CN111978617A - 一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，包括如下重量份原料：50‑65份聚乙烯，25‑35份耐寒填料，10‑15份三元乙丙橡胶，5‑10份增塑剂，2‑5份木质纤维，15‑20份改性聚苯乙烯复合材料，1‑5份交联剂；第一步、将聚乙烯、耐寒填料、三元乙丙橡胶和交联剂混合均匀，转移至单螺杆挤出机中挤出、造粒，制得第一母料；苯乙烯和丙烯腈的乙烯基自由基与第一胶乳上的双键发生反应，形成接枝点，将苯乙烯和丙烯腈接枝在第一胶乳上，形成第二胶乳，之后步骤S3中第二胶乳和聚乙烯醇在混炼机中进行混炼，之后硫化，制备出一种耐寒填料，该耐寒填料具有优异的耐低温性能，能够赋予最终制备出的电缆优异的耐低温性能。
Description
技术领域
本发明属于电缆制备技术领域，具体为一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆。
背景技术
电缆作为铁路神经系统常年工作在气候条件恶劣的高寒地域必须具有优良的耐腐蚀、耐寒、抗紫外线的性能。目前虽然制备出多种耐寒耐腐电缆护套材料，但仍满足不了在一些特殊地区日益恶劣的环境需求，如何制备一种耐寒性能优异，耐腐蚀效果好的电缆护套材料成为目前需要解决的技术问题。
中国发明专利CN103788437A公开了一种耐寒电缆护套材料，其原料按重量份包括：GNA型氯丁橡胶40-60份，氯化聚乙烯30-50份，氧化锌5-6份，氧化镁5-6份，N，N’-间苯撑双马来酰亚胺0.5-2份，硬脂酸钙1.5-3份，促进剂NA-221-3份，γ―氨丙基三乙氧基硅烷2-4份，54％液体氯化石蜡15-17份，煅烧陶土45-55份，高耐磨炭黑22-27份，活性高岭土11-13份，过氧化二异丙苯3-6份,三羟甲基三甲基丙烯酸酯0.5-1.5份，三氧化二锑5.5-6.7份，氢氧化镁6-7份。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明提供一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆。
纳米氮化硅不稳定，易与空气中的水发生反应，所以纳米氮化硅表面存在氨基、羟基等官能团，而且其表面具有较高的自由能，易团聚，步骤S11通过甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯腈等制备出一种中间体，该中间体中存在羧基，当与纳米氮化硅混合后，能够发生脱水缩合反应，一方面能够减少表面羟基，降低键能，另一方面能够将中间体分子接枝在纳米氮化硅表面，分子链产生互斥作用和空间位阻作用，降低表面自由能，阻隔纳米氮化硅之间进行团聚。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，包括如下重量份原料：50-65份聚乙烯，25-35份耐寒填料，10-15份三元乙丙橡胶，5-10份增塑剂，2-5份木质纤维，15-20份改性聚苯乙烯复合材料，1-5份交联剂；
该交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆由如下方法制成：
第一步、将聚乙烯、耐寒填料、三元乙丙橡胶和交联剂混合均匀，转移至单螺杆挤出机中挤出、造粒，制得第一母料；
第二步、将改性聚苯乙烯复合材料和木质纤维混合均匀，制得第二母料，将第一母料和第二母料混合均匀后加入增塑剂，通过挤出机熔融塑化挤出、水冷、造粒，之后再次通过挤出机挤出，经牵引、冷却、定型、成卷后在紫外线辐照机中进行照射，控制照射能量为5-15Mrad，制得电缆用料，之后将电缆用料包覆在导体表面，制得交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆。
进一步地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二乙酯中的一种或两种按任意比例混合，所述交联剂为过氧化二异丙苯和N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或两种按任意比例混合。
进一步地，所述耐寒填料由如下方法制成：
步骤S1、将苯乙烯和去离子水加入聚合釜中，磁力搅拌15-20min，之后加入十二烷基硫酸钠，40-45℃水浴加热，用氮气置换聚合釜中的空气三次，加入丁二烯，磁力搅拌15min后降温至5-10℃，加入过硫酸钠，匀速搅拌并反应5h，反应结束后升温至45-50℃，反应4h，反应结束后降温出料，制得第一胶乳；
步骤S2、将步骤S1制得的第一胶乳和十二碳硫醇依次加入三口烧瓶中，45-50℃水浴加热并以120r/min的转速搅拌30min，加入过硫酸钾，升温至55-60℃，之后升温至65℃，之后在100min内分三次等量加入苯乙烯和丙烯腈，升温至70-75℃，并以450r/min的转速搅拌4h，之后加入抗氧剂1010，制得第二胶乳；
步骤S3、将步骤S2制得的第二胶乳和聚乙烯醇加入混炼机中混炼15min，加入钡锌热稳定剂，继续混炼10min，之后转移至热压机中，控制热压机上下板的温度为150℃，压力为20MPa，在此温度下硫化压制30min，制得所述耐寒填料，控制第二胶乳、聚乙烯醇和钡锌热稳定剂的重量比为1∶2∶0.1-0.2。
步骤S1中将苯乙烯和丁二烯在去离子水中混合，加入十二烷基硫酸钠作为乳化剂，磁力搅拌15min加入过硫酸钠作为引发剂，在5-10℃的低温下进行胶乳聚合，制备出一种第一胶乳；步骤S2中将制备出的第一胶乳与作为单体的苯乙烯和丙烯腈进行混合，加入十二碳硫醇作为分子量调节剂，加入过硫酸钾作为引发剂，制备出一种第二胶乳，反应过程中苯乙烯和丙烯腈的乙烯基自由基与第一胶乳上的双键发生反应，形成接枝点，将苯乙烯和丙烯腈接枝在第一胶乳上，形成第二胶乳，之后步骤S3中第二胶乳和聚乙烯醇在混炼机中进行混炼，之后硫化，制备出一种耐寒填料，该耐寒填料具有优异的耐低温性能，能够赋予最终制备出的电缆优异的耐低温性能。
进一步地，步骤S1中控制苯乙烯、十二烷基硫酸钠、丁二烯、过硫酸钠和去离子水的重量比为1∶0.1-0.2∶2∶0.03-0.05∶40-50，步骤S2中控制第一胶乳、十二碳硫醇、苯乙烯、丙烯腈和过硫酸钾的重量比为1∶0.5-0.8∶0.8-1∶0.5-0.8∶0.01-0.03。
进一步地，所述改性聚苯乙烯复合材料由如下方法制成：
步骤S11、将丙酮加入四口烧瓶中，通入氮气排出空气，40-45℃水浴加热，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯腈按照3∶40-50∶3-5的重量比依次加入四口烧瓶中，在此温度下保温1h并匀速搅拌，之后升温至60-65℃，加入十二烷基硫醇，反应2h，制得中间体，之后将纳米氮化硅加入四口烧瓶中，以450r/min的转速搅拌15min，回流2h，之后在70℃真空干燥箱中干燥5h，制得纳米填料；
步骤S12、将十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯单体加入去离子水中，通入氮气排出空气，50℃水浴加热并磁力搅拌5min，制得混合液A，加入步骤S11中制备出的纳米填料，以180-200r/min的转速磁力搅拌4h，加入KH570，反应10h后加入无水乙醇，过滤、离心制得改性聚苯乙烯复合材料。
纳米氮化硅不稳定，易与空气中的水发生反应，所以纳米氮化硅表面存在氨基、羟基等官能团，而且其表面具有较高的自由能，易团聚，步骤S11通过甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯腈等制备出一种中间体，该中间体中存在羧基，当与纳米氮化硅混合后，能够发生脱水缩合反应，一方面能够减少表面羟基，降低键能，另一方面能够将中间体分子接枝在纳米氮化硅表面，分子链产生互斥作用和空间位阻作用，降低表面自由能，阻隔纳米氮化硅之间进行团聚；步骤S12中制备出改性聚苯乙烯复合材料，该材料是一种以纳米氮化硅为核，以聚苯作为外壳的复合微球，制备过程中加入改性纳米氮化硅，该改性纳米氮化硅不易团聚，能够稳定均匀的分散在体系中，能够促使通过十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯单体制成的聚苯颗粒均匀的包覆在纳米氮化硅表面；改性聚苯乙烯复合材料能够提高基体的韧性，从而增强制备出的电缆抗开裂性能，而且氮化硅能够在裂纹扩展时吸收能量进而钝化裂纹，阻碍裂纹的扩展，进一步提高抵抗开裂的能力。
进一步地，步骤S11中控制十二烷基硫醇和甲基丙烯酸甲酯的物质的量之比为1∶0.3-0.5，纳米氮化硅和中间体的重量比为1∶0.8-1，步骤S12中控制十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯的重量比为0.1-0.3∶0.5-0.8∶10，苯乙烯单体和纳米填料的重量比为3-5∶1。
本发明的有益效果：
(1)本发明一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆通过聚乙烯、耐寒填料、三元乙丙橡胶和改性聚苯乙烯复合材料等作为原料制成，该耐寒填料制备过程中步骤S1中将苯乙烯和丁二烯在去离子水中混合，加入十二烷基硫酸钠作为乳化剂，磁力搅拌15min加入过硫酸钠作为引发剂，在5-10℃的低温下进行胶乳聚合，制备出一种第一胶乳；步骤S2中将制备出的第一胶乳与作为单体的苯乙烯和丙烯腈进行混合，加入十二碳硫醇作为分子量调节剂，加入过硫酸钾作为引发剂，制备出一种第二胶乳，反应过程中苯乙烯和丙烯腈的乙烯基自由基与第一胶乳上的双键发生反应，形成接枝点，将苯乙烯和丙烯腈接枝在第一胶乳上，形成第二胶乳，之后步骤S3中第二胶乳和聚乙烯醇在混炼机中进行混炼，之后硫化，制备出一种耐寒填料，该耐寒填料具有优异的耐低温性能，能够赋予最终制备出的电缆优异的耐低温性能。
(2)本发明中改性聚苯乙烯复合材料制备过程中步骤S11通过甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯腈等制备出一种中间体，该中间体中存在羧基，当与纳米氮化硅混合后，能够发生脱水缩合反应，一方面能够减少表面羟基，降低键能，另一方面能够将中间体分子接枝在纳米氮化硅表面，分子链产生互斥作用和空间位阻作用，降低表面自由能，阻隔纳米氮化硅之间进行团聚；步骤S12中制备出改性聚苯乙烯复合材料，该材料是一种以纳米氮化硅为核，以聚苯作为外壳的复合微球，制备过程中加入改性纳米氮化硅，该改性纳米氮化硅不易团聚，能够稳定均匀的分散在体系中，能够促使通过十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯单体制成的聚苯颗粒均匀的包覆在纳米氮化硅表面；改性聚苯乙烯复合材料能够提高基体的韧性，从而增强制备出的电缆抗开裂性能，而且氮化硅能够在裂纹扩展时吸收能量进而钝化裂纹，阻碍裂纹的扩展，进一步提高抵抗开裂的能力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，包括如下重量份原料：50份聚乙烯，25份耐寒填料，10份三元乙丙橡胶，5份邻苯二甲酸二甲酯，2份木质纤维，15份改性聚苯乙烯复合材料，1份过氧化二异丙苯；
该交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆由如下方法制成：
第一步、将聚乙烯、耐寒填料、三元乙丙橡胶和过氧化二异丙苯混合均匀，转移至单螺杆挤出机中挤出、造粒，制得第一母料；
第二步、将改性聚苯乙烯复合材料和木质纤维混合均匀，制得第二母料，将第一母料和第二母料混合均匀后加入邻苯二甲酸二甲酯，通过挤出机熔融塑化挤出、水冷、造粒，之后再次通过挤出机挤出，经牵引、冷却、定型、成卷后在紫外线辐照机中进行照射，控制照射能量为10Mrad，制得电缆用料，之后将电缆用料包覆在导体表面，制得交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆。
耐寒填料由如下方法制成：
步骤S1、将苯乙烯和去离子水加入聚合釜中，磁力搅拌15min，之后加入十二烷基硫酸钠，40℃水浴加热，用氮气置换聚合釜中的空气三次，加入丁二烯，磁力搅拌15min后降温至5℃，加入过硫酸钠，匀速搅拌并反应5h，反应结束后升温至45℃，反应4h，反应结束后降温出料，制得第一胶乳，控制苯乙烯、十二烷基硫酸钠、丁二烯、过硫酸钠和去离子水的重量比为1∶0.1∶2∶0.03∶40；
步骤S2、将步骤S1制得的第一胶乳和十二碳硫醇依次加入三口烧瓶中，45℃水浴加热并以120r/min的转速搅拌30min，加入过硫酸钾，升温至55℃，之后升温至65℃，之后在100min内分三次等量加入苯乙烯和丙烯腈，升温至70℃，并以450r/min的转速搅拌4h，之后加入抗氧剂1010，制得第二胶乳，控制第一胶乳、十二碳硫醇、苯乙烯、丙烯腈和过硫酸钾的重量比为1∶0.5∶0.8∶0.5∶0.01；
步骤S3、将步骤S2制得的第二胶乳和聚乙烯醇加入混炼机中混炼15min，加入钡锌热稳定剂，继续混炼10min，之后转移至热压机中，控制热压机上下板的温度为150℃，压力为20MPa，在此温度下硫化压制30min，制得所述耐寒填料，控制第二胶乳、聚乙烯醇和钡锌热稳定剂的重量比为1∶2∶0.1。
改性聚苯乙烯复合材料由如下方法制成：
步骤S11、将丙酮加入四口烧瓶中，通入氮气排出空气，40℃水浴加热，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯腈按照3∶40∶3的重量比依次加入四口烧瓶中，在此温度下保温1h并匀速搅拌，之后升温至60℃，加入十二烷基硫醇，反应2h，制得中间体，之后将纳米氮化硅加入四口烧瓶中，以450r/min的转速搅拌15min，回流2h，之后在70℃真空干燥箱中干燥5h，制得纳米填料，控制十二烷基硫醇和甲基丙烯酸甲酯的物质的量之比为1∶0.3，纳米氮化硅和中间体的重量比为1∶0.8；
步骤S12、将十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯单体加入去离子水中，通入氮气排出空气，50℃水浴加热并磁力搅拌5min，制得混合液A，加入步骤S11中制备出的纳米填料，以180r/min的转速磁力搅拌4h，加入KH570，反应10h后加入无水乙醇，过滤、离心制得改性聚苯乙烯复合材料，控制十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯的重量比为0.1∶0.5∶10，苯乙烯单体和纳米填料的重量比为3∶1。
实施例2
一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，包括如下重量份原料：55份聚乙烯，28份耐寒填料，12份三元乙丙橡胶，6份邻苯二甲酸二甲酯，4份木质纤维，16份改性聚苯乙烯复合材料，2份过氧化二异丙苯；
该交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆由如下方法制成：
第一步、将聚乙烯、耐寒填料、三元乙丙橡胶和过氧化二异丙苯混合均匀，转移至单螺杆挤出机中挤出、造粒，制得第一母料；
第二步、将改性聚苯乙烯复合材料和木质纤维混合均匀，制得第二母料，将第一母料和第二母料混合均匀后加入邻苯二甲酸二甲酯，通过挤出机熔融塑化挤出、水冷、造粒，之后再次通过挤出机挤出，经牵引、冷却、定型、成卷后在紫外线辐照机中进行照射，控制照射能量为10Mrad，制得电缆用料，之后将电缆用料包覆在导体表面，制得交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆。
耐寒填料由如下方法制成：
步骤S1、将苯乙烯和去离子水加入聚合釜中，磁力搅拌15min，之后加入十二烷基硫酸钠，40℃水浴加热，用氮气置换聚合釜中的空气三次，加入丁二烯，磁力搅拌15min后降温至5℃，加入过硫酸钠，匀速搅拌并反应5h，反应结束后升温至45℃，反应4h，反应结束后降温出料，制得第一胶乳，控制苯乙烯、十二烷基硫酸钠、丁二烯、过硫酸钠和去离子水的重量比为1∶0.1∶2∶0.03∶40；
步骤S2、将步骤S1制得的第一胶乳和十二碳硫醇依次加入三口烧瓶中，45℃水浴加热并以120r/min的转速搅拌30min，加入过硫酸钾，升温至55℃，之后升温至65℃，之后在100min内分三次等量加入苯乙烯和丙烯腈，升温至70℃，并以450r/min的转速搅拌4h，之后加入抗氧剂1010，制得第二胶乳，控制第一胶乳、十二碳硫醇、苯乙烯、丙烯腈和过硫酸钾的重量比为1∶0.5∶0.8∶0.5∶0.01；
步骤S3、将步骤S2制得的第二胶乳和聚乙烯醇加入混炼机中混炼15min，加入钡锌热稳定剂，继续混炼10min，之后转移至热压机中，控制热压机上下板的温度为150℃，压力为20MPa，在此温度下硫化压制30min，制得所述耐寒填料，控制第二胶乳、聚乙烯醇和钡锌热稳定剂的重量比为1∶2∶0.1。
改性聚苯乙烯复合材料由如下方法制成：
步骤S11、将丙酮加入四口烧瓶中，通入氮气排出空气，40℃水浴加热，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯腈按照3∶40∶3的重量比依次加入四口烧瓶中，在此温度下保温1h并匀速搅拌，之后升温至60℃，加入十二烷基硫醇，反应2h，制得中间体，之后将纳米氮化硅加入四口烧瓶中，以450r/min的转速搅拌15min，回流2h，之后在70℃真空干燥箱中干燥5h，制得纳米填料，控制十二烷基硫醇和甲基丙烯酸甲酯的物质的量之比为1∶0.3，纳米氮化硅和中间体的重量比为1∶0.8；
步骤S12、将十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯单体加入去离子水中，通入氮气排出空气，50℃水浴加热并磁力搅拌5min，制得混合液A，加入步骤S11中制备出的纳米填料，以180r/min的转速磁力搅拌4h，加入KH570，反应10h后加入无水乙醇，过滤、离心制得改性聚苯乙烯复合材料，控制十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯的重量比为0.1∶0.5∶10，苯乙烯单体和纳米填料的重量比为3∶1。
实施例3
一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，包括如下重量份原料：60份聚乙烯，32份耐寒填料，14份三元乙丙橡胶，8份邻苯二甲酸二甲酯，4份木质纤维，18份改性聚苯乙烯复合材料，3份过氧化二异丙苯；
该交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆由如下方法制成：
第一步、将聚乙烯、耐寒填料、三元乙丙橡胶和过氧化二异丙苯混合均匀，转移至单螺杆挤出机中挤出、造粒，制得第一母料；
第二步、将改性聚苯乙烯复合材料和木质纤维混合均匀，制得第二母料，将第一母料和第二母料混合均匀后加入邻苯二甲酸二甲酯，通过挤出机熔融塑化挤出、水冷、造粒，之后再次通过挤出机挤出，经牵引、冷却、定型、成卷后在紫外线辐照机中进行照射，控制照射能量为10Mrad，制得电缆用料，之后将电缆用料包覆在导体表面，制得交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆。
耐寒填料由如下方法制成：
步骤S1、将苯乙烯和去离子水加入聚合釜中，磁力搅拌15min，之后加入十二烷基硫酸钠，40℃水浴加热，用氮气置换聚合釜中的空气三次，加入丁二烯，磁力搅拌15min后降温至5℃，加入过硫酸钠，匀速搅拌并反应5h，反应结束后升温至45℃，反应4h，反应结束后降温出料，制得第一胶乳，控制苯乙烯、十二烷基硫酸钠、丁二烯、过硫酸钠和去离子水的重量比为1∶0.1∶2∶0.03∶40；
步骤S2、将步骤S1制得的第一胶乳和十二碳硫醇依次加入三口烧瓶中，45℃水浴加热并以120r/min的转速搅拌30min，加入过硫酸钾，升温至55℃，之后升温至65℃，之后在100min内分三次等量加入苯乙烯和丙烯腈，升温至70℃，并以450r/min的转速搅拌4h，之后加入抗氧剂1010，制得第二胶乳，控制第一胶乳、十二碳硫醇、苯乙烯、丙烯腈和过硫酸钾的重量比为1∶0.5∶0.8∶0.5∶0.01；
步骤S3、将步骤S2制得的第二胶乳和聚乙烯醇加入混炼机中混炼15min，加入钡锌热稳定剂，继续混炼10min，之后转移至热压机中，控制热压机上下板的温度为150℃，压力为20MPa，在此温度下硫化压制30min，制得所述耐寒填料，控制第二胶乳、聚乙烯醇和钡锌热稳定剂的重量比为1∶2∶0.1。
改性聚苯乙烯复合材料由如下方法制成：
步骤S11、将丙酮加入四口烧瓶中，通入氮气排出空气，40℃水浴加热，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯腈按照3∶40∶3的重量比依次加入四口烧瓶中，在此温度下保温1h并匀速搅拌，之后升温至60℃，加入十二烷基硫醇，反应2h，制得中间体，之后将纳米氮化硅加入四口烧瓶中，以450r/min的转速搅拌15min，回流2h，之后在70℃真空干燥箱中干燥5h，制得纳米填料，控制十二烷基硫醇和甲基丙烯酸甲酯的物质的量之比为1∶0.3，纳米氮化硅和中间体的重量比为1∶0.8；
步骤S12、将十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯单体加入去离子水中，通入氮气排出空气，50℃水浴加热并磁力搅拌5min，制得混合液A，加入步骤S11中制备出的纳米填料，以180r/min的转速磁力搅拌4h，加入KH570，反应10h后加入无水乙醇，过滤、离心制得改性聚苯乙烯复合材料，控制十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯的重量比为0.1∶0.5∶10，苯乙烯单体和纳米填料的重量比为3∶1。
实施例4
一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，包括如下重量份原料：65份聚乙烯，35份耐寒填料，15份三元乙丙橡胶，10份邻苯二甲酸二甲酯，5份木质纤维，20份改性聚苯乙烯复合材料，5份过氧化二异丙苯；
该交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆由如下方法制成：
第一步、将聚乙烯、耐寒填料、三元乙丙橡胶和过氧化二异丙苯混合均匀，转移至单螺杆挤出机中挤出、造粒，制得第一母料；
第二步、将改性聚苯乙烯复合材料和木质纤维混合均匀，制得第二母料，将第一母料和第二母料混合均匀后加入邻苯二甲酸二甲酯，通过挤出机熔融塑化挤出、水冷、造粒，之后再次通过挤出机挤出，经牵引、冷却、定型、成卷后在紫外线辐照机中进行照射，控制照射能量为10Mrad，制得电缆用料，之后将电缆用料包覆在导体表面，制得交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆。
耐寒填料由如下方法制成：
步骤S1、将苯乙烯和去离子水加入聚合釜中，磁力搅拌15min，之后加入十二烷基硫酸钠，40℃水浴加热，用氮气置换聚合釜中的空气三次，加入丁二烯，磁力搅拌15min后降温至5℃，加入过硫酸钠，匀速搅拌并反应5h，反应结束后升温至45℃，反应4h，反应结束后降温出料，制得第一胶乳，控制苯乙烯、十二烷基硫酸钠、丁二烯、过硫酸钠和去离子水的重量比为1∶0.1∶2∶0.03∶40；
步骤S2、将步骤S1制得的第一胶乳和十二碳硫醇依次加入三口烧瓶中，45℃水浴加热并以120r/min的转速搅拌30min，加入过硫酸钾，升温至55℃，之后升温至65℃，之后在100min内分三次等量加入苯乙烯和丙烯腈，升温至70℃，并以450r/min的转速搅拌4h，之后加入抗氧剂1010，制得第二胶乳，控制第一胶乳、十二碳硫醇、苯乙烯、丙烯腈和过硫酸钾的重量比为1∶0.5∶0.8∶0.5∶0.01；
步骤S3、将步骤S2制得的第二胶乳和聚乙烯醇加入混炼机中混炼15min，加入钡锌热稳定剂，继续混炼10min，之后转移至热压机中，控制热压机上下板的温度为150℃，压力为20MPa，在此温度下硫化压制30min，制得所述耐寒填料，控制第二胶乳、聚乙烯醇和钡锌热稳定剂的重量比为1∶2∶0.1。
改性聚苯乙烯复合材料由如下方法制成：
步骤S11、将丙酮加入四口烧瓶中，通入氮气排出空气，40℃水浴加热，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯腈按照3∶40∶3的重量比依次加入四口烧瓶中，在此温度下保温1h并匀速搅拌，之后升温至60℃，加入十二烷基硫醇，反应2h，制得中间体，之后将纳米氮化硅加入四口烧瓶中，以450r/min的转速搅拌15min，回流2h，之后在70℃真空干燥箱中干燥5h，制得纳米填料，控制十二烷基硫醇和甲基丙烯酸甲酯的物质的量之比为1∶0.3，纳米氮化硅和中间体的重量比为1∶0.8；
步骤S12、将十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯单体加入去离子水中，通入氮气排出空气，50℃水浴加热并磁力搅拌5min，制得混合液A，加入步骤S11中制备出的纳米填料，以180r/min的转速磁力搅拌4h，加入KH570，反应10h后加入无水乙醇，过滤、离心制得改性聚苯乙烯复合材料，控制十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯的重量比为0.1∶0.5∶10，苯乙烯单体和纳米填料的重量比为3∶1。
对比例1
本对比例与实施例1相比，用纳米二氧化硅代替耐寒填料。
对比例2
本对比例与实施例1相比，用聚苯乙烯代替改性聚苯乙烯复合材料。
对比例3
本对比例为市场中一种耐寒电力电缆。
对实施例1-4和对比例1-3的拉伸长度、断裂伸长率和耐寒性能进行检测，结果如下表所示；
从上表中能够看出实施例1-4的拉伸长度为11.2-11.5N/mm2，断裂伸长率为320-330％，耐寒系数为-0.22-(-0.20)％，对比例1-3的拉伸长度为8.6-10.8N/mm2，断裂伸长率为290-315％，-50℃均脆化；所以将苯乙烯和丙烯腈接枝在第一胶乳上，形成第二胶乳，之后步骤S3中第二胶乳和聚乙烯醇在混炼机中进行混炼，之后硫化，制备出一种耐寒填料，该耐寒填料具有优异的耐低温性能，能够赋予最终制备出的电缆优异的耐低温性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，其特征在于，包括如下重量份原料：50-65份聚乙烯，25-35份耐寒填料，10-15份三元乙丙橡胶，5-10份增塑剂，2-5份木质纤维，15-20份改性聚苯乙烯复合材料，1-5份交联剂；
该交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆由如下方法制成：
第一步、将聚乙烯、耐寒填料、三元乙丙橡胶和交联剂混合均匀，转移至单螺杆挤出机中挤出、造粒，制得第一母料；
第二步、将改性聚苯乙烯复合材料和木质纤维混合均匀，制得第二母料，将第一母料和第二母料混合均匀后加入增塑剂，通过挤出机熔融塑化挤出、水冷、造粒，之后再次通过挤出机挤出，经牵引、冷却、定型、成卷后在紫外线辐照机中进行照射，控制照射能量为5-15Mrad，制得电缆用料，之后将电缆用料包覆在导体表面，制得交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二乙酯中的一种或两种按任意比例混合，所述交联剂为过氧化二异丙苯和N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或两种按任意比例混合。
3.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，其特征在于，所述耐寒填料由如下方法制成：
步骤S1、将苯乙烯和去离子水加入聚合釜中，磁力搅拌15-20min，之后加入十二烷基硫酸钠，40-45℃水浴加热，用氮气置换聚合釜中的空气三次，加入丁二烯，磁力搅拌15min后降温至5-10℃，加入过硫酸钠，匀速搅拌并反应5h，反应结束后升温至45-50℃，反应4h，反应结束后降温出料，制得第一胶乳；
步骤S2、将步骤S1制得的第一胶乳和十二碳硫醇依次加入三口烧瓶中，45-50℃水浴加热并以120r/min的转速搅拌30min，加入过硫酸钾，升温至55-60℃，之后升温至65℃，之后在100min内分三次等量加入苯乙烯和丙烯腈，升温至70-75℃，并以450r/min的转速搅拌4h，之后加入抗氧剂1010，制得第二胶乳；
步骤S3、将步骤S2制得的第二胶乳和聚乙烯醇加入混炼机中混炼15min，加入钡锌热稳定剂，继续混炼10min，之后转移至热压机中，控制热压机上下板的温度为150℃，压力为20MPa，在此温度下硫化压制30min，制得所述耐寒填料，控制第二胶乳、聚乙烯醇和钡锌热稳定剂的重量比为1∶2∶0.1-0.2。
4.根据权利要求3所述的一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，其特征在于，步骤S1中控制苯乙烯、十二烷基硫酸钠、丁二烯、过硫酸钠和去离子水的重量比为1∶0.1-0.2∶2∶0.03-0.05∶40-50，步骤S2中控制第一胶乳、十二碳硫醇、苯乙烯、丙烯腈和过硫酸钾的重量比为1∶0.5-0.8∶0.8-1∶0.5-0.8∶0.01-0.03。
5.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，其特征在于，所述改性聚苯乙烯复合材料由如下方法制成：
步骤S11、将丙酮加入四口烧瓶中，通入氮气排出空气，40-45℃水浴加热，将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯腈按照3∶40-50∶3-5的重量比依次加入四口烧瓶中，在此温度下保温1h并匀速搅拌，之后升温至60-65℃，加入十二烷基硫醇，反应2h，制得中间体，之后将纳米氮化硅加入四口烧瓶中，以450r/min的转速搅拌15min，回流2h，之后在70℃真空干燥箱中干燥5h，制得纳米填料；
步骤S12、将十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯单体加入去离子水中，通入氮气排出空气，50℃水浴加热并磁力搅拌5min，制得混合液A，加入步骤S11中制备出的纳米填料，以180-200r/min的转速磁力搅拌4h，加入KH570，反应10h后加入无水乙醇，过滤、离心制得改性聚苯乙烯复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种交联聚乙烯绝缘耐寒电力电缆，其特征在于，步骤S11中控制十二烷基硫醇和甲基丙烯酸甲酯的物质的量之比为1∶0.3-0.5，纳米氮化硅和中间体的重量比为1∶0.8-1，步骤S12中控制十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和苯乙烯的重量比为0.1-0.3∶0.5-0.8∶10，苯乙烯单体和纳米填料的重量比为3-5∶1。
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