CN112341694A - 一种耐电痕光缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种耐电痕光缆，包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套由以下原料按重量制备而成：三水合氧化铝中空球20‑30份、聚乙烯树脂150‑300份、炭黑1‑3份、促进剂2‑3份、改性剂2‑5份。本发明制备了一种三水合氧化铝中空球，并通过在表面采用致孔剂形成大孔，聚乙烯分子链可以穿过中空球，不仅保证了三水合氧化铝在聚乙烯中的添加量，还提高了聚乙烯材料力学性能、耐高温性能，通过改性剂改性，进一步提高了材料的耐老化性、力学性能、耐候性等，具有广阔的应用前景。

Description

一种耐电痕光缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及线缆领域，具体涉及一种耐电痕光缆及其制备方法。
背景技术
ADSS光缆(All Dielectric Self-Supporting Optical Fiber Cable，全介质自承式光缆)，通常架空使用，与高压电线一起并行架于铁塔之上，耐电压等级超过12KV，可达110KV以上，在如此之高的电压下，对其光缆护套料也提出了新的要求。
ADSS光缆护套料为耐电痕护套料，通过在聚乙烯中添加特殊的添加剂从而保证护套料具有优异的耐电痕特性、耐候性能、以及优良的机械物理性能、耐热性变性能和加工性能。通常是在耐电痕护套料中添加三水合氧化铝，电弧产生的热量会使其分解放出水蒸气，水蒸气带走热量使得护套表面温度降低而导致电痕化中止，采用普通机械混合的方法添加三水合氧化铝，由于其为无机物，与有机物聚乙烯不相容从而会影响护套材料的力学性能。
发明内容
本发明针对上述问题，克服至少一个不足，提出了一种耐电痕光缆及其制备方法。
本发明采取的技术方案如下：
一种耐电痕光缆，包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套由以下原料按重量制备而成：三水合氧化铝中空球20-30份、聚乙烯树脂150-300份、炭黑1-3份、促进剂2-3份、改性剂2-5份。
于本发明其中一实施例中，所述护套由以下原料按重量制备而成：三水合氧化铝中空球22-28份、聚乙烯树脂170-240份、炭黑1.5-2.5份、促进剂2.2-2.8份、改性剂3-4份。
于本发明其中一实施例中，所述三水合氧化铝中空球由以下方法制备：
S1.将铝酸三烷基酯溶于有机溶剂中，加入铝酸酯偶联剂，搅拌混合均匀，得到油相；
S2.将表面活性剂和致孔剂溶于水中，得水相；
S3.将所述油相滴加所述水相混合后进行均质乳化，得到乳液，调节溶液pH为3.5-4.5，反应1-3h，得到多孔氧化铝中空球乳液，抽滤、干燥得到三水合氧化铝中空球。
于本发明其中一实施例中，所述铝酸三烷基酯选自Al(O-i-C3H7)3、Al(O-s-C4H9)3中的一种或两种组合；所述铝酸酯偶联剂选自SG-Al821、DL-411、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF中的一种或几种的组合；所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸钾中的一种或几种的组合；所述致孔剂选自聚氧丙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或几种的组合，所述有机溶剂选自DMSO、THF、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、石油醚中的一种或几种混合。
于本发明其中一实施例中，步骤S1中所述铝酸三烷基酯和铝酸酯偶联剂的质量比为100：(2-5)；步骤S2中所述表面活性剂和致孔剂的质量比为(2-5)：(1-4)；步骤S3中所述调节溶液pH的方法为滴加1-2mol/L的稀盐酸溶液。
于本发明其中一实施例中，所述聚乙烯树脂选自中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或者多种的组合，优选地，为线性低密度聚乙烯。
进一步优选地，为茂金属线性低密度聚乙烯。
于本发明其中一实施例中，所述促进剂为环氧丙烷、环氧丁烷、二酚基丙烷环氧树脂、四酚基环氧树脂、α-萘酚线型酚醛环氧树脂、二氧化乙烯基环己烯环氧树脂的一种或几种的组合。
于本发明其中一实施例中，所述改性剂包括增塑剂、增韧剂、抗氧剂、阻燃剂，质量比为(1-4)：(1-2)：(2-4)：(3-5)；所述增塑剂选自邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二仲辛酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯中的一种或几种的组合；所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧化剂、季戊四醇酯类抗氧化剂、亚磷酸酯抗氧化剂一种或几种的组合；所述增韧剂选自羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜、聚酰亚胺中的一种或几种的组合；所述阻燃剂选TDCPP、聚磷酸铵、八溴醚、磷酸三苯酯、六溴环十二烷、MPP、硼酸锌、十溴二苯乙烷、TBC一种或几种的组合。
本发明进一步保护一种上述的耐电痕光缆的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯树脂和三水合氧化铝中空球加入到双螺杆挤出机挤压成熔融状态，继续加入炭黑、促进剂和改性剂，混合搅拌，待混料完全熔融后挤出到注塑机中，挤塑成型，得到耐电痕光缆护套料，将护套料挤塑在缆芯外，得到耐电痕光缆。
于本发明其中一实施例中，所述注塑温度为200-220℃。
本发明的有益效果是：本发明通过溶胶凝胶法制备一种三水合氧化铝中空球，并通过在表面采用致孔剂形成大孔，并将聚乙烯与其熔融共混，聚乙烯分子链可以从中空微球的大孔中穿过，并填充满微球，由于分子链不会断裂，进而不会影响到聚乙烯材料的力学性能和加工性能，不仅保证了三水合氧化铝在聚乙烯中的添加量，而且避免了其对聚乙烯材料力学性能以及加工性能的影响，进一步大幅度提高了聚乙烯材料的耐电痕性能。
本发明制备的中空微球表面具有极高的比表面积，能够吸附炭黑、改性剂以及其他添加料，从而避免添加料对聚乙烯护套料的影响，有效提高了聚乙烯护套料的力学性能以及加工性能。通过降低炭黑的添加量(低于2％)，并添加了改性剂，同时，将改性剂吸附在中空微球的表面上，避免改性剂独自加入聚乙烯材料中分散从而影响聚乙烯材料的力学性能。
本发明添加改性剂为增韧剂、增塑剂和抗氧剂的混合物，能有效提高聚乙烯护套料的抗氧化性能、力学性能、耐老化性以及耐候性，具有协同增效的作用。
本发明制备一种三水合氧化铝中空球，并通过在表面采用致孔剂形成大孔，聚乙烯分子链可以穿过中空球，不仅保证了三水合氧化铝在聚乙烯中的添加量，还提高了聚乙烯材料力学性能、耐高温性能，通过改性剂改性，进一步提高了材料的耐老化性、力学性能、耐候性等，具有广阔的应用前景。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为制备例1制得的三水合氧化铝中空球的SEM图；
图2为制备例2制得的三水合氧化铝中空球的TEM图。
具体实施方式：
下面将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。
制备例1三水合氧化铝中空球的制备：
由以下方法制备：
S1.将100g铝酸三烷基酯(Al(O-i-C3H7)3)溶于50mLTHF中，加入2g铝酸酯偶联剂SG-Al821，搅拌混合均匀，得到油相；
S2.将2g表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和1g致孔剂聚氧丙烯失水山梨醇脂肪酸酯溶于200mL水中，得水相；
S3.将所述油相滴加所述水相混合后，10000r/min均质2min乳化，得到乳液，滴加1mol/L的稀盐酸溶液至溶液pH为3.5，反应1h，得到多孔氧化铝中空球乳液，抽滤、干燥得到三水合氧化铝中空球。附图1为本发明制得的三水合氧化铝中空球的SEM图，有图可知，在图表面形成了大孔，图2为本发明制得的三水合氧化铝中空球的TEM图，由图可知，本发明形成的球为中空球。
制备例2三水合氧化铝中空球的制备：
由以下方法制备：
S1.将100g铝酸三烷基酯(Al(O-s-C4H9)3)溶于50mL二氯甲烷中，加入5g铝酸酯偶联剂DL-411D，搅拌混合均匀，得到油相；
S2.将5g表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和4g致孔剂失水山梨醇脂肪酸酯溶于200mL水中，得水相；
S3.将所述油相滴加所述水相混合后，10000r/min均质2min乳化，得到乳液，滴加2mol/L的稀盐酸溶液至溶液pH为4.5，反应3h，得到多孔氧化铝中空球乳液，抽滤、干燥得到三水合氧化铝中空球。
实施例1耐电痕光缆
包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套的原料组成(重量份)：制备例1制得的三水合氧化铝中空球20份、中密度聚乙烯树脂150份、炭黑1份、促进剂二酚基丙烷环氧树脂2份、改性剂2份。改性剂包括增塑剂邻苯二甲酸二环己酯、增韧剂聚硫橡胶、季戊四醇酯类抗氧化剂、阻燃剂聚磷酸铵，质量比为1：1：2：3。
光缆制备包括以下步骤：将中密度聚乙烯树脂和三水合氧化铝中空球加入到双螺杆挤出机挤压成熔融状态，继续加入炭黑、促进剂二酚基丙烷环氧树脂和改性剂，混合搅拌，待混料完全熔融后挤出到注塑机中，挤塑成型，注塑温度为200℃，得到耐电痕光缆护套料，将护套料挤塑在缆芯外，得到耐电痕光缆。
实施例2耐电痕光缆
包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套的原料组成(重量份)：制备例1制得的三水合氧化铝中空球30份、线性低密度聚乙烯树脂300份、炭黑3份、促进剂二酚基丙烷环氧树脂3份、改性剂5份。改性剂包括增塑剂邻苯二甲酸二乙酯、增韧剂羧基液体丁腈橡胶、亚磷酸酯抗氧化剂、阻燃剂六溴环十二烷，质量比为4：2：4：5。
光缆制备包括以下步骤：将线性低密度聚乙烯树脂和三水合氧化铝中空球加入到双螺杆挤出机挤压成熔融状态，继续加入炭黑、促进剂二酚基丙烷环氧树脂和改性剂，混合搅拌，待混料完全熔融后挤出到注塑机中，挤塑成型，注塑温度为220℃，得到耐电痕光缆护套料，将护套料挤塑在缆芯外，得到耐电痕光缆。
实施例3耐电痕光缆
包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套的原料组成(重量份)：制备例2制得的三水合氧化铝中空球22份、低密度聚乙烯树脂170份、炭黑1.5份、促进剂四酚基环氧树脂2.2份、改性剂3份。改性剂包括增塑剂邻苯二甲酸二异癸酯、增韧剂羧基液体丁腈橡胶、受阻酚类抗氧化剂、阻燃剂八溴醚，质量比为2：1.2：3：4。
光缆制备包括以下步骤：将低密度聚乙烯树脂和三水合氧化铝中空球加入到双螺杆挤出机挤压成熔融状态，继续加入炭黑、促进剂四酚基环氧树脂和改性剂，混合搅拌，待混料完全熔融后挤出到注塑机中，挤塑成型，注塑温度为210℃，得到耐电痕光缆护套料，将护套料挤塑在缆芯外，得到耐电痕光缆。
实施例4耐电痕光缆
包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套的原料组成(重量份)：制备例2制得的三水合氧化铝中空球28份、茂金属线性低密度聚乙烯树脂240份、炭黑2.5份、促进剂二氧化乙烯基环己烯环氧树脂2.8份、改性剂4份。改性剂包括增塑剂邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、增韧剂聚硫橡胶、季戊四醇酯类抗氧化剂、阻燃剂六溴环十二烷，质量比为3：1.7：3：4。
光缆制备包括以下步骤：将茂金属线性低密度聚乙烯树脂和三水合氧化铝中空球加入到双螺杆挤出机挤压成熔融状态，继续加入炭黑、促进剂二氧化乙烯基环己烯环氧树脂和改性剂，混合搅拌，待混料完全熔融后挤出到注塑机中，挤塑成型，注塑温度为210℃，得到耐电痕光缆护套料，将护套料挤塑在缆芯外，得到耐电痕光缆。
实施例5
与实施例4相比，改性剂中未添加增塑剂邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，其他条件均不改变。
包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套的原料组成(重量份)：制备例2制得的三水合氧化铝中空球28份、茂金属线性低密度聚乙烯树脂240份、炭黑2.5份、促进剂二氧化乙烯基环己烯环氧树脂2.8份、改性剂4份。改性剂包括增韧剂聚硫橡胶、季戊四醇酯类抗氧化剂、阻燃剂六溴环十二烷，质量比为4.7：3：4。
实施例6
与实施例4相比，改性剂中未添加增韧剂聚硫橡胶，其他条件均不改变。
包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套的原料组成(重量份)：制备例2制得的三水合氧化铝中空球28份、茂金属线性低密度聚乙烯树脂240份、炭黑2.5份、促进剂二氧化乙烯基环己烯环氧树脂2.8份、改性剂4份。改性剂包括增塑剂邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、季戊四醇酯类抗氧化剂、阻燃剂六溴环十二烷，质量比为4.7：3：4。
对比例1
与实施例4相比，制备例2制得的三水合氧化铝中空球由三水合氧化铝粉末替代，其他条件均不改变。
包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套的原料组成(重量份)：三水合氧化铝粉末28份、茂金属线性低密度聚乙烯树脂240份、炭黑2.5份、促进剂二氧化乙烯基环己烯环氧树脂2.8份、改性剂4份。
对比例2
与实施例4相比，炭黑的量增加至50份，其他条件均不改变。
包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套的原料组成(重量份)：制备例2制得的三水合氧化铝中空球28份、茂金属线性低密度聚乙烯树脂240份、炭黑50份、促进剂二氧化乙烯基环己烯环氧树脂2.8份、改性剂4份。
测试例1
将本发明实施例1-6和对比例1、2制得的耐电痕光缆以及市售同类光缆进行性能测试，结果见表1。
表1
组别 耐电痕化 拉伸强度(MPA) 断裂伸长率(％) 抗污性(％)
测试方法 GB/T 6553-2003 GB/T 1040-2006 GB/T 1040-2006 泥浆颗粒扫除率
实施例1 >TMA 6级 12.7 297 97
实施例2 >TMA 5.5级 12.9 289 98
实施例3 >TMA 6级 13.1 302 96
实施例4 >TMA 6级 13.5 305 98
实施例5 >TMA 5级 11.2 265 90
实施例6 >TMA 4.5级 10.5 252 94
对比例1 >TMA 1级 7.5 237 92
对比例2 >TMA 2级 8.9 263 89
市售 >TMA 4级 8.7 245 88
本发明提供的耐电痕光缆具有优异的抗污自洁性及耐电痕性，同时具有较高的力学性能，在未来要求环境友好型及高使用寿命的电缆行业中拥有广阔的使用前景。
与现有技术相比，本发明通过溶胶凝胶法制备一种三水合氧化铝中空球，并通过在表面采用致孔剂形成大孔，并将聚乙烯与其熔融共混，聚乙烯分子链可以从中空微球的大孔中穿过，并填充满微球，由于分子链不会断裂，进而不会影响到聚乙烯材料的力学性能和加工性能，不仅保证了三水合氧化铝在聚乙烯中的添加量，而且避免了其对聚乙烯材料力学性能以及加工性能的影响，进一步大幅度提高了聚乙烯材料的耐电痕性能。
本发明制备的中空微球表面具有极高的比表面积，能够吸附炭黑、改性剂以及其他添加料，从而避免添加料对聚乙烯护套料的影响，有效提高了聚乙烯护套料的力学性能以及加工性能。通过降低炭黑的添加量，低于2％，并添加了改性剂，同时，将改性剂吸附在中空微球的表面上，避免改性剂独自加入聚乙烯材料中分散从而影响聚乙烯材料的力学性能。
本发明添加改性剂为增韧剂、增塑剂和抗氧剂的混合物，能有效提高聚乙烯护套料的抗氧化性能、力学性能、耐老化性以及耐候性，具有协同增效的作用。
本发明制备一种三水合氧化铝中空球，并通过在表面采用致孔剂形成大孔，聚乙烯分子链可以穿过中空球，不仅保证了三水合氧化铝在聚乙烯中的添加量，还提高了聚乙烯材料力学性能、耐高温性能，通过改性剂改性，进一步提高了材料的耐老化性、力学性能、耐候性等，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种耐电痕光缆，其特征在于，包括缆芯和包裹在缆芯外的护套，所述护套由以下原料按重量制备而成：三水合氧化铝中空球20-30份、聚乙烯树脂150-300份、炭黑1-3份、促进剂2-3份、改性剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的耐电痕光缆，其特征在于，所述护套由以下原料按重量制备而成：三水合氧化铝中空球22-28份、聚乙烯树脂170-240份、炭黑1.5-2.5份、促进剂2.2-2.8份、改性剂3-4份。
3.根据权利要求1所述的耐电痕光缆，其特征在于，所述三水合氧化铝中空球由以下方法制备：
S1.将铝酸三烷基酯溶于有机溶剂中，加入铝酸酯偶联剂，搅拌混合均匀，得到油相；
S2.将表面活性剂和致孔剂溶于水中，得水相；
S3.将所述油相滴加所述水相混合后进行均质乳化，得到乳液，调节溶液pH为3.5-4.5，反应1-3h，得到多孔氧化铝中空球乳液，抽滤、干燥得到三水合氧化铝中空球。
4.根据权利要求3所述的耐电痕光缆，其特征在于，所述铝酸三烷基酯选自Al(O-i-C3H7)3、Al(O-s-C4H9)3中的一种或两种组合；所述铝酸酯偶联剂选自SG-Al821、DL-411、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF中的一种或几种的组合；所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸钾中的一种或几种的组合；所述致孔剂选自聚氧丙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或几种的组合；所述有机溶剂选自DMSO、THF、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、石油醚中的一种或几种混合。
5.根据权利要求3所述的耐电痕光缆，其特征在于，步骤S1中所述铝酸三烷基酯和铝酸酯偶联剂的质量比为100：(2-5)；步骤S2中所述表面活性剂和致孔剂的质量比为(2-5)：(1-4)；步骤S3中所述调节溶液pH的方法为滴加1-2mol/L的稀盐酸溶液。
6.根据权利要求1所述的耐电痕光缆，其特征在于，所述聚乙烯树脂选自中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或者多种的组合。
7.根据权利要求1所述的耐电痕光缆，其特征在于，所述促进剂为环氧丙烷、环氧丁烷、二酚基丙烷环氧树脂、四酚基环氧树脂、α-萘酚线型酚醛环氧树脂、二氧化乙烯基环己烯环氧树脂的一种或几种的组合。
8.根据权利要求1所述的耐电痕光缆，其特征在于，所述改性剂包括增塑剂、增韧剂、抗氧剂、阻燃剂，质量比为(1-4)：(1-2)：(2-4)：(3-5)；所述增塑剂选自邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二仲辛酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯中的一种或几种的组合；所述增韧剂选自羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜、聚酰亚胺中的一种或几种的组合；所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧化剂、季戊四醇酯类抗氧化剂、亚磷酸酯抗氧化剂一种或几种的组合；所述阻燃剂选TDCPP、聚磷酸铵、八溴醚、磷酸三苯酯、六溴环十二烷、MPP、硼酸锌、十溴二苯乙烷、TBC一种或几种的组合。
9.一种如权利要求1-8任一项权利要求所述的耐电痕光缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚乙烯树脂和三水合氧化铝中空球加入到双螺杆挤出机挤压成熔融状态，继续加入炭黑、促进剂和改性剂，混合搅拌，待混料完全熔融后挤出到注塑机中，挤塑成型，得到耐电痕光缆护套料，将护套料挤塑在缆芯外，得到耐电痕光缆。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述注塑温度为200-220℃。
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