CN112662055B - 一种复合绝缘子用改性聚丙烯材料 - Google Patents
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Abstract
一种复合绝缘子用改性聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：均聚型聚丙烯树脂50～70份、增韧剂30～50份、成核剂0.05～0.3份、阻燃剂10～30份、抗氧剂0.2～0.5份、光稳定剂0.2～0.5份。进一步，所述的增韧剂由共聚型聚丙烯树脂、乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂和乙烯‑辛烯共聚物按1∶0.3～0.6∶1.5～3重量比例组成。本发明改性聚丙烯材料同时具有高的高温拉伸强度和低温断裂伸长率，由此制成伞裙和护套的复合绝缘子，耐高低温性能优异：在+70℃热水(放置12小时)和‑40℃空气(放置12小时)高低温循环试验12次，绝缘子伞裙和护套外观完好，未出现开裂或脱开等现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合绝缘子用改性聚丙烯材料，用于复合绝缘子伞裙和护套，属于绝缘子技术领域。
背景技术
输电线路上的复合绝缘子由环氧芯棒、聚合物伞裙和护套、端部装配件构成，具有优异的电性能、憎水性、力学强度以及质量轻、运输安装方便等优点。为增加爬电距离和耐雷电冲击等性能，复合绝缘子通常设计为长棒型，这种外形对制作伞裙和护套的聚合物的本体拉伸性能提出了很高要求：除耐老化、阻燃、绝缘等基本要求外，该聚合物必须具备耐高低温拉伸性能，即同时具有高的高温拉伸强度和低温断裂伸长率，以适应高海拔、沙漠或强风等各种温差较大的环境恶劣地区使用条件：高低温区间+70℃～-40℃。目前常见的硅橡胶复合绝缘子由于硅橡胶伞裙质软和本体强度低等原因，常被鸟啄坏或强风损坏，影响了输电安全性。
发明专利CN103194015B公开了一种改性聚合物绝缘子材料的制备方法，配方中聚乙烯与聚丙烯的体积比为(75～90)：(10～25)。发明专利申请CN109929168A公开了一种适用于电力绝缘子的改性聚乙烯材料，包括聚乙烯50-65％、增韧剂2-6％、无机填料15-20％、溴系阻燃剂15-20％、协效阻燃剂1.5-5％、稳定剂0.6-1.4％等，其所述的增韧剂包括乙烯-辛烯共聚物等。上述技术中聚合物绝缘子采用聚乙烯为主要树脂基材，利用其优异的耐低温性，但由于聚乙烯熔点在130℃左右，制成的伞裙材料在+70℃下的高温拉伸强度不高，且聚乙烯材料的熔融粘度大，对长棒形复合绝缘子伞裙和护套制备生产工艺带来困难，会导致产品表面粗糙甚至产生气孔。
另一方面，均聚型聚丙烯是一种常用的工程塑料，具有耐热性好(熔点达165℃)、无毒无味、质轻、熔融粘度低易加工、耐化学腐蚀、绝缘性高等优点，但均聚型聚丙烯显脆性，需改性后才能使用，尤其涉及低温使用环境。发明专利CN104045910B公开了一种弹性体增韧聚丙烯组合物及其制备方法，由聚丙烯50～90份、茂金属丙烯-乙烯弹性体1～5份、无机填料5～20份、抗氧剂0.3～0.6份等组成。发明专利申请CN109851913A公开了一种增韧聚丙烯材料，包括均聚型聚丙烯100份、聚乙烯0.1～10份增韧剂、成核剂0.05～0.2份、抗氧剂0.04～0.3份、有机氧化物0.01～0.04份等。发明专利申请CN110885498A公开了一种阻燃增韧聚丙烯材料，包括聚丙烯40～70份，阻燃剂10～20份，增韧剂3～8份，抗氧剂0.5～2份，蒙脱土2～6份和相容剂3～5份，所述聚丙烯由重量比为1∶1-5均聚型聚丙烯与共聚型聚丙烯复配，增韧剂包括聚乙烯辛烯弹性体，制成材料的阻燃性能为V-0级，-25℃的耐缺口冲击强度≥9.2kJ/m2，能应用于汽车、日用品等领域。
上述技术为改善聚丙烯材料的耐低温性能，采取以均聚型聚丙烯为主，添加少量增韧剂；或以韧性较好的共聚型聚丙烯为主树脂，加入一定量的乙烯-辛烯共聚物增韧剂。但现有聚丙烯改性技术存在以下不足：由于共聚型聚丙烯的高温拉伸强度不高，加入的乙烯-辛烯共聚物增韧剂控制在20份及以下，-40℃低温下的断裂伸长率不大，如继续提高增韧剂使用量，会进一步牺牲高温拉伸强度；另一方面，均聚型聚丙烯由于与乙烯-辛烯共聚物增韧剂相容性不好，增韧剂对低温断裂伸长率提升效果不佳。改性聚丙烯材料现有技术不能满足复合绝缘子对伞裙和护套材料的耐高温拉伸强度和低温断裂伸长率要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，发明一种复合绝缘子用改性聚丙烯材料，解决聚丙烯材料的高温强度和低温断裂伸长率之间矛盾，同时具有高的高温拉伸强度和低温断裂伸长率，适用于制备复合绝缘子伞裙和护套。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合绝缘子用改性聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：均聚型聚丙烯树脂50～70份、增韧剂30～50份、成核剂0.05～0.3份、阻燃剂10～30份、抗氧剂0.2～0.5份、光稳定剂0.2～0.5份。
进一步，所述的均聚型聚丙烯的分子量为10万～30万。
进一步，所述的增韧剂由共聚型聚丙烯树脂、乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂和乙烯-辛烯共聚物组成，其重量比例为：1∶0.3～0.6∶1.5～3。
进一步，所述的共聚型聚丙烯树脂中乙烯的含量为10-15％。
进一步，所述的乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂中乙丙橡胶的含量为20-25％。
本发明原理是：均聚型聚丙烯具有低熔融粘度、易流动和高结晶性的特点，乙烯-辛烯共聚物(以下简称POE)具有较高熔融粘度、低结晶性等性质，导致POE与均聚型聚丙烯相容性差、相分离趋势大，增韧对材料断裂伸长率的提升不明显。本发明基于各种材料的溶度参数，开展相分离理论模拟及扫描电镜测试验证，发现在POE增韧均聚型聚丙烯时，加入特定的共聚型聚丙烯(主链有聚乙烯链段的共聚型聚丙烯)和乙丙橡胶接枝聚丙烯(侧链有聚乙烯链段)，从主链和侧链协同起到了增容作用，从而改进POE和均聚型聚丙烯的相容性；进一步通过配方优化，控制共聚型聚丙烯、乙丙橡胶接枝聚丙烯与POE增韧剂的比例，发现POE在改性材料中形成0.1-1微米的相畴，可最大程度发挥POE对均聚型聚丙烯材料的低温断裂伸长率提升效果，而对均聚型聚丙烯材料的高温强度影响最小。
与现有技术相比，本发明有益效果：(1)本发明很好地解决了改性聚丙烯的高温强度和低温断裂伸长率之间矛盾，复合绝缘子用改性聚丙烯材料同时具有高的高温拉伸强度和低温断裂伸长率，在+70℃下的拉伸强度大于8MPa、-40℃的断裂伸长率大于70％。(2)利用本发明材料制成伞裙和护套的10～110kV棒型复合绝缘子，耐高低温拉伸性能优异：在+70℃热水(放置12小时)和-40℃空气(放置12小时)高低温循环试验12次，绝缘子伞裙和护套外观完好，未出现开裂或脱开等现象。
具体实施方式
实施例1
一种耐高低温拉伸的改性聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：均聚型聚丙烯树脂52份、增韧剂48份、成核剂0.1份、阻燃剂20份、抗氧剂0.2份、光稳定剂0.3份。所述的增韧剂由共聚型聚丙烯树脂、乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂和POE按1∶0.44∶1.56比例组成，即共聚型聚丙烯树脂16份、乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂7份和POE25份。
将上述材料在室温下充分混合搅拌5分钟，双螺杆挤出(180-200℃)、水冷、热风干燥造粒。注塑工艺控制：压力7.5MPa、注塑温度220℃、模具温度20℃，以该改性聚丙烯材料为伞裙和护套制成的110kV棒型复合绝缘子。
实施例2
一种耐高低温拉伸的改性聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：均聚型聚丙烯树脂60份、增韧剂40份、成核剂0.1份、阻燃剂20份、抗氧剂0.2份、光稳定剂0.3份。所述的增韧剂由共聚型聚丙烯树脂、乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂和POE按1∶0.5∶2.5比例组成，即共聚型聚丙烯树脂10份、乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂5份和POE25份。
将上述材料在室温下充分混合搅拌5分钟，双螺杆挤出(180-200℃)、水冷、热风干燥造粒。注塑工艺控制：压力7.5MPa、注塑温度220℃、模具温度20℃，以该改性聚丙烯材料为伞裙和护套制成的110kV棒型复合绝缘子。
对比例1
一种改性聚合物绝缘子材料，包括以下重量份数的组分：聚乙烯树脂75份、聚丙烯树脂25份。将上述材料在室温下充分混合搅拌5分钟，双螺杆挤出(180-200℃)、水冷、热风干燥造粒。注塑工艺控制：压力7.5MPa、注塑温度220℃、模具温度20℃，以该改性材料为伞裙和护套制成的110kV棒型复合绝缘子。
对比例1配方说明：参照背景技术中发明专利CN103194015B公开的配方制备。
对比例2
一种改性聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：均聚型聚丙烯树脂60份、POE40份、成核剂0.1份、阻燃剂20份、抗氧剂0.2份、光稳定剂0.3份。将上述材料在室温下充分混合搅拌5分钟，双螺杆挤出(180-200℃)、水冷、热风干燥造粒。注塑工艺控制：压力7.5MPa、注塑温度220℃、模具温度20℃，以该改性聚丙烯材料为伞裙和护套制成的110kV棒型复合绝缘子。
对比例2配方说明：在同样60份均聚型聚丙烯树脂前提下，采用40份POE增韧剂，来比较实施例2的增韧效果。
性能测试：将实施例1和实施例2制备的改性聚丙烯材料及相应的复合绝缘子和对比例1和对比例2制备材料进行耐高低温性能测定，所得结果如下表所示。
由上表可知，与对比例1和2相比，本发明实施例1和2制备的改性聚丙烯材料具有更好的低温断裂伸长率和高温强度，制成的棒型复合绝缘子具有更好的耐高低温试验性能。
Claims (1)
1.一种复合绝缘子用改性聚丙烯材料，包括以下重量份数的组分：分子量为10万～30万的均聚型聚丙烯树脂50～70份、增韧剂30～50份、成核剂0.05～0.3份、阻燃剂10～30份、抗氧剂0.2～0.5份、光稳定剂0.2～0.5份，其特征在于所述的增韧剂由共聚型聚丙烯树脂、乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂和乙烯-辛烯共聚物按1∶0.3～0.6∶1.5～3重量比例组成；其中所述的乙丙橡胶接枝聚丙烯树脂中乙丙橡胶的含量为20-25％。
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