CN112646262A - 一种光伏电缆的绝缘材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏电缆的绝缘材料，由以下原料按重量配比制成：30～40份的VA含量为28%以上的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物EVA，10～20份的高密度聚乙烯HDPE，10~15份的聚氨酯乳液，20～30的无卤阻燃剂，10～20的聚磷腈阻燃剂，1～5的功能化聚烯烃树脂，2~4份导热碳纤维，1～2的抗氧剂，1～2的光稳定剂，1～2的紫外线吸收剂，0.1～0.3的Ir 1024抗铜剂，1～2的润滑剂和1～2的交联敏化剂。该绝缘材料制成的电缆材料中阻燃剂分散更均匀，阻燃效果更好，并且材料强度得到了明显提升，具有更好的使用效果。

Description

一种光伏电缆的绝缘材料
技术领域
本发明涉及一种绝缘材料，具体涉及一种制作光伏电缆用的绝缘材料。 背景技术
光伏电缆一般要求具有耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨、耐直流电压、250℃热延伸和低烟无卤阻燃等性能，并且使用寿命达到25年。现有技术中的电缆材料，在耐直流电压和250℃热延伸方面尚有不足，由于现在使用的生产设备中的双螺杆输送装置的混炼效果不好，纳米级材料不能与含量为28%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA树脂材料混炼均匀，只能使用微米级阻燃剂和含量为18%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，要达到同样的阻燃效果微米级阻燃剂添加量是纳米级阻燃剂的2-3倍，单独一种绝缘材料要达到阻燃要求和耐气候性能需要添加大量的阻燃剂和添加剂，导致树脂含量低，绝缘性能大幅下降，需要加装内层绝缘，由于内层绝缘对耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨和低烟无卤阻燃等性能要求低，所以，其所使用的绝缘材料内添加的阻燃剂和添加剂的使用量可以减少，增加了树脂含量，提高了其绝缘性能；也就是要想达到光伏电站对光伏电缆上述性能指标的要求都要采用双层绝缘结构，内层绝缘保障绝缘性能，外层绝缘保障耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨、耐直流电压、250℃热延伸和低烟无卤阻燃等性能。双层绝缘结构的绝缘体积大，成本高，综合性能还是较差；且制作繁琐，工艺控制繁琐，在挤外层绝缘时需要在两层绝缘中间涂抹滑石粉，滑石粉均匀度控制不好会在辐照工序受热外层绝缘出现鼓包现象，使成品电缆报废，成品率低。发明专利申请CN 106279961 A公开了一种制作光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料及制作方法，该方法能够使用纳米级阻燃剂，提升了阻燃性能性能，如何更好提升光伏电缆的材料性能，仍是本领域期望解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种光伏电缆的绝缘材料，该绝缘材料制成的电缆材料中阻燃剂分散更均匀，阻燃效果更好，并且材料强度得到了明显提升，具有更好的使用效果。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种用于制作光伏电缆的绝缘材料，由以下原料按重量配比制成： 30～40份的VA含量为28%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，10～20份的高密度聚乙烯HDPE，10~15份的聚氨酯乳液， 20～30的无卤阻燃剂，10～20的聚磷腈阻燃剂，1～5的功能化聚烯烃树脂，2~4份导热碳纤维，1～2的抗氧剂，1～2的光稳定剂，1～2的紫外线吸收剂，0 .1～0 .3的Ir1024抗铜剂，1～2的润滑剂和1～2的交联敏化剂。
优选的，所述的高密度聚乙烯HDPE为邵氏硬度为95A或97A的高密度聚乙烯HDPE。
优选的，所述的无卤阻燃剂为纳米级的碳酸钙和纳米级氧化钙中的一种与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合。 优选的，所述的功能化聚烯烃树脂为马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体或马来酸酐接枝聚乙烯。 优选的，所述的润滑剂为甲基硅油、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌中的一种和聚乙烯蜡按照1:3的组合。
优选的，所述的抗氧剂为264抗氧剂2 ,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol、2246抗氧剂2 ,2 '-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、1135抗氧剂β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯中的一种与BHT抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合。
优选的，所述的交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯或1 ,1 ,1-三羟甲基丙烯三甲基丙烯酸酯。
优选的，所述的光稳定剂为3 ,3 '-碳酰二(4-羟基-6-甲氧基苯磺酸)二钠盐、二苯甲酮-9或2 ,2 '-二羟基-4 , 4 '-二甲氧基二苯甲酮-5 ,5 '-二磺酸钠；所述的紫外线吸收剂为UV 944或UV 531紫外线吸收剂。
优选的，所述聚氨酯乳液的制作方法为：在75 ℃条件下，使用N210、M = 1 000的聚醚二元醇与甲苯二异氰酸酯反应1.5 h，在此温度条件下，使用1，4-丁二醇来进行扩链反应1.5 h，然后在75-80 ℃条件下用DMPA反应4-4.5 h，用丙酮来降低粘度，逐滴加入TEA进行中和，用冰水乳化得到聚氨酯乳液
本发明的有益效果是：本发明使用的组分含有聚氨酯乳液，该树脂乳液能够更好的与其他树脂交联，并且因为该乳液为水性乳液，极性强，可以更好的使纳米级的无卤阻燃剂分散混合，从而提升分散效果和阻燃能力，达到比不添加聚氨酯乳液更好的分散性能和阻燃效果，同时也比使用微米级的无卤阻燃剂和聚磷腈阻燃剂更好的阻燃效果。同时，因为更复杂的交联作用，也极大提升了材料的绝缘性能。导热碳纤维的加入，提升材料导热性能，有更强的抗老化能力，同时其他助剂使用量少，有效提升了材料的耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨、耐直流电压、250℃热延伸性和低烟无卤阻燃等性能，并且具有良好的绝缘性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
以下一份为1千克，并且以下实施例中所用的聚氨酯乳液通过如下方法制作：在75℃条件下，使用N210、M = 1 000的聚醚二元醇与甲苯二异氰酸酯反应1.5 h，在此温度条件下，使用1，4-丁二醇来进行扩链反应1.5 h，然后在75-80 ℃条件下用DMPA反应4-4.5 h，用丙酮来降低粘度，逐滴加入TEA进行中和，用冰水乳化得到聚氨酯乳液。
实施例1：用于制作光伏电缆的绝缘材料，按重量比计算由如下原料制成：30份的VA含量为28%以上的美国杜邦生产的型号为40W的EVA；10份的邵氏硬度为95A的高密度聚乙烯HDPE；10份的聚氨酯乳液；20份的纳米级的碳酸钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；10份的聚磷腈阻燃剂；1份的马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物；2份导热碳纤维；1份的264抗氧剂2 ,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol与BHT抗氧剂2 ,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；1份的3 ,3 '-碳酰二(4-羟基-6-甲氧基苯磺酸)二钠盐；1份的UV944紫外线吸收剂；0 .1份的Ir 1024抗铜剂；1份的甲基硅油和聚乙烯蜡按照1:3的组合；1份的异氰尿酸三烯丙酯。
上述用于制作光伏电缆的绝缘材料的制作方法如下：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为60 ℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区、5区，出料口处为机头6区，各区域温度设置为进料区1区150℃、2区150℃、3区145℃、4区140℃、5区140℃、机头6区130℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区，出料口处为机头模具5区，各区域温度设置为进料区1区120℃、2区125℃、3区140℃、4区140℃、机头模具5区155℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
实施例2：用于制作光伏电缆的绝缘材料，按重量比计算由如下原料制成： 35份的美国杜邦生产的型号为11D542的EVA；15份的邵氏硬度为97A的高密度聚乙烯HDPE；12份的聚氨酯乳液；25份的纳米级氧化钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；15份的聚磷腈阻燃剂；3份的马来酸酐接枝聚烯烃弹性体；3份导热碳纤维；1.5份的2246抗氧剂2 ,2 '-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与BHT抗氧剂2 ,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；1.5份的二苯甲酮-9；1.5份的UV 531紫外线吸收剂；0 .2份的Ir 1024抗铜剂；1.5份的硬脂酸钙和聚乙烯蜡按照1:3的组合；1 .2份的1 ,1,1-三羟甲基丙烯三甲基丙烯酸酯。
上述所述绝缘材料制作方法如下：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入密炼机内，加热温度为90℃，密炼30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；密炼出来的料团温度为160℃，双螺杆挤出机各区域温度设置为1区不加温、2区150℃、3区145℃、4区135℃、5区130℃、机头6区130℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区135℃、2区140℃、3区145℃、4区155℃、机头模具5区165℃，再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
实施例3：用于制作光伏电缆的绝缘材料，按重量比计算由如下原料制成：40份的美国杜邦生产的型号为880的EVA；20份的邵氏硬度为95A的高密度聚乙烯HDPE；15份的聚氨酯乳液；30的碳酸钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；20份的聚磷腈阻燃剂；5份的马来酸酐接枝聚乙烯；4份导热碳纤维；2份的1135抗氧剂β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯与BHT抗氧剂2 ,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；2份的2 ,2 '-二羟基-4 ,4 '-二甲氧基二苯甲酮-5 ,5 '-二磺酸钠；2份的UV 531紫外线吸收剂；0 .3份的Ir1024抗铜剂；2份的硬脂酸镁和聚乙烯蜡按照1:3的组合；2份的异氰尿酸三烯丙酯。
上述绝缘材料的制作方法包括如下：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为80℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区155℃、2区155℃、3区150℃、4区145℃、5区135℃、机头6区135℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区125℃、2区130℃、3区145℃、4区150℃、机头模具5区165℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
实施例4：用于制作光伏电缆的绝缘材料，按重量比计算由如下原料制成：32份的日本旭化成生产的型号为RF7830的EVA；12份的97A的高密度聚乙烯HDPE；13份的聚氨酯乳液；28份的碳酸钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；17份的聚磷腈阻燃剂；4份的马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物；2份导热碳纤维；1份的2246抗氧剂2 ,2 '-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚) 与BHT抗氧剂2 ,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；1 .5份的3 ,3 '-碳酰二(4-羟基-6-甲氧基苯磺酸)二钠盐；1 .8份的UV 944紫外线吸收剂；0 .3份的Ir 1024抗铜剂；1 .4份的硬脂酸锌和聚乙烯蜡按照1:3的组合；1份的异氰尿酸三烯丙酯。
上述绝缘材料制作方法包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为65℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区152℃、2区153℃、3区143℃、4区148℃、5区138℃、机头6区138℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区123℃、2区128℃、3区142℃、4区143℃、机头模具5区150℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
实施例5：用于制作光伏电缆的绝缘材料，按重量比计算由如下原料制成： 38份的日本尤尼卡生产的型号为 NUC8450 的EVA；18份的97A的高密度聚乙烯HDPE；12份的聚氨酯乳液；22份的碳酸钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；13份的聚磷腈阻燃剂；1份的马来酸酐接枝聚乙烯；4份导热碳纤维；1 .5份的264抗氧剂2 ,6-Ditert-butyl-4-methylphenol与BHT抗氧剂2 ,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；1 .8份的二苯甲酮-9；1 .5的UV 531紫外线吸收剂；0 .15的Ir 1024抗铜剂；1 .8份的甲基硅油和聚乙烯蜡按照1:3的组合；1 .5份的异氰尿酸三烯丙酯。
上述绝缘材料制作方法，其包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入密炼机内，加热温度为140℃， 密炼30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；密炼出来的料团温度为160℃，双螺杆挤出机各区域温度设置为1区不加温、2区148℃、3区142℃、4区138℃、5区138℃、机头6区123℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区132℃、2区142℃、3区148℃、4区158℃、机头模具5区164℃，再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
对本实施例1-3中所制得的绝缘材料制成的单层电缆进行的性能检测如表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
与发明专利CN 106279961 A相比，添加聚氨酯乳液和导热碳纤维后，产品的阻燃性和强度得到明显提升，具有更优良的使用效果。
上述实施例仅是优选的和示例性的，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光伏电缆的绝缘材料，其特征在于由以下原料按重量配比制成： 30～40份的VA含量为28%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，10～20份的高密度聚乙烯HDPE，10~15份的聚氨酯乳液， 20～30的无卤阻燃剂，10～20的聚磷腈阻燃剂，1～5的功能化聚烯烃树脂，2~4份导热碳纤维，1～2的抗氧剂，1～2的光稳定剂，1～2的紫外线吸收剂，0 .1～0 .3的Ir1024抗铜剂，1～2的润滑剂和1～2的交联敏化剂。
2.根据权利要求1所述的光伏电缆的绝缘材料，其特征在于：所述的高密度聚乙烯HDPE为邵氏硬度为95A或97A的高密度聚乙烯HDPE。
3.根据权利要求1所述的光伏电缆的绝缘材料，其特征在于：所述的无卤阻燃剂为纳米级的碳酸钙和纳米级氧化钙中的一种与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合。
4.根据权利要求1所述的光伏电缆的绝缘材料，其特征在于：所述的功能化聚烯烃树脂为马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体或马来酸酐接枝聚乙烯。
5.根据权利要求1所述的光伏电缆的绝缘材料，其特征在于：所述的润滑剂为甲基硅油、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌中的一种和聚乙烯蜡按照1:3的组合。
6.根据权利要求1所述的光伏电缆的绝缘材料，其特征在于：所述的抗氧剂为264抗氧剂2 ,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol、2246抗氧剂2 ,2 '-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、1135抗氧剂β-(3 ,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯中的一种与BHT抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合。
7.根据权利要求1所述的光伏电缆的绝缘材料，其特征在于：所述的交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯或1 ,1 ,1-三羟甲基丙烯三甲基丙烯酸酯。
8.根据权利要求1所述的光伏电缆的绝缘材料，其特征在于：所述的光稳定剂为3 ,3'-碳酰二(4-羟基-6-甲氧基苯磺酸)二钠盐、二苯甲酮-9或2 ,2 '-二羟基-4 , 4 '-二甲氧基二苯甲酮-5 ,5 '-二磺酸钠；所述的紫外线吸收剂为UV 944或UV 531紫外线吸收剂。
9.如权利要求1所述的光伏电缆的绝缘材料，其特征在于，所述聚氨酯乳液的制备方法如下：在75 ℃条件下，使用N210、M = 1 000的聚醚二元醇与甲苯二异氰酸酯反应1.5 h，在此温度条件下，使用1，4-丁二醇来进行扩链反应1.5 h，然后在75-80 ℃条件下用DMPA反应4-4.5 h，用丙酮来降低粘度，逐滴加入TEA进行中和，用冰水乳化得到聚氨酯乳液。
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CN113488255A (zh) * 2021-06-29 2021-10-08 晶锋集团股份有限公司 一种低传输阻抗电抗变频电缆材料及其制备方法
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