CN111892757A - 一种抗水树型聚烯烃电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗水树型聚烯烃电缆料及其制备方法，按质量份数计包括85～90份的聚乙烯，5～15份的含有极性基团的聚烯烃，8～33份的抗水树添加剂母粒，2～10份的不饱和聚醚，5～18份的EEA改性聚合物，1～2份的交联剂，0.5～2份的抗氧剂。本发明解决了聚乙烯电缆绝缘材料在水存在下易生成水树，最终生成水树枝而导致电缆绝缘击穿发生事故，为了增加有机绝缘材料的抗水树降解的能力，在聚乙烯材料中加入聚乙二醇和不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入相容剂，然而这将带来一些问题，特别是在加工和长期热稳定性方面，以及添加剂的析出，直接影响产品性能的问题。

Description

一种抗水树型聚烯烃电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及抗水树型电缆技术领域，具体为一种抗水树型聚烯烃电缆料及其制备方法。
背景技术
交联聚乙烯由于具有优异的电气性能和机械性能广泛应用于电力电缆中近年来的电缆事故统计表明，在干燥的环境中，交联聚乙烯电缆能够长久的保持优良性能；而在潮湿的环境中，水树是导致其过早老化和失效的重要原因，由于聚乙烯具有良好的介电性能，尤其是高击穿强度和低功率因数，因此不需要填充物就可用做电缆绝缘材料，但是聚乙烯电缆绝缘材料在水存在下易生成水树，最终生成水树枝而导致电缆绝缘击穿发生事故，为了增加有机绝缘材料的抗水树降解的能力，在聚乙烯材料中加入聚乙二醇和不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入相容剂，然而这将带来一些问题，特别是在加工和长期热稳定性方面，以及添加剂的析出，直接影响产品的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗水树型聚烯烃电缆料及其制备方法，具备较强的抗水树性能、较好的介电性能和不用担心添加剂析出的优点，解决了聚乙烯电缆绝缘材料在水存在下易生成水树，最终生成水树枝而导致电缆绝缘击穿发生事故，为了增加有机绝缘材料的抗水树降解的能力，在聚乙烯材料中加入聚乙二醇和不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入相容剂，然而这将带来一些问题，特别是在加工和长期热稳定性方面，以及添加剂的析出，直接影响产品性能的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抗水树型聚烯烃电缆料，按质量份数计包括85～90份的聚乙烯，5～15份的含有极性基团的聚烯烃，8～33份的抗水树添加剂母粒，2～10份的不饱和聚醚，5～18份的EEA改性聚合物，1～2份的交联剂，0.5～2份的抗氧剂，0.5～1份的纳米无机添加物和1～3份的辐照敏化剂，所述抗水树添加剂母粒按质量组份计包括35～45份的聚乙烯、5～10份的改性无机多孔粒子和1～5份的高分子增容剂。
优选的，所述改性无机多孔粒子由无机多孔粒子的表面经偶联剂处理制得，无机多孔粒子为沸石、多孔碳酸锌和多孔二氧化硅中的一种或几种。
优选的，所述无机多孔粒子为粒径小于等于6μm，比表面积大于等于60m2/g，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硬脂酸偶联剂中的一种或几种。
优选的，所述聚乙烯为低密度聚乙烯，低密度聚乙烯的熔融指数为2.0～2.4g/12min。
优选的，所述含有极性基团的聚烯烃是EVA和EEA的共混物，其中EVA和EEA的共混比例为1∶3～3∶1。
优选的，所述EEA改性聚合物为硅烷接技EEA，硅烷是乙烯基三甲氧基硅烷。
优选的，所述交联剂为过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物中一种或两种，所述抗氧剂为亚磷酸酯、四季戊四醇酯和叔辛胺三嗪与乙二胺哌啶的聚合物中的一种或两种。
优选的，所述纳米无机添加物为纳米蒙脱土、纳米氧化锌和纳米氧化镁中的任意一种，并经偶联剂进行表面处理。
优选的，所述辐照敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯中的一种或几种，所述高分子增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝茂金属聚乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯和乙烯-醋酸乙酯共聚物中的一种或两种。
优选的，一种抗水树型聚烯烃电缆料的制备方法，包括以下步骤：
A)先将无机多孔粒子及偶联剂加入高速混合机中搅拌进行表面改性处理，得表面经改性处理的改性无机多孔粒子。
B)将质量百分比为80％的聚乙烯、质量百分比为15％改性无机多孔粒子和质量百分比为5％的高分子增容剂进行共混，经双螺杆挤出机混炼、造粒而成抗水树添加剂母粒。
C)将质量百分比为70％的聚乙烯、质量百分比为20％的EEA改性聚合物和质量百分比为10％的纳米无机添加物进行共混，然后通过管道输送到双螺杆挤出机混炼、造粒而成纳米无机添加剂母料。
D)将纳米无机添加剂母料、抗水树添加剂母料、剩余质量份数的聚乙烯、剩余重量份数的EEA改性聚合物、不饱和聚醚、抗氧剂、含有极性基团的聚烯烃、交联剂和辐照敏化剂混合均匀，然后通过管道输送到双螺杆挤出机进行混炼、造粒，生产温度控制在90～115℃。
E)在抗水树电缆料成型后在真空或惰性气氛条件下采用高能射线进行辐照加工处理，辐照剂量在50～200kGy。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明具备较强的抗水树性能、较好的介电性能和不用担心添加剂析出的优点，解决了聚乙烯电缆绝缘材料在水存在下易生成水树，最终生成水树枝而导致电缆绝缘击穿发生事故，为了增加有机绝缘材料的抗水树降解的能力，在聚乙烯材料中加入聚乙二醇和不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入相容剂，然而这将带来一些问题，特别是在加工和长期热稳定性方面，以及添加剂的析出，直接影响产品性能的问题。
2、本发明通过含有极性基团的聚烯烃和EEA改性聚合物使交联聚乙烯电缆变为一定程度的亲水性，改善了抗水树聚乙烯电缆绝缘料与水的相容性，改善水分的分散，大大减少水树的引发概率，通过熔融共混和物理辐照交联将不饱和聚醚与水树抑制添加剂以化学键的方式嫁接到基体树脂的大分子链上，解决抗水树添加剂与聚乙烯之间的相容性和析出的问题。
附图说明
图1为本发明制备装置示意图。
图中：1 高速混合机、2 双螺杆挤出机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1，一种抗水树型聚烯烃电缆料，按质量份数计包括85～90份的聚乙烯，5～15份的含有极性基团的聚烯烃，8～33份的抗水树添加剂母粒，2～10份的不饱和聚醚，5～18份的EEA改性聚合物，1～2份的交联剂，0.5～2份的抗氧剂，0.5～1份的纳米无机添加物和1～3份的辐照敏化剂，抗水树添加剂母粒按质量组份计包括35～45份的聚乙烯、5～10份的改性无机多孔粒子和1～5份的高分子增容剂，改性无机多孔粒子由无机多孔粒子的表面经偶联剂处理制得，无机多孔粒子为沸石、多孔碳酸锌和多孔二氧化硅中的一种或几种，无机多孔粒子为粒径小于等于6μm，比表面积大于等于60m2/g，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硬脂酸偶联剂中的一种或几种，聚乙烯为低密度聚乙烯，低密度聚乙烯的熔融指数为2.0～2.4g/12min，含有极性基团的聚烯烃是EVA和EEA的共混物，其中EVA和EEA的共混比例为1∶3～3∶1，EEA改性聚合物为硅烷接技EEA，硅烷是乙烯基三甲氧基硅烷，通过含有极性基团的聚烯烃和EEA改性聚合物使交联聚乙烯电缆变为一定程度的亲水性，改善了抗水树聚乙烯电缆绝缘料与水的相容性，改善水分的分散，大大减少水树的引发概率，交联剂为过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物中一种或两种，抗氧剂为亚磷酸酯、四季戊四醇酯和叔辛胺三嗪与乙二胺哌啶的聚合物中的一种或两种，纳米无机添加物为纳米蒙脱土、纳米氧化锌和纳米氧化镁中的任意一种，并经偶联剂进行表面处理，辐照敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯中的一种或几种，高分子增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝茂金属聚乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯和乙烯-醋酸乙酯共聚物中的一种或两种，通过熔融共混和物理辐照交联将不饱和聚醚与水树抑制添加剂以化学键的方式嫁接到基体树脂的大分子链上，解决抗水树添加剂与聚乙烯之间的相容性和析出的问题，
一种抗水树型聚烯烃电缆料的制备方法，包括以下步骤：
A)先将无机多孔粒子及偶联剂加入高速混合机1中搅拌进行表面改性处理，得表面经改性处理的改性无机多孔粒子。
B)将质量百分比为80％的聚乙烯、质量百分比为15％改性无机多孔粒子和质量百分比为5％的高分子增容剂进行共混，经双螺杆挤出机2混炼、造粒而成抗水树添加剂母粒。
C)将质量百分比为70％的聚乙烯、质量百分比为20％的EEA改性聚合物和质量百分比为10％的纳米无机添加物进行共混，然后通过管道输送到双螺杆挤出机2混炼、造粒而成纳米无机添加剂母料。
D)将纳米无机添加剂母料、抗水树添加剂母料、剩余质量份数的聚乙烯、剩余重量份数的EEA改性聚合物、不饱和聚醚、抗氧剂、含有极性基团的聚烯烃、交联剂和辐照敏化剂混合均匀，然后通过管道输送到双螺杆挤出机进行混炼、造粒，生产温度控制在90～115℃。
E)在抗水树电缆料成型后在真空或惰性气氛条件下采用高能射线进行辐照加工处理，辐照剂量在50～200kGy。
本发明具备较强的抗水树性能、较好的介电性能和不用担心添加剂析出的优点，解决了聚乙烯电缆绝缘材料在水存在下易生成水树，最终生成水树枝而导致电缆绝缘击穿发生事故，为了增加有机绝缘材料的抗水树降解的能力，在聚乙烯材料中加入聚乙二醇和不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入相容剂，然而这将带来一些问题，特别是在加工和长期热稳定性方面，以及添加剂的析出，直接影响产品性能的问题。
实施例1：
一种抗水树型聚烯烃电缆料，按质量份数计包括85～90份的聚乙烯，5～15份的含有极性基团的聚烯烃，8～33份的抗水树添加剂母粒，2～10份的不饱和聚醚，5～18份的EEA改性聚合物，1～2份的交联剂，0.5～2份的抗氧剂，0.5～1份的纳米无机添加物和1～3份的辐照敏化剂，抗水树添加剂母粒按质量组份计包括35～45份的聚乙烯、5～10份的改性无机多孔粒子和1～5份的高分子增容剂，改性无机多孔粒子由无机多孔粒子的表面经偶联剂处理制得，无机多孔粒子为多孔二氧化硅，无机多孔粒子为粒径小于等于6μm，比表面积大于等于60m2/g，偶联剂为硅烷偶联剂，聚乙烯为低密度聚乙烯，低密度聚乙烯的熔融指数为2.0～2.4g/12min，含有极性基团的聚烯烃是EVA和EEA的共混物，其中EVA和EEA的共混比例为1∶3～3∶1，EEA改性聚合物为硅烷接技EEA，硅烷是乙烯基三甲氧基硅烷，通过含有极性基团的聚烯烃和EEA改性聚合物使交联聚乙烯电缆变为一定程度的亲水性，改善了抗水树聚乙烯电缆绝缘料与水的相容性，改善水分的分散，大大减少水树的引发概率，交联剂为过氧化二异丙苯，抗氧剂为亚磷酸酯，纳米无机添加物为纳米氧化镁，并经偶联剂进行表面处理，辐照敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，高分子增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，通过熔融共混和物理辐照交联将不饱和聚醚与水树抑制添加剂以化学键的方式嫁接到基体树脂的大分子链上，解决抗水树添加剂与聚乙烯之间的相容性和析出的问题，
一种抗水树型聚烯烃电缆料的制备方法，包括以下步骤：
A)先将无机多孔粒子及偶联剂加入高速混合机1中搅拌进行表面改性处理，得表面经改性处理的改性无机多孔粒子。
B)将质量百分比为80％的聚乙烯、质量百分比为15％改性无机多孔粒子和质量百分比为5％的高分子增容剂进行共混，经双螺杆挤出机2混炼、造粒而成抗水树添加剂母粒。
C)将质量百分比为70％的聚乙烯、质量百分比为20％的EEA改性聚合物和质量百分比为10％的纳米无机添加物进行共混，然后通过管道输送到双螺杆挤出机2混炼、造粒而成纳米无机添加剂母料。
D)将纳米无机添加剂母料、抗水树添加剂母料、剩余质量份数的聚乙烯、剩余重量份数的EEA改性聚合物、不饱和聚醚、抗氧剂、含有极性基团的聚烯烃、交联剂和辐照敏化剂混合均匀，然后通过管道输送到双螺杆挤出机进行混炼、造粒，生产温度控制在90～115℃。
E)在抗水树电缆料成型后在真空或惰性气氛条件下采用高能射线进行辐照加工处理,辐照剂量在50～200kGy。
本发明具备较强的抗水树性能、较好的介电性能和不用担心添加剂析出的优点，解决了聚乙烯电缆绝缘材料在水存在下易生成水树，最终生成水树枝而导致电缆绝缘击穿发生事故，为了增加有机绝缘材料的抗水树降解的能力，在聚乙烯材料中加入聚乙二醇和不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入相容剂，然而这将带来一些问题，特别是在加工和长期热稳定性方面，以及添加剂的析出，直接影响产品性能的问题。
传统交联聚乙烯电缆与本实施例1制备的电缆性能对比表
Figure BDA0002560311160000071
综上所述：该抗水树型聚烯烃电缆料及其制备方法，具备较强的抗水树性能、较好的介电性能和不用担心添加剂析出的优点，解决了聚乙烯电缆绝缘材料在水存在下易生成水树，最终生成水树枝而导致电缆绝缘击穿发生事故，为了增加有机绝缘材料的抗水树降解的能力，在聚乙烯材料中加入聚乙二醇和不同添加剂，为了保证添加剂与基材之间能很好相容，又必须加入相容剂，然而这将带来一些问题，特别是在加工和长期热稳定性方面，以及添加剂的析出，直接影响产品性能的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：按质量份数计包括85～90份的聚乙烯，5～15份的含有极性基团的聚烯烃，8～33份的抗水树添加剂母粒，2～10份的不饱和聚醚，5～18份的EEA改性聚合物，1～2份的交联剂，0.5～2份的抗氧剂，0.5～1份的纳米无机添加物和1～3份的辐照敏化剂，所述抗水树添加剂母粒按质量组份计包括35～45份的聚乙烯、5～10份的改性无机多孔粒子和1～5份的高分子增容剂。
2.根据权利要求1所述的一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：所述改性无机多孔粒子由无机多孔粒子的表面经偶联剂处理制得，无机多孔粒子为沸石、多孔碳酸锌和多孔二氧化硅中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：所述无机多孔粒子为粒径小于等于6μm，比表面积大于等于60m2/g，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硬脂酸偶联剂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：所述聚乙烯为低密度聚乙烯，低密度聚乙烯的熔融指数为2.0～2.4g/12min。
5.根据权利要求1所述的一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：所述含有极性基团的聚烯烃是EVA和EEA的共混物，其中EVA和EEA的共混比例为1∶3～3∶1。
6.根据权利要求1所述的一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：所述EEA改性聚合物为硅烷接技EEA，硅烷是乙烯基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：所述交联剂为过氧化二异丙苯和二叔丁基过氧化物中一种或两种，所述抗氧剂为亚磷酸酯、四季戊四醇酯和叔辛胺三嗪与乙二胺哌啶的聚合物中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：所述纳米无机添加物为纳米蒙脱土、纳米氧化锌和纳米氧化镁中的任意一种，并经偶联剂进行表面处理。
9.根据权利要求1所述的一种抗水树型聚烯烃电缆料，其特征在于：所述辐照敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷二丙烯酸酯中的一种或几种，所述高分子增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝茂金属聚乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯和乙烯-醋酸乙酯共聚物中的一种或两种。
10.根据权利要求1-9所述的其中任意项的一项一种抗水树型聚烯烃电缆料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A)先将无机多孔粒子及偶联剂加入高速混合机(1)中搅拌进行表面改性处理，得表面经改性处理的改性无机多孔粒子。
B)将质量百分比为80％的聚乙烯、质量百分比为15％改性无机多孔粒子和质量百分比为5％的高分子增容剂进行共混，经双螺杆挤出机(2)混炼、造粒而成抗水树添加剂母粒。
C)将质量百分比为70％的聚乙烯、质量百分比为20％的EEA改性聚合物和质量百分比为10％的纳米无机添加物进行共混，然后通过管道输送到双螺杆挤出机(2)混炼、造粒而成纳米无机添加剂母料。
D)将纳米无机添加剂母料、抗水树添加剂母料、剩余质量份数的聚乙烯、剩余重量份数的EEA改性聚合物、不饱和聚醚、抗氧剂、含有极性基团的聚烯烃、交联剂和辐照敏化剂混合均匀，然后通过管道输送到双螺杆挤出机进行混炼、造粒，生产温度控制在90～115℃。
E)在抗水树电缆料成型后在真空或惰性气氛条件下采用高能射线进行辐照加工处理，辐照剂量在50～200kGy。
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