CN112080090A - 电缆套管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电缆套管的制备方法，包括以下步骤：步骤1：3‑5份碳纤维投入过氧化氢溶液中氧化处理，与0.2‑0.3份笼型聚倍半硅氧烷、0.1‑0.2份过氧化物交联剂和溶剂混合，得到导热助剂；步骤2：将导热助剂与55‑65份聚合度为1400‑1500的聚氯乙烯，10‑20份聚丙烯酸酯，12‑15份马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂和11‑13份填料共混，于双螺杆挤出机挤出造粒；步骤3：将粒料与35‑45份聚合度为2000‑2200的聚氯乙烯共混，于管材挤出机挤出制得电缆套管。制得的电缆套管兼具优良的机械性能、导热性和绝缘性。
Description
技术领域
本发明涉及电力管材技术领域，特别涉及一种电缆套管的制备方法。
背景技术
现有技术中，电缆套管材质以PE材质为主，而电缆在输电过程中，会产生热量，导致电缆线温度升高，如果塑料套管导热性差，难以及时将热量排出，则会导致电缆线温度进一步升高，从而降低电缆线的载流量，但是，如果在电缆套管材料中加入导热材料，会影响电缆套管的绝缘性，可能会影响电缆套管的强度、韧性和耐热性等机械性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种电缆套管的制备方法，使制得的电缆同时具备优良的绝缘性、导热性和机械性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电缆套管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：3-5份碳纤维投入过氧化氢溶液中，进行氧化处理，将经过氧化处理的碳纤维与0.2-0.3份笼型聚倍半硅氧烷、0.1-0.2份过氧化物交联剂和溶剂混合，得到导热助剂；
步骤2：将步骤1制得的导热助剂与55-65份聚合度为1400-1500的聚氯乙烯，10-20份聚丙烯酸酯，12-15份马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂和11-13份填料共混，于双螺杆挤出机挤出造粒；
步骤3：将步骤2制得的粒料与35-45份聚合度为2000-2200的聚氯乙烯共混，于管材挤出机中，通过管材挤出机挤出制得电缆套管。
本发明的有益效果在于：通过用聚合度为1400-1500的聚氯乙烯与导热助剂和其他改性材料进行结合，特定比例的改性材料的组合下，具有优良的相容性，导热助剂的形态和添加量一定程度上影响了聚氯乙烯的结晶性能和其他助剂的作用效果，在特定的比例下，使得导热助剂中的改性碳纤维能够和聚氯乙烯以及改性材料均匀地进行结合，碳纤维的改性中，通过将笼型聚倍半硅氧烷结合在碳纤维皮层上，从而改变碳纤维皮层的空间形态，提高碳纤维电阻率，降低碳纤维的介电常数，从而降低其导电能力，且加工性能好，特定比例的聚丙烯酸酯、马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂共混，能够提高电缆套管的耐温性、刚性和韧性，通过步骤2中各组分的共混挤出造粒后，得到的粒料中能够均匀分布经过改性的碳纤维，再与聚合度为2000-2200的聚氯乙烯共混，通过管材挤出机制得电缆套管，由于高聚合度的聚氯乙烯本身具有优良的刚性和韧性，步骤3中通过步骤2得到粒料共混，不仅保证了改性碳纤维在管材中分布的均匀性，还能提高电缆套管的机械性能，保证了管材的绝缘性在保证绝缘性的情况下是电缆套管具有优异的导热性能，能够及时将管内的热量排出，从而保证电缆线的高载流量。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明提供一种电缆套管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：3-5份碳纤维投入过氧化氢溶液中，进行氧化处理，将经过氧化处理的碳纤维与0.2-0.3份笼型聚倍半硅氧烷、0.1-0.2份过氧化物交联剂和溶剂混合，得到导热助剂；
步骤2：将步骤1制得的导热助剂与55-65份聚合度为1400-1500的聚氯乙烯、马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂12-15份，10-20份聚丙烯酸酯，12-15份马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂和11-13份填料共混，于双螺杆挤出机挤出造粒；
步骤3：将步骤2制得的粒料与35-45份聚合度为2000-2200的聚氯乙烯共混，于管材挤出机中，通过管材挤出机挤出制得电缆套管。
上述步骤中，通过用聚合度为1400-1500的聚氯乙烯与导热助剂和其他改性材料进行结合，特定比例的改性材料的组合下，具有优良的相容性，导热助剂的形态和添加量一定程度上影响了聚氯乙烯的结晶性能和其他助剂的作用效果，在特定的比例下，使得导热助剂中的改性碳纤维能够和聚氯乙烯以及改性材料均匀地进行结合，碳纤维的改性中，通过将笼型聚倍半硅氧烷结合在碳纤维皮层上，从而改变碳纤维皮层的空间形态，提高碳纤维电阻率，降低碳纤维的介电常数，从而降低其导电能力，且加工性能好，特定比例的聚丙烯酸酯、马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂共混，能够提高电缆套管的耐温性、刚性和韧性，通过步骤2中各组分的共混挤出造粒后，得到的粒料中能够均匀分布经过改性的碳纤维，再与聚合度为2000-2200的聚氯乙烯共混，通过管材挤出机制得电缆套管，由于高聚合度的聚氯乙烯本身具有优良的刚性和韧性，步骤3中通过步骤2得到粒料共混，不仅保证了改性碳纤维在管材中分布的均匀性，还能提高电缆套管的机械性能，保证了管材的绝缘性在保证绝缘性的情况下是电缆套管具有优异的导热性能，能够及时将管内的热量排出，从而保证电缆线的高载流量。
进一步的，上述电缆套管的制备方法中，所述过氧化物交联剂包括过氧苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰中的任意一种或至少两种组合。
进一步的，上述电缆套管的制备方法中，所述填料的制备方法如下：
将凹凸棒土在500-520℃下煅烧3-4小时，取出后，加入3-4％的氢氧化钠溶液中研磨2.5-3小时，调节pH值至中性，过滤，烘干得到粉末，然后向所得粉末中加入相当于粉末重量3％的纳米玉石粉、4％茶树精油3％氧化锌，共同研磨1-2小时后加入相当于粉末重量的4％的氨丙基三乙氧基硅烷、4％聚乙二醇，以10000转/分的高速分散均匀，制得填料。
上述填料采用凹凸棒土为原料，凹凸棒土为晶质水合镁铝硅酸盐矿物，晶体中含有不定量的钠离子、钙离子、三价铁离子和铝离子，其中的金属离子也具有一定的导热性能，经过上述方法制得的填料能够与特定聚合度下的聚氯乙烯更好地结合，使其改性结构更加稳定，从而进一步提高电缆套管的刚性。
进一步的，上述电缆套管的制备方法中，所述步骤1中，过氧化氢的浓度为12-15wt％。
进一步的，上述电缆套管的制备方法中，所述步骤1中的氧化处理具体为：将碳纤维浸入12-15wt％的过氧化氢溶液中，在频率60-80kHz条件下进行真空干燥。
进一步的，上述电缆套管的制备方法中，所述碳纤维具体为聚丙烯腈系碳纤维。
进一步的，上述电缆套管的制备方法中，所述过氧化物交联剂具体为过氧化二异丙苯、过氧苯甲酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰中的一种或至少两种组合。
进一步的，上述电缆套管的制备方法中，所述溶剂为四氢呋喃、乙二醇单乙醚和丙二醇叔丁醚中的任意一种或至少两种组合。
实施例1
一种电缆套管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：4份碳纤维投入过氧化氢溶液中，进行氧化处理，氧化处理具体为：将聚丙烯腈系碳纤维浸入14wt％的过氧化氢溶液中，在频率70kHz条件下进行真空干燥，将经过氧化处理的聚丙烯腈系碳纤维与0.25份笼型聚倍半硅氧烷、0.1份过氧苯甲酸叔丁酯和四氢呋喃混合，得到导热助剂；
步骤2：将步骤1制得的导热助剂与60份聚合度为1450的聚氯乙烯，15份聚丙烯酸酯，13份马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂和12份填料共混，于双螺杆挤出机挤出造粒；所述填料的制备方法如下：
将凹凸棒土在510℃下煅烧3小时，取出后，加入3％的氢氧化钠溶液中研磨2.5小时，调节pH值至中性，过滤，烘干得到粉末，然后向所得粉末中加入相当于粉末重量3％的纳米玉石粉、4％茶树精油3％氧化锌，共同研磨1小时后加入相当于粉末重量的4％的氨丙基三乙氧基硅烷、4％聚乙二醇，以10000转/分的高速分散均匀，制得填料；
步骤3：将步骤2制得的粒料与40份聚合度为2100的聚氯乙烯共混，于管材挤出机中，通过管材挤出机挤出制得电缆套管，制得的电缆套管在140℃下保温6h。上述在特定温度下保温的步骤为退火步骤，退火的温度和时间的控制十分关键，我们对退火的温度和时间进行了研究测试，在上述比例的原料挤出得到的电缆套管进行退火条件的筛选，发现退火条件为140℃下保温6h所得到的电缆套管产品的耐冲击强度最强，在保温时间上，在6h以下的时间内，退火时间和产品的耐冲击强度呈正相关，但退火时间超过6h后，则退火时间和产品的耐冲击强度呈负相关，即退火时间为6小时管材的耐冲击强度获得峰值。同理在相同的保温时间下对退火温度进行研究测试，发现140℃时，电缆套管产品的耐冲击强度获得峰值。
实施例2
一种电缆套管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：3份碳纤维投入过氧化氢溶液中，进行氧化处理，氧化处理具体为：将聚丙烯腈系碳纤维浸入12wt％的过氧化氢溶液中，在频率60kHz条件下进行真空干燥，将经过氧化处理的聚丙烯腈系碳纤维与0.2份笼型聚倍半硅氧烷、0.1份过氧化二苯甲酰和乙二醇单乙醚混合，得到导热助剂；
步骤2：将步骤1制得的导热助剂与55份聚合度为1400的聚氯乙烯，10份聚丙烯酸酯，12份马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂和11份填料共混，于双螺杆挤出机挤出造粒；所述填料的制备方法如下：
将凹凸棒土在500℃下煅烧3小时，取出后，加入3％的氢氧化钠溶液中研磨2.5小时，调节pH值至中性，过滤，烘干得到粉末，然后向所得粉末中加入相当于粉末重量3％的纳米玉石粉、4％茶树精油3％氧化锌，共同研磨1小时后加入相当于粉末重量的4％的氨丙基三乙氧基硅烷、4％聚乙二醇，以10000转/分的高速分散均匀，制得填料；
步骤3：将步骤2制得的粒料与35份聚合度为2000的聚氯乙烯共混，于管材挤出机中，通过管材挤出机挤出制得电缆套管，制得的电缆套管在140℃下保温6h。
实施例3
一种电缆套管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：5份碳纤维投入过氧化氢溶液中，进行氧化处理，氧化处理具体为：将聚丙烯腈系碳纤维浸入15wt％的过氧化氢溶液中，在频率80kHz条件下进行真空干燥，将经过氧化处理的聚丙烯腈系碳纤维与0.3份笼型聚倍半硅氧烷、0.2份过氧化二异丙苯和丙二醇叔丁醚混合，得到导热助剂；
步骤2：将步骤1制得的导热助剂与65份聚合度为1500的聚氯乙烯，20份聚丙烯酸酯，15份马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂和13份填料共混，于双螺杆挤出机挤出造粒；所述填料的制备方法如下：
将凹凸棒土在520℃下煅烧4小时，取出后，加入4％的氢氧化钠溶液中研磨3小时，调节pH值至中性，过滤，烘干得到粉末，然后向所得粉末中加入相当于粉末重量3％的纳米玉石粉、4％茶树精油3％氧化锌，共同研磨2小时后加入相当于粉末重量的4％的氨丙基三乙氧基硅烷、4％聚乙二醇，以10000转/分的高速分散均匀，制得填料；
步骤3：将步骤2制得的粒料与35-45份聚合度为2000-2200的聚氯乙烯共混，于管材挤出机中，通过管材挤出机挤出制得电缆套管，制得的电缆套管在140℃下保温6h。
将上述实施例1-3制得的电缆套管进行性能检测；用于检测的电缆套管的直径均为30cm，厚度为1cm。
其中落锤冲击试验的条件为(20℃、1.5kg、1.5m)，其中按照GB/T18742.1-2002的标准进行静液压试验，按照GB/T 1040.1-2018标准进行拉伸强度测试，按照GB/T9341-2008测试弯曲弹性模量，按照GB/T1043-2008标准进行缺口冲击强度试验，结果如表1所示：
表1：机械性能测试结果
由表1可知，实施例1-实施例3制得的电缆套管都具有优良的刚性和韧性。
将上述实施例1-3制得的电缆套管进行介电常数检测，使用keysight E5063A(265)介电常数测试仪器，在5GHz、25℃条件下测试电缆套管的介电常数，其中实施例1制得的电缆套管的介电常数为5.6，实施例2制得的电缆套管的介电常数为6.2，实施例3制得的电缆套管的介电常数为5.8，由上可知，实施例1-实施例3制得的电缆套管都具有优良的绝缘性。
将上述实施例1-实施例3制得的电缆套管进行导热系数的检测，其中实施例1制得的电缆套管的导热系数为0.92W/Mk(25℃)，实施例2制得的电缆套管的导热系数为0.90W/Mk(25℃)，实施例3制得的电缆套管的导热系数为0.88W/Mk(25℃)。
由上述检测结果可知，实施例1-实施例3制得的电缆套管在具备优良的韧性和刚性前提下，还兼具高导热性和高绝缘性。
综上所述，本发明通过特定的原料配比下，经过特定的制备方法制得的电缆套管具有优良的刚性和韧性，在保证绝缘性的情况下是电缆套管具有优异的导热性能，能够及时将管内的热量排出，从而保证电缆线的高载流量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.电缆套管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：3-5份碳纤维投入过氧化氢溶液中，进行氧化处理，将经过氧化处理的碳纤维与0.2-0.3份笼型聚倍半硅氧烷、0.1-0.2份过氧化物交联剂和溶剂混合，得到导热助剂；
步骤2：将步骤1制得的导热助剂与55-65份聚合度为1400-1500的聚氯乙烯，10-20份聚丙烯酸酯，12-15份马来酰亚胺接枝改性的ABS树脂和11-13份填料共混，于双螺杆挤出机挤出造粒；
步骤3：将步骤2制得的粒料与35-45份聚合度为2000-2200的聚氯乙烯共混，于管材挤出机中，通过管材挤出机挤出制得电缆套管。
2.根据权利要求1所述的电缆套管的制备方法，其特征在于，所述过氧化物交联剂包括过氧苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰中的任意一种或至少两种组合。
3.根据权利要求1所述的电缆套管的制备方法，其特征在于，所述填料的制备方法如下：
将凹凸棒土在500-520℃下煅烧3-4小时，取出后，加入3-4％的氢氧化钠溶液中研磨2.5-3小时，调节pH值至中性，过滤，烘干得到粉末，然后向所得粉末中加入相当于粉末重量3％的纳米玉石粉、4％茶树精油3％氧化锌，共同研磨1-2小时后加入相当于粉末重量的4％的氨丙基三乙氧基硅烷、4％聚乙二醇，以10000转/分的高速分散均匀，制得填料。
4.根据权利要求1所述的电缆套管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，过氧化氢的浓度为12-15wt％。
5.根据权利要求1所述的电缆套管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的氧化处理具体为：将碳纤维浸入12-15wt％的过氧化氢溶液中，在频率60-80kHz条件下进行真空干燥。
6.根据权利要求1所述的电缆套管的制备方法，其特征在于，所述碳纤维具体为聚丙烯腈系碳纤维。
7.根据权利要求1所述的电缆套管的制备方法，其特征在于，所述过氧化物交联剂具体为过氧化二异丙苯、过氧苯甲酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰中的一种或至少两种组合。
8.根据权利要求1所述的电缆套管的制备方法，其特征在于，所述溶剂为四氢呋喃、乙二醇单乙醚和丙二醇叔丁醚中的任意一种或至少两种组合。
9.根据权利要求1-8任一项所述的电缆套管的制备方法制得的电缆套管。
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