CN110724348B - 一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料及其制备方法和应用，绝缘料的原料包括三元乙丙橡胶(门尼粘度为20‑70Nm、乙烯含量为40‑70％)、线性低密度聚乙烯(熔融指数为10‑30g/10min)、相容剂、填料、防老剂和润滑剂；相容剂由马来酸酐接枝弹性体和丙烯酸酯类相容剂按照质量比1.5‑2.0∶1复合构成；制备：按配方称取各原料，混合，挤出成型，即可；以及采用上述绝缘料制成的风能电缆；本发明无需辐照或者紫外交联仍可达到交联型材料的机械力学强度，同时还兼具优异的耐低温扭转性能。
Description
技术领域
本发明属于风能电缆用绝缘材料领域，尤其涉及具有优异的耐低温扭转性能，同时无需辐照或者紫外交联仍能达到交联弹性体的机械力学性能的绝缘材料，具体涉及一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料及其制备方法和应用。
背景技术
目前随着全球温室效应的不断加剧，而工业化进程不断推进，对能源的需求越来越多，过去我们主要通过燃煤、石油来获得动力能源，然而这些基本为不可再生能源，存量越来越少，而且对环境造成了极大的不利影响。现在国家正大力提倡可再生能源的发展与利用，例如太阳能、风能、水能等，其中水能已经应用在发电领域并取得了较好的成绩，大幅度降低了全国的用电成本；太阳能同样已经在光电转换领域取得了长足的进步；而风能同样不甘落后，风能发电的技术也日益成熟，其规模可小可大，小到可以为村庄等小集体供电，大到可以设计百万千瓦级的大型风力发电厂，目前我国的风力发电已经应用广泛，而风力发电多集中在人烟稀少的戈壁荒漠地区，这类地区的环境较恶劣，日间温差较大，白天可以达到40-50℃，夜间也能低至零下40℃左右，因此在这些区域建立风力发电厂，对于材料的耐低温性能、机械力学性能等都提出了较高要求。
其中，风力发电软电缆需求量逐年攀升，市场空间巨大；然而目前的风力发电软电缆所采用的软弹性体绝缘材料为了达到苛刻环境应用的性能要求，同时基于热塑性弹性体绝缘料很难获得优异的机械力学性能等问题，电缆厂家采用的风力电缆用绝缘材料几乎都是辐照交联或者紫外交联型软弹性体绝缘材料，但是其仍然存在如下一些缺陷：1、这些交联型的材料对于生产厂商的投资成本要求较高，不仅需要昂贵的辐照设备或者紫外照射设备，而且需要相应的辅助手段，例如大面积厂房、专业的操作人员；尤其是紫外照射设备，由于UVLED光衰较严重，一段时间之后必须更换，否则将造成交联度不够，表现为材料热延伸不合格(即如果热和负载作用下变形大，会丧失机械性能，直至导致短路，电缆无法正常使用)，同时整套UVLED紫外光辐照设备市场价在20万人民币左右，如若频繁更换，将给电缆厂造成极大的成本压力；2、这些交联型的材料交联固化后不可回收利用，不利于现下对环境保护的高标准要求。
例如中国发明专利CN102796325B，其公开了一种风力发电软电缆用耐寒EPR绝缘橡皮，此专利虽然实现了较好的耐低温扭转性能，但是一方面其使用了含铅类稳定剂，此为重金属，污染严重，不符合环保要求；另一方面，此绝缘橡皮为硫化交联型，交联固化后难以回收利用，造成了能源浪费，同样不符合现下对于环境保护的高要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种新型的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其无需辐照或者紫外交联仍可达到交联型材料的机械力学强度，同时还兼具优异的耐低温扭转性能。
本发明同时还提供了上述风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料的制备方法。
本发明同时还提供了一种风能电缆。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，所述绝缘料的原料包括三元乙丙橡胶、线性低密度聚乙烯、相容剂、填料、防老剂和润滑剂；其中，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为20-70Nm、乙烯含量为40-70％，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为10-30g/10min，所述相容剂由马来酸酐接枝弹性体和丙烯酸酯类相容剂按照质量比1.5-2.0∶1复合构成，所述马来酸酐接枝弹性体为选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶中的一种或多种的组合，所述丙烯酸酯类相容剂为选自乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选方面，所述马来酸酐接枝弹性体的接枝率为0.7-3.0％，更优选为1.8-3.0％。
根据本发明的一些优选方面，所述三元乙丙橡胶、所述线性低密度聚乙烯和所述相容剂的投料质量比为3-10∶1∶1.5-5。
根据本发明的一些优选方面，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为45-70Nm、乙烯含量为50-70％。
根据本发明的一些优选方面，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为15-20g/10min。
根据本发明的一些优选且具体的方面，以质量份数计，所述原料中，三元乙丙橡胶60-90份、线性低密度聚乙烯5-30份、相容剂20-40份、填料60-110份、防老剂1-5份和润滑剂1-5份。
在本发明的一些优选实施方式中，以质量份数计，所述原料中，三元乙丙橡胶65-85份、线性低密度聚乙烯10-20份、相容剂25-35份、填料60-95份、防老剂1.5-4份和润滑剂3-5份。
根据本发明的一些具体方面，所述填料为选自白炭黑、滑石粉、碳酸钙、氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些具体方面，所述润滑剂为选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸和硬脂酸锌中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些具体方面，所述防老剂为选自2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、9,9-二甲基吖啶、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和2，6-二叔丁基对甲酚中的一种或多种的组合。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
按配方称取各原料，混合，挤出成型，即可；其中所述挤出成型的挤出条件为：挤出温度为喂料段80-120℃，压缩段120-140℃，均化段120-160℃，出料段及机头段160-170℃。
本发明提供的又一技术方案：一种风能电缆，所述风能电缆采用的绝缘材料为上述所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料。
根据本发明，熔融指数均为以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定。
根据本发明，门尼粘度以ML1+4，125℃测定。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明创新地采用特定性能的三元乙丙橡胶和线性低密度聚乙烯为树脂基体，然后结合复合的相容剂(由马来酸酐接枝弹性体和丙烯酸酯类相容剂按照特定比例组成)，使得本发明的绝缘料在无需辐照交联或者紫外交联的基础上，不仅具有极佳的耐低温扭转性能(可在-50℃下承受低温扭转2000次以上)，而且兼具优异的机械力学性能，且以热塑性材料达到了交联型绝缘料的机械力学强度，满足了风能电缆的使用要求，同时绝缘料后期可回收，节约能源，对环境更友好，完全符合现下对环境的高标准要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述实施例中未作特殊说明，所有原料基本来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。
下述提及的熔融指数均为以ASTM D1238标准在190℃条件下按照测试载荷为2.16Kg时测定，门尼粘度以ML1+4，125℃测定。下述中三元乙丙橡胶简称用EPDM，线性低密度聚乙烯简称LLDPE，马来酸酐接枝聚乙烯简称PE-g-MAH，马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物简称POE-g-MAH，马来酸酐接枝三元乙丙橡胶简称EPDM-g-MAH。
实施例1
本实施例提供一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，以重量份计，所述绝缘料的原料配方如下：EPDM 80份(门尼粘度为70Nm，乙烯含量为70％，购自陶氏化学)，LLDPE 15份(熔融指数为20g/10min，购自大庆石化)，PE-g-MAH 20份(接枝率为2.0，购自陶氏杜邦)，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物10份(熔融指数为6g/10min，购自陶氏化学)，滑石粉80份，防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体2份，聚乙烯蜡5份。
制备方法为：按配方称取各原料，混合，挤出成型，即可；其中所述挤出成型的挤出条件为：挤出温度为喂料段100±5℃，压缩段130±5℃，均化段45±5℃，出料段及机头段165±3℃。
实施例2
本实施例提供一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，以重量份计，所述绝缘料的原料配方如下：EPDM 80份(门尼粘度为70Nm，乙烯含量为70％，购自陶氏化学)，LLDPE 10份(熔融指数为20g/10min，购自大庆石化)，POE-g-MAH 10份(接枝率为2.0，购自陶氏杜邦)，PE-g-MAH 10份(接枝率为2.0，购自陶氏杜邦)，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物15份(熔融指数7g/10min，购自阿科玛)，碳酸钙80份，防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体2份，聚乙烯蜡5份。
制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，以重量份计，所述绝缘料的原料配方如下：EPDM 80份(门尼粘度为70Nm，乙烯含量为70％，购自陶氏化学)，LLDPE 15份(熔融指数为20g/10min，购自大庆石化)，EPDM-g-MAH 15份(接枝率为2.5，购自陶氏杜邦)，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物10份(熔融指数为6g/10min，购自阿科玛)，氢氧化铝80份，防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体2份，聚乙烯蜡5份。
制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，以重量份计，所述绝缘料的原料配方如下：EPDM 70份(门尼粘度为70Nm，乙烯含量为70％，购自陶氏化学)，LLDPE 20份(熔融指数为20g/10min，购自大庆石化)，POE-g-MAH 10份(接枝率为2.5，购自陶氏杜邦)，EPDM-g-MAH 10份(接枝率为2.5，购自陶氏杜邦)，乙烯-丙烯酸酯甲酯共聚物10份(熔融指数为6g/10min，购自阿科玛)，白炭黑80份，防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体2份，聚乙烯蜡5份。
制备方法同实施例1。
对比例1
基本同实施例1，其区别仅在于相容剂仅采用PE-g-MAH。
对比例2
基本同实施例1，其区别仅在于相容剂仅采用乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。
对比例3
基本同实施例1，其区别仅在于线性低密度聚乙烯的熔融指数为1g/10min。
性能测试
将上述实施例1-4以及对比例1-3所制得的绝缘料进行如下性能测试，具体结果参见表1。
表1
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，所述绝缘料的原料包括三元乙丙橡胶、线性低密度聚乙烯、相容剂、填料、防老剂和润滑剂；
其中，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为20-70Nm、乙烯含量为40-70％，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为10-30g/10min，所述相容剂由马来酸酐接枝弹性体和丙烯酸酯类相容剂按照质量比1.5-2.0∶1复合构成，所述马来酸酐接枝弹性体为选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶中的一种或多种的组合，所述丙烯酸酯类相容剂为选自乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的一种或多种的组合；
门尼粘度以ML1+4，125℃测定，熔融指数以ASTM D1238，190℃，2.16kg测定；
以质量份数计，所述绝缘料的原料中，三元乙丙橡胶60-90份、线性低密度聚乙烯5-30份、相容剂20-40份、填料60-110份、防老剂1-5份和润滑剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，所述马来酸酐接枝弹性体的接枝率为0.7-3.0％。
3.根据权利要求2所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，所述马来酸酐接枝弹性体的接枝率为1.8-3.0％。
4.根据权利要求1所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶、所述线性低密度聚乙烯和所述相容剂的投料质量比为3-10∶1∶1.5-5。
5.根据权利要求1所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为45-70Nm、乙烯含量为50-70％。
6.根据权利要求1所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为15-20g/10min。
7.根据权利要求1所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，以质量份数计，所述绝缘料的原料中，三元乙丙橡胶65-85份、线性低密度聚乙烯10-20份、相容剂25-35份、填料60-95份、防老剂1.5-4份和润滑剂3-5份。
8.根据权利要求1或7所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，所述填料为选自白炭黑、滑石粉、碳酸钙、氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或多种的组合；和/或，所述润滑剂为选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸和硬脂酸锌中的一种或多种的组合。
9.根据权利要求1或7所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料，其特征在于，所述防老剂为选自2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、9,9-二甲基吖啶、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和2，6-二叔丁基对甲酚中的一种或多种的组合。
10.一种权利要求1-9中任一项权利要求所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
按配方称取各原料，混合，挤出成型，即可；其中所述挤出成型的挤出条件为：挤出温度为喂料段80-120℃，压缩段120-140℃，均化段120-160℃，出料段及机头段160-170℃。
11.一种风能电缆，其特征在于，所述风能电缆采用的绝缘材料为权利要求1-9中任一项权利要求所述的风能电缆用热塑性耐低温扭转弹性体绝缘料。
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