幅度提高TPV材料的体积电阻率，耐击穿电压可达100KV，对拓宽TPV弹性体的应用领域具有重要意义。

Description

耐高电压TPV弹性体及其制备方法

技术领域：

本发明涉及热塑性弹性体材料技术领域，尤其涉及一种耐高电压TPV弹性体及其制备方法。

背景技术：

电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，常用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江海水下输电线。按电压等级可分为中、低压电力电缆(35千伏及以下)、高压电缆(110千伏以上)、超高压电缆(275～800千伏)以及特高压电缆(1000千伏及以上)。

目前电力电缆使用的绝缘层材料一般为油浸纸、塑料、橡胶。油浸纸绝缘电缆在低温时绝缘容易变脆，另外它的可弯曲性较差，而且由于绝缘层内的绝缘剂容易流动，故一般不适宜倾斜度过大和垂直安装。常用的塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯，聚氯乙烯因含有卤素已逐步被环保材料替代；聚乙烯、交联聚乙烯硬度较高在敷设时需要更大的转弯半径，并且材料的耐候性比较差。而橡胶需要硫化工艺复杂，在生产高压电缆时成本很高。

热塑性弹性体是物理性能介于橡胶和塑料之间的是一类复合型结构的高性能材料，它既具有橡胶的弹性，又具有塑料的易加工性，在电缆材料中已经有较广泛的应用。以三元乙丙橡胶为基材制备的弹性体称为TPV(Thermoplastic Vulcanization)，因动态硫化工艺使得体系内连续相和分散相形成三维网络状海岛结构得名，用作电力电缆绝缘层拥有成型加工简便，材料可循环利用、性价比高等特点。

在绝缘层为挤出工艺的电力电缆中，最大的缺点是会存在树枝化击穿现象，这限制了材料在更高电压的使用。树枝化击穿是在高电场强度作用下，在绝缘中某一区域内形成的树枝状局部损坏。在电场的持续作用下，树枝状微通道顺着电场方向贯穿整个绝缘，造成电缆被击穿。引起绝缘层树枝化的原因是多方面的，主要有以下几种：

(1)材料中存在间隙导致局部放电而引发和缓慢扩展的树枝。

(2)由于材料中存在水分，而缓慢引发的树枝。

(3)绝缘层存在杂质而引发的树枝。并且相对于非极性材料，极性越高的材料在高电场强度作用下越易产生自由流动的电子，导致绝缘层更容易击穿。

发明内容：

本发明提供了一种耐高电压TPV弹性体及其制备方法，在动态硫化TPV弹性体的基础上，选用体积电阻率较高的橡胶，改进配料及生产工艺，可较大幅度提高TPV材料的体积电阻率及击穿电压。其具体技术方案如下：

一种耐高电压TPV弹性体，按照重量份数计，包括以下组分：

作为优选，所述交联剂为过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化二异丙苯或辛基酚醛树脂中的一种或多种的组合；所述无机填料为高岭土、滑石粉或硅微粉中的一种或多种的组合；所述助交联剂为二苯甲烷马来酰亚胺、三异丙基异氰酸酯、或氯化亚锡中的一种或多种的组合。

作为优选，所述合成橡胶优选三元乙丙橡胶。

作为优选，所述三元乙丙橡胶优选门尼粘度为20～130，乙烯含量为50～75％，第三单体为乙叉降冰片烯或双环戊二烯且含量为4～20％。

作为优选，所述的聚烯烃树脂优选聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯和聚丙烯的混合物。

作为优选，所述马来酸酐接枝聚烯烃树脂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯的一种或两种的组合。

本发明还提供了耐高电压TPV弹性体的制备方法，包括如下步骤：

A)、按组分要求称取适量无机填料于高速混合机中并升温至60℃，将硅烷偶联剂喷洒在填料上并高速搅拌30分钟，再加入三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、马来酸酐接枝聚烯烃树脂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体；

B)、将步骤A)所得的中间体加入交联剂和助交联剂，经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入白油，即可制得耐高电压TPV弹性体。

进一步，所述双螺杆挤出机工艺条件为温度160～220℃、转速200～320rpm；将上述耐高电压TPV弹性体采用立式注塑机在200℃条件下模压厚度3mm的样片，测定材料的硬度、体积电阻率，采用万能制样机制备拉伸样条，测定材料的拉伸强度和断裂伸长率，挤出绝缘层厚度为18mm的铜芯电缆进行耐电压测试。

本发明的有益效果是：本发明所提供的耐高电压TPV弹性体及其制备方法，采用极性小的无机填料并进行表面处理，再与电阻率较高的三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、马来酸酐接枝聚烯烃树脂混合均匀后加入硫化剂，经过双螺杆挤出机动态硫化造粒，并在过程中充入白油。表面处理后的填料与树脂之间结合得更紧密，含水量低，避免材料因间隙、水分引起绝缘层缺陷造成电击穿；选用极性小的填料与聚烯烃共混，提高了材料的体积电阻率，并且在高电场强度作用下不易产生自由电子，使材料能够耐更高电压，且容易加工，拓宽了TPV弹性体的应用领域。

具体实施方式：

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1

一种耐高电压TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表1所示：

表1

其中：所述三元乙丙橡胶为茂金属催化，门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数100～300g/10min。所述高岭土细度为1000～3000目。所述环烷油40℃运动粘度为120～200。

具体步骤如下：

A)、按组分要求称取适量三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、马来酸酐接枝聚丙烯、无机填料，在高速混合机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体1；

B)、将步骤A)所得的中间体1加入交联剂和助交联剂，经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入白油，得到耐高电压TPV弹性体1。

其中：所述双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为52，温度控制范围工艺条件为温度160～200℃、转速200～320rpm。

将上述耐高电压TPV弹性体采用立式注塑机在200℃条件下模压厚度3mm的样片，测定材料的硬度、体积电阻率，采用万能制样机制备拉伸样条，测定材料的拉伸强度和断裂伸长率，挤出绝缘层厚度为18mm的铜芯电缆进行耐电压测试。

实施例2

一种耐高电压TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表2所示：

表2

具体步骤如下：

A)、按组分要求称取适量无机填料于高速混合机中并升温至60℃，将硅烷偶联剂喷洒在填料上并高速搅拌30分钟，再加入三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、马来酸酐接枝聚烯烃树脂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体2；

B)、将步骤A)所得的中间体加入交联剂和助交联剂，经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入白油，得到耐高电压TPV弹性体2。

实施例2相比于实施例1，使用硅烷偶联剂先将无机填料进行表面处理，再生产TPV产品。

实施例3

一种耐高电压TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表3所示：

表3

其中：所述三元乙丙橡胶为茂金属催化，门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数100～300g/10min。所述滑石粉细度为1000～3000目。所述环烷油40℃运动粘度为120～200。

实施例3相比于实施例2，变更了无机填料的种类。

具体制备方法、设备工艺参数同实施例2。

实施例4

一种耐高电压TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表4所示：

表4

其中：所述三元乙丙橡胶为茂金属催化，门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数100～300g/10min。所述硅微粉细度为1000～3000目。所述环烷油40℃运动粘度为120～200。

实施例4相比于实施例3，变更了无机填料的种类。

具体制备方法、设备工艺参数同实施例2。

实施例5

一种耐高电压TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表5所示：

表5

其中：所述三元乙丙橡胶为齐格勒-纳塔催化，门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数100～300g/10min。所述硅微粉细度为1000～3000目。所述石蜡油40℃运动粘度为80～150。

实施例5相比于实施例4，更改三元乙丙橡胶的种类，选用齐格勒-纳塔催化生产。使用石蜡油替换环烷油。

具体制备方法、设备工艺参数同实施例2。

实施例6

一种耐高电压TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表6所示：

表6

实施例6相比于实施例5，改变三元乙丙橡胶、聚丙烯、石蜡油、硅微粉的份数。

具体制备方法、设备工艺参数同实施例2。

实施例7

一种耐高电压TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表7所示：

表7

其中：所述三元乙丙橡胶为齐格勒-纳塔催化，门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数20～40g/10min。所述马来酸酐接枝聚丙烯熔融指数100～300g/10min。所述硅微粉细度为1000～3000目。所述石蜡油40℃运动粘度为80～150。

实施例7相比于实施例6，改变了聚丙烯、抗氧剂、光稳定剂的种类。

具体制备方法、设备工艺参数同实施例2。

对比例

普通TPV弹性体的制备方法，按照重量份数计原料配方如表8所示：

表8

其中：所述三元乙丙橡胶门尼粘度为65～75，乙烯含量为60～75％，第三单体为乙叉降冰片烯含量为4～8％。所述聚丙烯为丙烯均聚物，熔融指数2～4g/10min。所述石蜡油40℃运动粘度为80～150。

具体步骤如下：

A)、按组分要求称取适量三元乙丙橡胶、聚烯烃树脂、无机填料，在高速混合机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到中间体1；

B)、将步骤A)所得的中间体1加入交联剂和助交联剂，经高速混合机混合均匀，在双螺杆挤出机中动态硫化造粒，在造粒过程中，通过液体喂料口加入白油，制得TPV弹性体颗粒1。

将上述普通TPV弹性体采用立式注塑机在200℃条件下模压厚度3mm的样片，测定材料的硬度、体积电阻率，采用万能制样机制备拉伸样条，测定材料的拉伸强度和断裂伸长率，挤出绝缘层厚度为18mm的铜芯电缆进行耐电压测试。

对比例1相比于实施例7，没有加入马来酸酐接枝聚丙烯，使用碳酸钙作为填料，未加硅烷偶联剂进行表面处理。

将实施例与对比例性能检测对比，结果如表9所示：

表9

从表中可以看出，耐高电压TPV弹性体与普通TPV弹性体相比，不仅力学性能有所增加，而且体积电阻率及耐击穿电压也有比较明显的提高，结合TPV加工简单、耐候及耐酸碱腐蚀性等优点，在一些高压电缆应用领域可以有更广泛的应用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.一种耐高电压TPV弹性体，其特征在于，由下列重量份的原料制成：

。

2.根据权利要求1所述的耐高电压TPV弹性体，其特征在于，所述交联剂为过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化二异丙苯或辛基酚醛树脂中的一种或多种的组合；所述无机填料为高岭土、滑石粉或硅微粉中的一种或多种的组合；所述助交联剂为二苯甲烷马来酰亚胺、三异丙基异氰酸酯、或氯化亚锡中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的耐高电压TPV弹性体，其特征在于，所述合成橡胶为三元乙丙橡胶。

4.根据权利要求3所述的耐高电压TPV弹性体，其特征在于，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为20～130，乙烯含量为50～75％，第三单体为乙叉降冰片烯或双环戊二烯且含量为4～20％。

5.根据权利要求1所述的耐高电压TPV弹性体，其特征在于，所述聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯和聚丙烯的混合物。

6.根据权利要求1所述的耐高电压TPV弹性体，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚烯烃树脂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯的一种或两种的组合。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的耐高电压TPV弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的耐高电压TPV弹性体的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机工艺条件为温度160～220℃、转速200～320rpm；将上述耐高电压TPV弹性体采用立式注塑机在200℃条件下模压厚度3mm的样片，测定材料的硬度、体积电阻率，采用万能制样机制备拉伸样条，测定材料的拉伸强度和断裂伸长率，挤出绝缘层厚度为18mm的铜芯电缆进行耐电压测试。