CN111681823B - 一种高韧性防覆冰电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂40‑50份、线性低密度聚乙烯25‑35份、马来酸酐接枝聚乙烯10‑20份、硬脂酸1‑3份、氢氧化镁5‑10份、改性Co3O4 3‑8份、羟基硅油10‑15份、防老剂1‑2份、硅烷偶联剂0.5‑2份和促进剂1‑3份。本发明防覆冰电缆疏水性能优异，耐低温，防覆冰效果优异，而且强度高，韧性好。

Description

一种高韧性防覆冰电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种高韧性防覆冰电缆。
背景技术
输电线路覆冰常常引发绝缘子闪络、线路舞动、倒杆（塔）和线路中断等重大事故，对电网安全产生严重危害，现有的防敷冰手段主要有机械除冰法和热力防冰法，机械除冰法是通过研制各种直接用于输电线路上的除冰机械或设施进行除冰的方法，其特点是耗能少、成本低，但除冰的被动性强、效率低、工作强度大且受地形限制；热力防冰法是通过增加输电线路热效应来防止结冰，其防冰效果较明显，但能量损耗大、设备投资成本高、使用范围较小，不适宜用作远距离防护和除冰。因此，开发一种不增加能量损耗的耐寒防覆冰电缆具有非常重要的意义。
公告号为CN105390189B的中国专利公开了一种防覆冰电缆，包括由内而外依次设置的芯、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层包括以下重量份数的原料：氟硅树脂60～75份，甲基乙烯基硅橡胶20～30份，SiO2-玻璃纤维凝胶10～15份，聚丙烯纤维粉5～8份，纳米SiO2 3～5份，纳米TiO2 4～6份，分散剂0.5～1份，阻燃剂0.5～1.5份，硅烷偶联剂1～2份，防老剂1～2份。该防覆冰电缆具有优异的疏水性能和防覆冰性能，而且绝缘性能优良，抗压强度高，柔韧性好，抗老化，该防覆冰电缆的防覆冰层可以代替电缆中的绝缘层和外面的护套，减少电缆的质量，增加电缆的使用寿命。但是，该专利氟硅树脂和甲基乙烯基硅橡胶疏水性能好，但防覆冰效果一般，尤其是在气温低、水雾冷却的情况下防覆冰效果一般。
公告号为CN103601929B的中国专利申请公开了一种防覆冰电缆绝缘皮及其制备方法，由丁腈胶、二氧化硅、硅烷偶联剂、枝型多聚羧酸、甲苯、硬脂酸、促进剂 TMTD 和防老剂制备而成。与现有技术相比，该发明的防覆冰电缆绝缘皮在生产电缆时直接包在电缆的外部，节约了资源，而且能大幅度提高电缆绝缘皮表面的疏水性，且具有耐污染功能，使输电电缆与冰的附着力降低 70-90％，该发明保证了电缆的安全，同时降低了生产成本，但是，该专利电缆绝缘皮采用丁腈胶制备而成，耐低温性能差，弹性一般，所得电缆绝缘皮韧性较差。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种高韧性防覆冰电缆，韧性高，防覆冰效果好。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂40-50份、线性低密度聚乙烯25-35份、马来酸酐接枝聚乙烯10-20份、硬脂酸1-3份、氢氧化镁5-10份、改性Co3O4 3-8份、羟基硅油10-15份、防老剂1-2份、硅烷偶联剂0.5-2份和促进剂1-3份。
优选地，所述的改性Co3O4的制备方法包括以下步骤：
将碱式碳酸钴盐2CoCO3·3Co(OH)2·H2O于马弗炉中440-490℃煅烧2-5h，冷却至室温，得到Co3O4薄膜，然后于0.5-1.5wt%的硬脂酸无水乙醇溶液浸泡1-3h，捞出，最后在烘箱中60-80℃条件下干燥12-24h，即得改性Co3O4。
优选地，所述的防老剂为防老剂MB、4010NA或者RD。
优选地，所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3- 环氧丙氧 ) 丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中一种或几种。
优选地，所述的促进剂为促进剂CZ、DM和TMTD中一种或几种。
优选地，所述的芯体由高强度铝合金绞合而成。
优选地，所述的屏蔽层采用PET材料。
优选地，所述的防覆冰层的制备方法包括以下步骤：
（1）将氟硅树脂、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯投入密炼机中进行塑炼，然后依次加入硬脂酸、氢氧化镁、改性Co3O4、羟基硅油和防老剂密炼；
（2）将步骤（1）密炼好的胶料放入开炼机，继续加入硅烷偶联剂和促进剂，用开炼机开炼后，进入挤塑机挤出成型。
本发明的积极有益效果：
1. 本发明氟硅树脂具有优异的疏水性能和防污性，线性低密度聚乙烯强度大、韧性好、刚性大、耐寒性好，马来酸酐接枝聚乙烯是在聚乙烯分子链上接枝马来酸酐分子，利用马来酸酐的极性和可再反应性，与氟硅树脂和线性低密度聚乙烯良好交联，提高了材料的耐低温性能、耐环境应力开裂性以及柔韧性，防覆冰效果优异，并可耐酸、碱和有机溶剂，同时改性Co3O4超疏水，在硅烷偶联剂和促进剂的作用下，与橡胶材料交联，进一步提高了材料的疏水性能。本发明各种原料合用，所得高韧性防覆冰电缆与水接触角≥158°，滚动角≤6°，疏水性能优异；拉伸强度≥26MPa，拉伸伸长率≥389%，抗撕裂强度≥9.2N/mm，强度高，韧性好；雾凇条件下测试12h，电缆表面无覆冰现象，防覆冰效果优异，本发明高韧性防覆冰电缆在不增加能量损耗的条件下，显著的提高了电缆的防覆冰效果。
具体实施方式
下面结合一些具体实施方式，对本发明进一步说明。
实施例1
一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂40份、线性低密度聚乙烯25份、马来酸酐接枝聚乙烯10份、硬脂酸1份、氢氧化镁5份、改性Co3O4 3份、羟基硅油10份、防老剂1份、硅烷偶联剂0.5份和促进剂1份。
所述的改性Co3O4的制备方法包括以下步骤：
将碱式碳酸钴盐2CoCO3·3Co(OH)2·H2O于马弗炉中440℃煅烧5h，冷却至室温，得到Co3O4薄膜，然后于1wt%的硬脂酸无水乙醇溶液浸泡1h，捞出，最后在烘箱中80℃条件下干燥20h，即得改性Co3O4。
所述的防老剂为防老剂MB。
所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
所述的促进剂为促进剂CZ。
所述的芯体由高强度铝合金绞合而成。
所述的屏蔽层采用PET材料。
所述的防覆冰层的制备方法包括以下步骤：
（1）将氟硅树脂、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯投入密炼机中进行塑炼，然后依次加入硬脂酸、氢氧化镁、改性Co3O4、羟基硅油和防老剂密炼；
（2）将步骤（1）密炼好的胶料放入开炼机，继续加入硅烷偶联剂和促进剂，用开炼机开炼后，进入挤塑机挤出成型。
实施例2
一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂43份、线性低密度聚乙烯28份、马来酸酐接枝聚乙烯12份、硬脂酸1.5份、氢氧化镁6.5份、改性Co3O4 4份、羟基硅油11份、防老剂1.2份、硅烷偶联剂1份和促进剂1.5份。
所述的改性Co3O4的制备方法包括以下步骤：
将碱式碳酸钴盐2CoCO3·3Co(OH)2·H2O于马弗炉中450℃煅烧3h，冷却至室温，得到Co3O4薄膜，然后于1.5wt%的硬脂酸无水乙醇溶液浸泡2h，捞出，最后在烘箱中60℃条件下干燥24h，即得改性Co3O4。
所述的防老剂为防老剂4010NA。
所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。
所述的促进剂为促进剂DM。
所述的芯体由高强度铝合金绞合而成。
所述的屏蔽层采用PET材料。
所述的防覆冰层的制备方法参见实施例1。
实施例3
一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂45份、线性低密度聚乙烯31份、马来酸酐接枝聚乙烯15份、硬脂酸1.8份、氢氧化镁7.5份、改性Co3O4 5份、羟基硅油12.5份、防老剂1.5份、硅烷偶联剂1.5份和促进剂2份。
所述的改性Co3O4的制备方法包括以下步骤：
将碱式碳酸钴盐2CoCO3·3Co(OH)2·H2O于马弗炉中450℃煅烧4h，冷却至室温，得到Co3O4薄膜，然后于1wt%的硬脂酸无水乙醇溶液浸泡1h，捞出，最后在烘箱中80℃条件下干燥24h，即得改性Co3O4。
所述的防老剂为防老剂RD。
所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
所述的促进剂为促进剂TMTD。
所述的芯体由高强度铝合金绞合而成。
所述的屏蔽层采用PET材料。
所述的防覆冰层的制备方法参见实施例1。
实施例4
一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂46份、线性低密度聚乙烯32份、马来酸酐接枝聚乙烯16份、硬脂酸2份、氢氧化镁8份、改性Co3O4 6份、羟基硅油13份、防老剂1.8份、硅烷偶联剂1.6份和促进剂2.2份。
所述的改性Co3O4的制备方法包括以下步骤：
将碱式碳酸钴盐2CoCO3·3Co(OH)2·H2O于马弗炉中460℃煅烧3h，冷却至室温，得到Co3O4薄膜，然后于1wt%的硬脂酸无水乙醇溶液浸泡2h，捞出，最后在烘箱中70℃条件下干燥12h，即得改性Co3O4。
所述的防老剂为防老剂4010NA。
所述的硅烷偶联剂为γ-(2，3- 环氧丙氧 ) 丙基三甲氧基硅烷。
所述的促进剂为促进剂CZ。
所述的芯体由高强度铝合金绞合而成。
所述的屏蔽层采用PET材料。
所述的防覆冰层的制备方法参见实施例1。
实施例5
一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂49份、线性低密度聚乙烯33份、马来酸酐接枝聚乙烯18份、硬脂酸2.5份、氢氧化镁8.9份、改性Co3O4 7份、羟基硅油14份、防老剂2份、硅烷偶联剂1.9份和促进剂2.8份。
所述的改性Co3O4的制备方法包括以下步骤：
将碱式碳酸钴盐2CoCO3·3Co(OH)2·H2O于马弗炉中480℃煅烧4h，冷却至室温，得到Co3O4薄膜，然后于1wt%的硬脂酸无水乙醇溶液浸泡3h，捞出，最后在烘箱中60℃条件下干燥24h，即得改性Co3O4。
所述的防老剂为防老剂RD。
所述的硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。
所述的促进剂为促进剂TMTD。
所述的芯体由高强度铝合金绞合而成。
所述的屏蔽层采用PET材料。
所述的防覆冰层的制备方法参见实施例1。
实施例6
一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂50份、线性低密度聚乙烯35份、马来酸酐接枝聚乙烯20份、硬脂酸3份、氢氧化镁10份、改性Co3O4 8份、羟基硅油15份、防老剂2份、硅烷偶联剂2份和促进剂3份。
所述的改性Co3O4的制备方法包括以下步骤：
将碱式碳酸钴盐2CoCO3·3Co(OH)2·H2O于马弗炉中490℃煅烧2h，冷却至室温，得到Co3O4薄膜，然后于0.5wt%的硬脂酸无水乙醇溶液浸泡2h，捞出，最后在烘箱中80℃条件下干燥18h，即得改性Co3O4。
所述的防老剂为防老剂MB。
所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。
所述的促进剂为促进剂DM。
所述的芯体由高强度铝合金绞合而成。
所述的屏蔽层采用PET材料。
所述的防覆冰层的制备方法参见实施例1。
对比实施例1
本实施例疏水防覆冰电缆与实施例3基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂45份、线性低密度聚乙烯46份、硬脂酸1.8份、氢氧化镁7.5份、改性Co3O4 5份、羟基硅油12.5份、防老剂1.5份、硅烷偶联剂1.5份和促进剂2份。
对比实施例2
本实施例疏水防覆冰电缆与实施例3基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂45份、线性低密度聚乙烯31份、马来酸酐接枝聚乙烯15份、硬脂酸1.8份、氢氧化镁7.5份、纳米TiO2 5份、羟基硅油12.5份、防老剂1.5份、硅烷偶联剂1.5份和促进剂2份。
本发明实施例1-6及对比实施例1-2得到的高韧性防覆冰电缆的性能检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，本发明所得疏水防覆冰电缆与水接触角≥158°，滚动角≤6°，疏水性能优异；拉伸强度≥26MPa，拉伸伸长率≥389%，抗撕裂强度≥9.2N/mm，强度高，韧性好；雾凇条件下测试12h，电缆表面无覆冰现象，防覆冰效果优异。
对比实施例1将马来酸酐接枝聚乙烯替换为线性低密度聚乙烯，对比实施例2将改性Co3O4替换为纳米TiO2，所得电缆接触角显著降低，疏水性能变差，拉伸强度、拉伸伸长率和抗撕裂强度也明显降低，而且均出现覆冰现象。

Claims (8)

1.一种高韧性防覆冰电缆，包括芯体、屏蔽层和防覆冰层，其特征在于，所述防覆冰层由如下重量份数的原料制成：氟硅树脂40-50份、线性低密度聚乙烯25-35份、马来酸酐接枝聚乙烯10-20份、硬脂酸1-3份、氢氧化镁5-10份、改性Co3O4 3-8份、羟基硅油10-15份、防老剂1-2份、硅烷偶联剂0.5-2份和促进剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性防覆冰电缆，其特征在于，所述的改性Co3O4的制备方法包括以下步骤：
将碱式碳酸钴盐2CoCO3·3Co(OH)2·H2O于马弗炉中440-490℃煅烧2-5h，冷却至室温，得到Co3O4薄膜，然后于0.5-1.5wt%的硬脂酸无水乙醇溶液浸泡1-3h，捞出，最后在烘箱中60-80℃条件下干燥12-24h，即得改性Co3O4。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性防覆冰电缆，其特征在于，所述的防老剂为防老剂MB、4010NA或者RD。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性防覆冰电缆，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3- 环氧丙氧 ) 丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性防覆冰电缆，其特征在于，所述的促进剂为促进剂CZ、DM和TMTD中一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性防覆冰电缆，其特征在于，所述的芯体由高强度铝合金绞合而成。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性防覆冰电缆，其特征在于，所述的屏蔽层采用PET材料。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种高韧性防覆冰电缆，其特征在于，所述的防覆冰层的制备方法包括以下步骤：
（1）将氟硅树脂、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯投入密炼机中进行塑炼，然后依次加入硬脂酸、氢氧化镁、改性Co3O4、羟基硅油和防老剂密炼；
（2）将步骤（1）密炼好的胶料放入开炼机，继续加入硅烷偶联剂和促进剂，用开炼机开炼后，进入挤塑机挤出成型。
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