CN111234358A - 一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，电缆料的原料组分包括：乙烯‑醋酸乙烯共聚物20‑50份，线性低密度聚乙烯20‑40份，茂金属催化聚乙烯5‑20份，POE弹性体10‑20份，马来酸酐接枝物6‑12份，硅酮母粒4‑8份，无卤阻燃剂80‑120份，纳米阻燃协效剂5‑15份，表面处理剂1‑2份，抗氧剂1‑4份，交联敏化剂0.8‑2份，润滑剂0.5‑1.5份和光稳定剂0.3‑2份；上述份数为质量份数。上述电缆料具有良好的机械性能、电绝缘性能、阻燃性能、耐候耐老化性能、耐刮磨耐酸碱性能以及加工性能，由其制备的光伏电缆经辐照加工后可满足德国2Pfg1169及欧洲EN50618标准要求；制备方法操作简单，生产效率高，工艺自动化高，有利于各原料组份的塑化、分散。

Description

一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料及 其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，属于光伏电缆料领域。
背景技术
光伏发电是一种可再生的清洁能源，它是由一系列的集光器吸收光能后通过一组串联的储能蓄电池，把光能转化成电能，再输出到电网供最终用户使用。光伏发电过程中，电线电缆在其中扮演着重要的角色，相比于传统电力电缆，光伏电缆在使用过程中需要面临更加苛刻的条件，经受更加严峻的考验，因此对光伏电缆用电缆材料也提出了更高的要求。不仅要求材料具有良好的机械性能、电性能和阻燃性能，还要求材料耐刮磨、耐候耐热老化、耐酸碱等。
光伏电缆料的各性能存在难以平衡的矛盾点，如要提高材料的阻燃性能则需填入大量的阻燃剂，其机械性能和电性能等性能势必会受到影响，如何满足电缆所需的各理化性能以及良好的加工工艺性能是光伏电缆料领域的一大难题。
发明内容
本发明针对光伏电缆料现有不足，提供一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，所得电缆料具有良好的机械性能、电绝缘性能、阻燃性能、耐候耐老化性能、耐刮磨耐酸碱性能以及加工工艺性能。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，包括如下重量份数的原料组分：
Figure BDA0002369530630000011
上述份数为质量份数；其中，乙烯-醋酸乙烯共聚物为醋酸乙烯的质量含量为28％的乙烯-醋酸乙烯共聚物与醋酸乙烯的质量含量40％的乙烯-醋酸乙烯共聚物质量比为(1:1)-(3:1)的混合物；无卤阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁质量比为(3:1)-(6:1)的混合物。
上述采用高低VA(醋酸乙烯)含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物复配的方式，即可保证材料的机械性能，又可通过极性基团提高与阻燃填料的相容性；采用POE弹性体作为增韧改性剂，可在树脂基料与填料粉体之间形成一层致密的缓冲层，从而改善了粉体在基料体系中的分散性，有利于机械性能的提高；采用无卤阻燃剂与纳米阻燃协效剂复配的方式，即可减少阻燃剂添加总量，保证材料机械性能、电性能等基本理化性能，又可使材料具有良好的结壳性、耐滴落性能等，从而使材料的阻燃性能及透光率明显增加；采用线性低密度聚乙烯和茂金属催化聚乙烯复配的方式，即可确保材料的机械性能，又可增大材料熔融指数，减小加工扭矩，降低加工电流，从而改善材料的加工性能；马来酸酐接枝产物可在树脂基料与填料粉体之间起到“键桥”作用，增大了两者之间的界面粘结力，从而提高材料的综合性能；纳米阻燃协效剂具有良好的协效阻燃作用，可在燃烧时促进材料形成良好的炭层，降低材料的热释放，减少烟产生，同时纳米材料在往复式混炼挤出机中得到良好的混炼分散，在材料后期辐照交联过程中起到交联网格点的作用，从而使材料具有更加完善的三维网状结构，提高材料的机械性能，使材料具有更高的长期使用温度，更长的使用寿命。
进一步优选，光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料的原料组份包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物30-45份，线性低密度聚乙烯20-30份，茂金属催化聚乙烯6-12份，POE弹性体15-20份，马来酸酐接枝物8-10份，硅酮母粒5-6份，无卤阻燃剂90-120份，纳米阻燃协效剂8-12份，表面处理剂1-1.5份，抗氧剂1.5-2.5份，交联敏化剂1-1.5份，润滑剂1-1.5份，光稳定剂0.5-1.5份。这样可进一步保证材料的综合性能。
为了进一步提高电缆料的机械性能和电性能，线性低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-10g/10min；茂金属催化聚乙烯的熔融指数为0.5-10g/10min。
为了进一步提高电缆料的机械性能，优选，POE弹性体的熔融指数为1.0-3.5g/10min。进一步优选，POE弹性体为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物中的至少一种。
为了进一步提高各物料之间的相容性，马来酸酐接枝产物为马来酸酐接枝PE和马来酸酐接枝POE中的至少一种，接枝率为0.6％-1.5％。
为了提高电缆料的加工性能，优选，硅酮母粒为PE载体。
为了提高电缆料的均匀性，更好地兼顾电缆料的力学性能和阻燃性，无卤阻燃剂的平均粒径为0.6-2.0μm；氢氧化镁为经硅烷表面改性剂处理的化学法氢氧化镁。
为了进一步提高电缆料的阻燃性能，纳米阻燃协效剂为纳米蒙脱土和多壁碳纳米管中的至少一种。优选，纳米阻燃协效剂为纳米蒙脱土和多壁碳纳米管质量比为3：(0～3)的混合物，这样在提升电缆料阻燃效果的同时，可更好地兼顾力学性能。进一步优选，纳米阻燃协效剂为纳米蒙脱土和多壁碳纳米管质量比为3：(1～3)的混合物。
为了进一步兼顾电缆料的力学性能和阻燃性，表面处理剂为硅烷偶联剂A-172和硅烷偶联剂KH550中的至少一种。
为了进一步提高聚烯烃电缆料的耐候性，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂445和抗氧剂412S质量比为1:(0.9～1.1):(0.4～0.6):(0.7～0.9)的混合物。前述采用多种抗氧剂复配的方式，可起到良好的协效作用，从而使材料具有良好的耐候耐老化性能。
为了进一步提高电缆料的力学性能和加工性能，交联敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯；润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌的一种或两种；
为了提高电缆料的耐候性，光稳定剂为紫外吸收剂UV，这样可使材料的耐候性增加，具有更长的使用寿命。
上述光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，包括如下步骤：
第一步：将表面处理剂按(1：100)-(1：50)的质量比均匀喷洒在氢氧化铝上，随后于高速混合机中以500±50rpm的转速混合300-360s；混合完成后加入氢氧化镁和纳米阻燃协效剂，继续混合200-250s，得混合阻燃填料；
第二步：将第一步所得混合阻燃填料、乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、茂金属催化聚乙烯、POE弹性体、马来酸酐接枝物、硅酮母粒、抗氧剂、交联敏化剂、润滑剂和光稳定剂于往复式混炼挤出机中混炼、挤出、造粒，得光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料。
上述往复式混炼挤出机温度区间为110-145℃。
上述方法使得塑化效果及混炼均匀性均有明显提升，所得电缆料具有优异的力学性能，并可大幅度提高生产效率。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，该电缆料具有良好的机械性能、电绝缘性能、阻燃性能、耐候耐老化性能、耐刮磨耐酸碱性能以及加工性能，由其制备的光伏电缆经辐照加工后可满足德国2Pfg1169及欧洲EN50618标准要求；制备方法操作简单，生产效率高，工艺自动化高，有利于各原料组份的塑化、分散。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
各例中：乙烯-醋酸乙烯共聚物为醋酸乙烯的质量含量为28％的乙烯-醋酸乙烯共聚物6110MC(扬子石化-巴斯夫)与醋酸乙烯的质量含量40％的乙烯-醋酸乙烯共聚物40L(杜邦)质量比为2:1的混合物；线性低密度聚乙烯7042(中石化)；茂金属催化聚乙烯3518CB(埃克森美孚)；POE弹性体8003(陶氏)；马来酸酐接枝物JCP1000(久聚)；硅酮母粒MB50(道康宁)；氢氧化铝104LEO(雅宝)，改性氢氧化镁E1112(艾弗尔)；纳米蒙脱土I.44P(NANOCOR)；多壁碳纳米管210T(锦湖)；表面处理剂为硅烷偶联剂A-172和硅烷偶联剂KH550质量比为1:1的混合物；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂445和抗氧剂412S质量比为1:1:0.5:0.8的混合物；交联敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯；润滑剂为硬脂酸锌；光稳定剂为紫外吸收剂UV327。
实施例1：一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，材料配方如下：乙烯-醋酸乙烯共聚物30份，线性低密度聚乙烯30份，茂金属催化聚乙烯10份，POE弹性体20份，马来酸酐接枝物10份，硅酮母粒5份，氢氧化铝80份，改性氢氧化镁20份，纳米蒙脱土10份，表面处理剂1.0份，抗氧剂2.0份，交联敏化剂1.2份，润滑剂1.0份，光稳定剂0.8份，所述份数为重量份数。
上述光伏电缆料及成品电缆的制备方法如下：
第一步：将表面处理剂按均匀喷洒于氢氧化铝阻燃剂上，随后于高速混合机中以500±50rpm的转速混合300-360s；混合完成后加入改性氢氧化镁和纳米蒙脱土，继续混合200-250s，得混合阻燃填料；
第二步：将第一步所得混合阻燃填料、、乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、茂金属催化聚乙烯、POE弹性体、马来酸酐接枝物、硅酮母粒、抗氧剂、交联敏化剂、润滑剂和光稳定剂于往复式混炼挤出机(温度区间为110-145℃)中混炼、挤出、造粒，得光伏电缆料。
第三步：将第二步所得材料于电线电缆挤出生产线上进行包覆挤出，挤出温度设置一区110-120℃，二区120-140℃，三区135-155℃，四区135-155℃，机头130-150℃，挤出完成后进行辐照加工，辐照工艺为道次28、能量3.0mev、速流12mA、速度30m/min。辐照后热延伸20％-30％，成品电缆可满足德国2Pfg1169及欧洲EN50618标准要求。
实施例1所得材料主要性能指标如下：
Figure BDA0002369530630000031
Figure BDA0002369530630000041
实施例2：一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，材料配方如下：乙烯-醋酸乙烯共聚物45份，线性低密度聚乙烯20份，茂金属催化聚乙烯12份，POE弹性体15份，马来酸酐接枝物8份，硅酮母粒5份，氢氧化铝80份，改性氢氧化镁20份，纳米蒙脱土10份，表面处理剂1.0份，抗氧剂2.0份，交联敏化剂1.2份，润滑剂1.0份，光稳定剂0.8份。
上述光伏电缆料及成品电缆的制备方法同实施例1。
实施例2所得材料主要性能指标如下：
Figure BDA0002369530630000042
实施例3：一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，材料配方如下：乙烯-醋酸乙烯共聚物45份，线性低密度聚乙烯20份，茂金属催化聚乙烯12份，POE弹性体15份，马来酸酐接枝物8份，硅酮母粒5份，氢氧化铝90份，改性氢氧化镁30份，纳米蒙脱土10份，表面处理剂1.0份，抗氧剂2.0份，交联敏化剂1.2份，润滑剂1.0份，光稳定剂0.8份。
上述光伏电缆料及成品电缆的制备方法同实施例1。
实施例3所得材料主要性能指标如下：
Figure BDA0002369530630000051
实施例4：一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，材料配方如下：乙烯-醋酸乙烯共聚物45份，线性低密度聚乙烯20份，茂金属催化聚乙烯12份，POE弹性体15份，马来酸酐接枝物8份，硅酮母粒5份，氢氧化铝90份，改性氢氧化镁30份，纳米蒙脱土6份，多壁碳纳米管4份，表面处理剂1.0份，抗氧剂2.0份，交联敏化剂1.2份，润滑剂1.0份，光稳定剂0.8份。
上述光伏电缆料及成品电缆的制备方法同实施例1。
实施例4所得材料主要性能指标如下：
Figure BDA0002369530630000052

Claims (10)

1.一种光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：包括如下重量份数的原料组分：
Figure FDA0002369530620000011
上述份数为质量份数；其中，乙烯-醋酸乙烯共聚物为醋酸乙烯的质量含量为28％的乙烯-醋酸乙烯共聚物与醋酸乙烯的质量含量40％的乙烯-醋酸乙烯共聚物质量比为(1:1)-(3:1)的混合物；无卤阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁质量比为(3:1)-(6:1)的混合物。
2.如权利要求1所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：线性低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-10g/10min；茂金属催化聚乙烯的熔融指数为0.5-10g/10min；POE弹性体的熔融指数为1.0-3.5g/10min。
3.如权利要求1或2所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：POE弹性体为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物中的至少一种。
4.如权利要求1或2所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：马来酸酐接枝产物为马来酸酐接枝PE和马来酸酐接枝POE中的至少一种，接枝率为0.6％-1.5％。
5.如权利要求1或2所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：硅酮母粒为PE载体；无卤阻燃剂的平均粒径为0.6-2.0μm；氢氧化镁为经硅烷表面改性剂处理的化学法氢氧化镁。
6.如权利要求1或2所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：纳米阻燃协效剂为纳米蒙脱土和多壁碳纳米管中的至少一种；表面处理剂为硅烷偶联剂A-172和硅烷偶联剂KH550中的至少一种。
7.如权利要求6所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：纳米阻燃协效剂为纳米蒙脱土和多壁碳纳米管质量比为3：(0～3)的混合物。
8.如权利要求1或2所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂445和抗氧剂412S质量比为1:(0.9～1.1):(0.4～0.6):(0.7～0.9)的混合物。
9.如权利要求1或2所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：交联敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯；润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸锌的一种或两种；光稳定剂为紫外吸收剂UV。
10.权利要求1-9任意一项所述的光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：将表面处理剂按(1：100)-(1：50)的质量比均匀喷洒在氢氧化铝上，随后于高速混合机中以500±50rpm的转速混合300-360s；混合完成后加入氢氧化镁和纳米阻燃协效剂，继续混合200-250s，得混合阻燃填料；
第二步：将第一步所得混合阻燃填料、乙烯-醋酸乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯、茂金属催化聚乙烯、POE弹性体、马来酸酐接枝物、硅酮母粒、抗氧剂、交联敏化剂、润滑剂和光稳定剂于往复式混炼挤出机中混炼、挤出、造粒，得光伏电缆用125℃辐照交联型无卤阻燃聚烯烃电缆料。
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