CN110938254A - 一种led紫外光交联彩色聚乙烯电缆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料及其制备方法，所述的电缆料，由聚乙烯100份、抗铜剂0.1‑1份、抗氧剂0.5‑2份、紫外光吸收剂0.1‑1份、润滑剂1‑5份、色母0.3‑1份、光引发剂0.1‑2.5份，多官能团交联剂0.5‑2.5份组成。本发明解决了紫外光交联聚乙烯只能应用于本色交联聚乙烯电线电缆的局限性，成功开发出LED紫外光交联彩色聚乙烯材料，电缆在线交联速度可达120米/每分钟，各项指标均符合GB/T 12706‑2008，可实现低压电线电缆绝缘高效率工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及电缆绝缘材料技术领域，更具体的说是涉及一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯是一种非极性、结晶型聚合物材料，其具有优良的绝缘性能、介电性能、机械性能。未经交联改性的聚乙烯耐温等级低，耐环境应力开裂性能差，而通过交联改性后，聚乙烯分子相互连接形成三维网状大分子结构，可以提高其耐温等级、载流量、拉伸强度、电气性能以及抗开裂性能，因此交联聚乙烯广泛应用于电力电缆绝缘材料的生产。
目前聚乙烯交联方式主要有过氧化物化学交联、硅烷交联、电子加速器辐照交联、紫外光交联等。过氧化物化学交联存在设备过于庞大，生产能耗高且速度慢、生产过程中容易出现焦烧等诸多缺陷；硅烷交联存在电线热收缩大，且挤出加工时易产生预交联，水煮交联反应速度慢且易导致铜导体发黑等缺点；辐照交联加速器设备价格较高，占地面积大且维护成本高，主要用于生产小截面电线电缆，产生辐射不利于环保；近年来紫外光交联技术得到越来越多的关注，在交联电线电缆材料方面具有一定的市场潜力，其使用方法简单且能耗低，可实现高速在线交联，生产成本和维护成本低。
LED交联技术因其节能、环保、卫生的特点，成为紫外光交联聚乙烯的发展方向。但是LED照射光源却存在着发射光谱带窄、功率小而影响光交联速度的缺陷。目前市场上LED灯管发射波长主要在365-405nm之间，而已商品化的主流光引发剂是在280-360nm有较强的吸收，在大于360nm的波长范围内吸光性能比较差，开发出能与LED相匹配、具有更强吸光性能和更高光引发活性的光引发剂，是科研者研究的重点。
目前LED紫外光交联仅适用于本色交联聚乙烯，在实际生产的电线电缆绝缘线芯需要通过红黄蓝绿等颜色加以区分，而由于颜色在LED紫外光波段有吸收,与光引发剂竞争吸收紫外光,从而降低了光引发剂吸收光能，导致交联反应速率低，最终不能应用到实际工业生产中。
因此，如何提供一种能够应用在彩色交联电线电缆中的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料的是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，解决了LED紫外光交联聚乙烯不能应用在彩色交联电线电缆中的技术难题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，包括以下重量份的原料：聚乙烯100份、抗铜剂0.1-1份、抗氧剂0.5-2份、紫外光吸收剂0.1-1份、润滑剂1-5份、色母0.3-1份、光引发剂0.1-2.5份，多官能团交联剂0.5-2.5 份。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料中，所述聚乙烯为双峰线性低密度聚乙烯LLDPE、低密度聚乙烯LDPE和高密度聚乙烯HDPE中的任意一种或者几种的混合物，并且所述聚乙烯的熔融指数(190℃，2.16kg) 为1-10g/10min。
上述技术方案的有益效果是：不同分子链结构聚乙烯由于支链长短的不同、结晶度的差异，其化学交联速率会有所不同。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料中，所述抗铜剂为受阻酚类抗铜剂，包括N-水杨酰胺基邻苯二酰亚胺、N,N'-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼等。
上述技术方案的有益效果是：受阻酚类抗铜剂具有很强的抑制金属离子催化老化的能力，螯合铜、铁锰、钴等重金属离子使其失去活性,有效地抑制重金属离子对高分子材料的催化老化的危害作用,延长使用寿命。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的任意一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：提高材料耐热老化性能，提高其使用寿命。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料中，所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类、苯并三唑类中的一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：吸收部分波长，降低紫外光对材料损伤。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料中，所述润滑剂为硅酮母粒、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺中的任意一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：降低挤出电流，改善挤出表面。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料中，所述色母颜色为红色、黄色、蓝色、绿色中的任意一种。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料中，所述光引发剂为二苯甲酮及其衍生物、肟酯类、三嗪类、苯偶姻及其衍生物、酰基膦氧化物、硫杂蒽酮和大分子噻吨酮类光引发剂中的任意一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：上述物质均为LED专用光引发剂，光引发剂吸收紫外光辐射能，经过化学变化产生具有引发聚合能力的活性中间体。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料中，所述多官能团交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三甲代烯丙基异氰酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯、双季戊四醇六丙烯酸酯中的任意一种或多种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：提高交联反应速率，增加材料交联密度。
本发明还提供了一种所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称量各组分加入搅拌机先低速搅拌2-5min，再高速搅拌3-10min；
(2)搅拌均匀后通过双螺杆挤出机挤出、拉条、水冷，得到粒料；
(3)将粒料与色母拌匀通过挤出机挤出线缆，线缆通过LED辐照设备后，进入水槽冷却，得到紫外光交联彩色线缆。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料的制备方法中，步骤2中，所述双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-140℃，第三区140-150℃，第四区150-160℃，第五区160-170℃，第六区170-175℃，第七区180-190℃，第八区190-200℃。
上述技术方案的有益效果是：温度过低会导致各种助剂可以在聚乙烯中分布不均匀，而过高会使部分助剂挥发影响材料性能。
优选的，在上述一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料的制备方法中，步骤3中，所述挤出机分为4个区，各区的工作温度为：第一区150-160℃，第二区170-180℃，第三区180-190℃，第四区190-200℃；并且线缆挤出速度大于120米/每分钟，辐照时间小于0.5秒。
上述技术方案的有益效果是：材料交联速度较快，可以满足大批量电线电缆高速生产需求。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明通过大量的配方筛选，得到了一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，该材料为本色材料配不同颜色色母进行电线电缆的生产，通过优选LED专用复合光引发体系和光交联体系，克服现有技术的不足，实现了LED紫外光交联彩色电线电缆高效工业化生产。
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做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。
为解决现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料及其制备方法。由于颜色与光引发剂吸收同波段的紫外光，使光引发剂不能完全吸收紫外光，此外颜色会散射掉部分紫外光，不同种类的颜色，对紫外光的吸收程度是不同的，而且不同种类的颜色对自由基的捕捉程度，以及使光引发剂的激发态猝灭程度也都不同。
因此搞清不同颜色在紫外光区的最低吸收波长范围,即颜色的光学窗口特别重要，通过有效利用颜色的光学窗口，设计LED专用复合光引发体系和交联体系，提高反应速率，显得至关重要。
本发明实施例1-3提供的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，采用以下制备方法：
步骤1：称量各组分加入搅拌机先低速搅拌2-5min，再高速搅拌3-10min；
步骤2：拌匀后通过双螺杆挤出、拉条、水冷，得到粒料；
步骤3：再将粒子分别与红黄蓝绿色母拌匀通过挤出机挤出线缆；线缆通过LED辐照设备后，进入水槽冷却，得到紫外光交联彩色线缆。
所述步骤2中，双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区 120-130℃，第二区130-140℃，第三区140-150℃，第四区150-160℃，第五区160-170℃，第六区170-175℃，第七区180-190℃，第八区190-200℃。
所述步骤3中，挤出机分为4个区，各区的工作温度为：第一区150-160℃，第二区170-180℃，第三区180-190℃，第四区190-200℃。线缆挤出速度大于120米/每分钟，辐照时间小于0.5秒。
实施例1-3中LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料各组分的重量份数参见表1。
表1
分别对实施例1-3的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料制得电线电缆性能进行检测，检测结果具体参见表2-4。
表2实施例1检测结果：
表3实施例2检测结果
表4实施例3检测结果
通过对本发明的实施例1-3LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料制得电线电缆性能检测结果可以看出：本发明制备的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，通过优选LED专用复合光引发体系和光交联体系，可用于生产不同颜色的交联聚乙烯绝缘电线电缆，生产工艺简单，产品各项性能优异，可大幅提高线缆厂生产效率和降低生产成本。
本发明解决了紫外光交联聚乙烯只能应用于本色交联聚乙烯电线电缆的局限性，成功开发出LED紫外光交联彩色聚乙烯材料，电缆在线交联速度可达120米/每分钟，各项指标均符合GB/T 12706-2008，可实现低压电线电缆绝缘高效率工业化生产。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，其特征在于，包括以下重量组分的原料：聚乙烯100份、抗铜剂0.1-1份、抗氧剂0.5-2份、紫外光吸收剂0.1-1份、润滑剂1-5份、色母0.3-1份、光引发剂0.1-2.5份，多官能团交联剂0.5-2.5份。
2.根据权利要求1所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，其特征在于，所述聚乙烯为双峰线性低密度聚乙烯LLDPE、低密度聚乙烯LDPE和高密度聚乙烯HDPE中的任意一种或者几种的混合物；所述聚乙烯在190℃和2.16kg下的熔融指数为1-10g/10min。
3.根据权利要求1所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，其特征在于，所述抗铜剂为受阻酚类抗铜剂；
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的任意一种或者几种的混合物；
所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类、苯并三唑类中的一种或者几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮母粒、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺中的任意一种或者几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，其特征在于，所述色母颜色为红色、黄色、蓝色、绿色中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，其特征在于，所述光引发剂为为二苯甲酮及其衍生物、肟酯类、三嗪类、苯偶姻及其衍生物、酰基膦氧化物、硫杂蒽酮和大分子噻吨酮类光引发剂中的任意一种或者几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料，其特征在于，所述多官能团交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三甲代烯丙基异氰酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯、双季戊四醇六丙烯酸酯中的任意一种或多种的混合物。
8.一种权利要求1-7任一项所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称量各组分加入搅拌机先低速搅拌2-5min，再高速搅拌3-10min；
(2)搅拌均匀后通过双螺杆挤出机挤出、拉条、水冷，得到粒料；
(3)将粒料与色母拌匀通过挤出机挤出线缆，线缆通过LED辐照设备后，进入水槽冷却，得到紫外光交联彩色线缆。
9.根据权利要求8所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-140℃，第三区140-150℃，第四区150-160℃，第五区160-170℃，第六区170-175℃，第七区180-190℃，第八区190-200℃。
10.根据权利要求8所述的LED紫外光交联彩色聚乙烯电缆料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述挤出机分为4个区，各区的工作温度为：第一区150-160℃，第二区170-180℃，第三区180-190℃，第四区190-200℃；并且线缆挤出速度大于120米/每分钟，辐照时间小于0.5秒。
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