CN112940370A - 一种海底电缆填充硬质型条及其成型工艺 - Google Patents

一种海底电缆填充硬质型条及其成型工艺 Download PDF

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Abstract

本申请具体公开了一种海底电缆填充硬质型条及其成型工艺。海底电缆填充硬质型条包括以下重量份的原料聚合而成：弹性体硬质填料40‑60份；基体树脂30‑50份；补强剂0.1‑0.5份；稳定剂0.2‑1份；偶联剂0.5‑1.5份；防老剂1‑3份。其成型工艺为：步骤(1)将弹性体硬质填料和基体树脂加热搅拌熔融后，再加入剩余四种原料后搅拌得到型条熔料；步骤(2)将型条熔料置于五段温控下，使用橡胶挤出机挤出成型得到型条初样；步骤(3)将型条初样置于三段温控下，在拉伸机处进行拉伸得到型条；步骤(4)对型条进行收卷。本申请的海底电缆填充硬质型条可对海底电缆进行填充，其表面光滑平整有弹性；另外，本申请的成型工艺对型条具有拉伸增强作用，使得型条的弹性和强度更高。

Description

一种海底电缆填充硬质型条及其成型工艺
技术领域
本申请涉及海底电缆填充物的技术领域，更具体地说，它涉及一种海底电缆填充硬质型条及其成型工艺。
背景技术
随着海洋风电和国家经济的发展，对海底电缆的需求也越来越大，同时对其工作的可靠性及环保性要求也越来越高。
现有海底电缆一般35kV及以下电压等级多采用聚丙烯网状撕裂绳填充，35kV以上电压等级由于缆芯外径大，成缆后间隙大，聚丙烯网状撕裂绳很难保证海底电缆圆整度，因此35kV以上电压等级多采用成型填充条结构，现有海底电缆用填充条，多采用回料二次加工，表面不光滑，单重大，而且浪费资源，增加制造成本，不符合国家环境友好型的发展战略要求。
现有的海底电缆填充条，成型后表面不够平整，弹性不足，在海底电缆敷设使用过程中，对电缆芯的保护不够均匀，造成质量隐患，降低其长期运行工作可靠性。
发明内容
为了提高填充条的表面平整性和弹性，本申请提供一种海底电缆填充硬质型条及其成型工艺。
第一方面，本申请提供一种海底电缆填充硬质型条，采用如下的技术方案：
一种海底电缆填充硬质型条，以下重量份的原料聚合而成：
Figure BDA0002920981620000011
通过采用上述技术方案，由于采用弹性体硬质填料和基体树脂作为型条成型的主要原料，在弹性体硬质填料和基体树脂熔融混合后，基体树脂对弹性体硬质填料起到粘接作用，使得成型后的型条结构强度更高且表面光滑，弹性体硬质填料使得成型后的型条具有弹性；补强剂可以改善型条的拉伸强度、耐磨性、撕裂强度和定伸应力，提高型条的使用性能，延长使用寿命；稳定剂能够促进型条硫化，加大型条的硫化程度，使得型条填充在海底电缆中，且海底电缆在敷设中不易折断，提高了型条的弹性和拉伸强度，进而便于型条进行拉伸；偶联剂是一类具有两种不同性质官能团的物质，即具有亲无机物的基团，又具有亲有机物的基团，进而使得型条在成型过程中，有机物分子和无机物分子结合的更加紧密，改善了无机物与有机物之间的界面作用，进而提高了型条的弹性和表面强度；防老剂能够延缓高分子化合物老化，能够抑制氧化作用，抑制高分子化合物受到热、氧、变价金属离子的作用老化，进而当型条成型后放置在海底电缆内进行填充时，提高了型条的使用耐久性。
优选的，所述弹性体硬质填料为5-40目的轮胎粉碎颗粒。
通过采用上述技术方案，使用轮胎粉碎颗粒，能够对轮胎起到回收再利用的效果，有利于环保，且将轮胎粉碎至5-40目，便于对轮胎颗粒进行熔融。
优选的，所述基体树脂为高密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯和聚苯乙烯中的任意一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，高密度聚乙烯能够提高型条的硬度、拉伸强度和耐磨性，且高密度聚乙烯的化学稳定性好；线型低密度聚乙烯的强度高、韧性好、耐寒性好，将线型低密度聚乙烯作为原料制备型条后，型条在实际使用时，能够耐受海底的低温环境，不易开裂；聚苯乙烯能够绝缘，且加工流动性好，作为型条原料制备型条后，能够提高型条的绝缘性能，且便于加工。
优选的，所述基体树脂包括高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯，且高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯的重量份数混合比为1：(0.5-1)。
通过采用上述技术方案，将高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯复配使用，成型后的型条强度好，且韧性好，具有极佳的拉伸强度。
优选的，所述补强剂为炭黑。
通过采用上述技术方案，由于炭黑粒子表面的活性是不均一的，其表面存在少数强活性点和大量的能量不同的吸附点，因此炭黑粒子对分子链有不同的结合能量，可以是多数的由范德华力引起的吸附或少数的化学结合键。当型条受到外力作用时，被吸附的分子链在炭黑粒子表面滑动伸长，于是产生补强效应。
优选的，所述稳定剂为有机锡稳定剂。
优选的，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。
优选的，所述防老剂为防老剂AP和防老剂MB两种复配而成，且防老剂AP和防老剂MB的重量份数混合比为1：(0.7-1)。
通过采用上述技术方案，防老剂AP是3-羧基丁醛-α-萘胺，具有良好的热抗氧化性，使得型条在成型过程中，抑制型条受热发生氧化，防老剂MB是2-巯基苯并咪唑，与防老剂AP复配使用时，成型后的型条抗老化性能好。
第二方面，本申请提供一种海底电缆填充硬质型条的成型工艺，采用如下的技术方案：
一种海底电缆填充硬质型条的成型工艺，包括以下步骤：
步骤(1)将弹性体硬质填料和基体树脂置于100-110℃下，以10-20r/min的速度进行搅拌至弹性体硬质填料和基体树脂熔融后，加入补强剂、稳定剂、偶联剂和防老剂，以20-30r/min的速度搅拌10-15min得到型条熔料；
步骤(2)将步骤(1)中的型条熔料放置在橡胶挤出机处，采用五段温控，分别是，预热区110-130℃，软化区130-160℃，一段密炼区150-170℃，二段密炼区170-190℃，成样区155-175℃，以5-18m/min的速度挤出，得到型条初样；
步骤(3)将步骤(2)中的型条初样置于100-130℃的温度下，在拉伸机中进行拉伸，得到型条；
步骤(4)将步骤(3)中的型条使用卷装盘进行收卷。
通过采用上述技术方案，在步骤(1)中，将弹性体硬质填料和基体树脂进行混合加热熔融后，搅拌使得弹性体硬质填料和基体树脂在熔融状态下分布均匀，将补强剂、稳定剂、偶联剂和防老剂加入后，对熔融状态的型条原料起到改性作用，且搅拌使得四种添加剂在其中分布的更加均匀；在步骤(2)中，对型条熔料进行成型时，采用五段温控，在预热区对型条熔料进行预加热，在升温后的软化区对型条熔料进行加热软化，从而在一段密炼区和二段密炼区对型条熔料加热进行密炼，在成样区对型条熔料进行初步成型，并以较低速度从橡胶挤出机中挤出，使得型条初样不易断裂，且采用五段温控，使得型条熔料得到缓慢加热升温；在步骤(3)中将型条初样置于拉伸机处进行加热拉伸，使得型条进行拉伸塑性；在步骤(4)中对拉升成型后的型条进行收卷。
优选的，所述步骤(3)中采用三段温控，分别是，加热区110-120℃，软化拉伸区120-130℃，成型区100-110℃。
通过采用上述技术方案，在步骤(3)中采用三段温控，使得型条初样在加热软化过程中，温度能够缓慢上升，减少型条初样由于表面温度上升过快，导致型条初样表面和内部性质发生差异；型条初样在加热区进行预热，在软化拉伸区进行软化拉伸，在成型区进行初步降温成型，在成型过程中，型条分子链之间发生收缩，进而提高了型条的结构强度和抗老化性能，且表面更加光滑。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请的型条由以下重量份的原料聚合而成：弹性体硬质填料40-60份；基体树脂30-50份；补强剂0.1-0.5份；稳定剂0.2-1份；偶联剂0.5-1.5份；防老剂1-3份，由于采用弹性体硬质填料和基体树脂作为型条成型的主要原料，在弹性体硬质填料和基体树脂熔融混合后，基体树脂对弹性体硬质填料起到粘接作用，使得成型后的型条结构强度更高且表面光滑，弹性体硬质填料使得成型后的型条具有弹性；补强剂可以改善型条的拉伸强度、耐磨性、撕裂强度和定伸应力，提高型条的使用性能，延长使用寿命；稳定剂能够促进型条硫化，加大型条的硫化程度，使得型条填充在海底电缆中，且海底电缆在敷设中不易折断，提高了型条的弹性和拉伸强度，进而便于型条进行拉伸；偶联剂是一类具有两种不同性质官能团的物质，即具有亲无机物的基团，又具有亲有机物的基团，进而使得型条在成型过程中，有机物分子和无机物分子结合的更加紧密，改善了无机物与有机物之间的界面作用，进而提高了型条的弹性和表面强度；防老剂能够延缓高分子化合物老化，能够抑制氧化作用，抑制高分子化合物受到热、氧、变价金属离子的作用老化，进而当型条成型后放置在海底电缆内进行填充时，提高了型条的使用耐久性。
2、本申请的方法，包括四个步骤：步骤(1)将弹性体硬质填料和基体树脂置于100-110℃下，以10-20r/min的速度进行搅拌至弹性体硬质填料和基体树脂熔融后，加入补强剂、稳定剂、偶联剂和防老剂，以20-30r/min的速度搅拌10-15min得到型条熔料；步骤(2)将步骤(1)中的型条熔料放置在橡胶挤出机处，采用五段温控，分别是，预热区110-130℃，软化区130-160℃，一段密炼区150-170℃，二段密炼区170-190℃，成样区155-175℃，以5-18m/min的速度挤出，得到型条初样；步骤(3)将步骤(2)中的型条初样置于100-130℃的温度下，在拉伸机中进行拉伸，得到型条；步骤(4)将步骤(3)中的型条使用卷装盘进行收卷。在步骤(1)中，将弹性体硬质填料和基体树脂进行混合加热熔融后，搅拌使得弹性体硬质填料和基体树脂在熔融状态下分布均匀，将补强剂、稳定剂、偶联剂和防老剂加入后，对熔融状态的型条原料起到改性作用，且搅拌使得四种添加剂在其中分布的更加均匀；在步骤(2)中，对型条熔料进行成型时，采用五段温控，在预热区对型条熔料进行预加热，在升温后的软化区对型条熔料进行加热软化，从而在一段密炼区和二段密炼区对型条熔料加热进行密炼，在成样区对型条熔料进行初步成型，并以较低速度从橡胶挤出机中挤出，使得型条初样不易断裂，且采用五段温控，使得型条熔料得到缓慢加热升温；在步骤(3)中将型条初样置于拉伸机处进行加热拉伸，使得型条进行拉伸塑性；在步骤(4)中对拉升成型后的型条进行收卷。
3、本申请的方法在步骤(3)中采用三段温控，分别是，加热区110-120℃，软化拉伸区120-130℃，成型区100-110℃，使得型条初样在加热软化过程中，温度能够缓慢上升，减少型条初样由于表面温度上升过快，导致型条初样表面和内部性质发生差异；型条初样在加热区进行预热，在软化拉伸区进行软化拉伸，在成型区进行初步降温成型，在成型过程中，型条分子链之间发生收缩，进而提高了型条的结构强度和抗老化性能，且表面更加光滑。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1-9
表1本申请中实施例1-8的海底电缆填充硬质型条中各原料的重量份数比
Figure BDA0002920981620000061
上述实施例1-8中的海底电缆填充硬质型条的原料中，弹性体硬质填料为5-40目的轮胎粉碎颗粒，补强剂为炭黑，稳定剂为有机锡稳定剂，偶联剂为铝酸脂偶联剂。
上述实施例1-8中的海底电缆填充硬质型条的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)将弹性体硬质填料和基体树脂置于110℃下，使用搅拌机以15r/min的转速对弹性体硬质填料和基体树脂进行搅拌，搅拌至熔融后，同时加入补强剂、稳定剂、偶联剂和防老剂，使用搅拌机以25r/min的转速搅拌15min，得到型条熔料；
步骤(2)将步骤(1)中的型条熔料放置在橡胶挤出机处，使得型条熔料分别经过120℃的预热区、150℃的融化区、160℃的一段密炼区、180℃的二段密炼区和160℃的成样区，并以15m/min的速度将型条熔料从橡胶挤出机中挤出，得到型条初样；
步骤(3)将步骤(2)中的型条初样放置在拉伸机处进行拉伸，使得型条初样分别经过115℃的加热区、125℃的软化拉伸区和105℃的成型区，进而得到型条；
步骤(4)将步骤(3)中的型条使用卷装盘进行收卷。
实施例9
实施例9与实施例3的不同之处在于，实施例9的制备方法的步骤(3)为：将步骤(2)中的型条初样放置在拉伸机处，置于120℃的温度下进行拉伸，得到型条。
对比例
对比例1-3
表2本申请中对比例1-3的海底电缆填充硬质型条中各原料的重量份数比
Figure BDA0002920981620000071
上述对比例1-3中的海底电缆填充硬质型条的原料中，弹性体硬质填料为5-40目的轮胎粉碎颗粒，补强剂为炭黑，稳定剂为有机锡稳定剂，偶联剂为铝酸脂偶联剂。
上述对比例1-3中的海底电缆填充硬质型条的制备方法包括以下步骤：
步骤(1)将弹性体硬质填料和基体树脂置于110℃下，使用搅拌机以15r/min的转速对弹性体硬质填料和基体树脂进行搅拌，搅拌至熔融后，同时加入补强剂、稳定剂、偶联剂和防老剂，使用搅拌机以25r/min的转速搅拌15min，得到型条熔料；
步骤(2)将步骤(1)中的型条熔料放置在橡胶挤出机处，使得型条熔料分别经过120℃的预热区、150℃的融化区、160℃的一段密炼区、180℃的二段密炼区和160℃的成样区，并以15m/min的速度将型条熔料从橡胶挤出机中挤出，得到型条初样；
步骤(3)将步骤(2)中的型条初样放置在拉伸机处进行拉伸，使得型条初样分别经过115℃的加热区、125℃的软化拉伸区和105℃的成型区，进而得到型条；
步骤(4)将步骤(3)中的型条使用卷装盘进行收卷。
性能检测试验
检测方法
对实施例1-9和对比例1-3分别进行外观检测、拉伸强度检测、拉伸伸长率检测和老化性能检测。其中，拉伸强度检测和拉伸伸长率检测采用GB/T1040-92中的检测方法，老化性能检测采用GB7141-8中的检测方法。
对实施例1-9和对比例1-3中的海底电缆填充硬质型条的性能检测数据如表3所示。
表3实施例1-9和对比例1-3中的海底电缆填充硬质型条的性能检测数据
Figure BDA0002920981620000081
结合表1中实施例1-2并结合表3中对实施例1-2的性能检测数据可以看出，实施例1-2中的型条表面光滑，且具有较好的拉伸强度和拉伸伸长率，在经过老化实验后，也具有较好的拉伸强度。
结合表1中实施例1-2和实施例8并结合表3中对实施例1-3和实施例8的性能检测数据可以看出，当基体树脂使用高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯作为复配使用时，成型后型条的拉伸强度和拉伸伸长率均显著上升。
结合表1中实施例3和表2中对比例1-3并结合表3中对实施例3和对比例1-3的性能检测数据可以看出，当防老剂使用防老剂AP和防老剂MB复配时，成型后的型条具有更好的抗老化性能。
结合表1中实施例3-8并结合表3中对实施例3-8的性能检测数据可以看出，当基体树脂中高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯的重量份数混合比在1：(0.5-1)时，成型后的型条具有更好的拉伸强度和拉伸伸长率；当防老剂中防老剂AP和防老剂MB的重量份数混合比为1：(0.7-1)时，成型后的型条具有更好的抗老化性能。
结合表1中实施例3和实施例9并结合表3中对实施例3和实施例9的性能检测数据可以看出，在成型工艺的步骤(3)中不采用三段温控时，成型后的型条表面不够平整，且拉升强度和拉伸伸长率性能指数均有显著下降，且抗老化性能也有所下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种海底电缆填充硬质型条，其特征在于，所述型条包括以下重量份的原料聚合而成：
Figure FDA0002920981610000011
2.根据权利要求1所述的一种海底电缆填充硬质型条，其特征在于：所述弹性体硬质填料为5-40目的轮胎粉碎颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种海底电缆填充硬质型条，其特征在于：所述基体树脂为高密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯和聚苯乙烯中的任意一种或几种的组合物。
4.根据权利要求3所述的一种海底电缆填充硬质型条，其特征在于：所述基体树脂包括高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯，且高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯的重量份数混合比为1：(0.5-1)。
5.根据权利要求1所述的一种海底电缆填充硬质型条，其特征在于：所述补强剂为炭黑。
6.根据权利要求1所述的一种海底电缆填充硬质型条，其特征在于：所述稳定剂为有机锡稳定剂。
7.根据权利要求1所述的一种海底电缆填充硬质型条，其特征在于：所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。
8.根据权利要求1所述的一种海底电缆填充硬质型条，其特征在于：所述防老剂为防老剂AP和防老剂MB两种复配而成，且防老剂AP和防老剂MB的重量份数混合比为1：(0.7-1)。
9.权利要求1-8中任一所述的一种海底电缆填充硬质型条的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)将弹性体硬质填料和基体树脂置于100-110℃下，以10-20r/min的速度进行搅拌至弹性体硬质填料和基体树脂熔融后，加入补强剂、稳定剂、偶联剂和防老剂，以20-30r/min的速度搅拌10-15min得到型条熔料；
步骤(2)将步骤(1)中的型条熔料放置在橡胶挤出机处，采用五段温控，分别是，预热区110-130℃，软化区130-160℃，一段密炼区150-170℃，二段密炼区170-190℃，成样区155-175℃，以5-18m/min的速度挤出，得到型条初样；
步骤(3)将步骤(2)中的型条初样置于100-130℃的温度下，在拉伸机中进行拉伸，得到型条；
步骤(4)将步骤(3)中的型条使用卷装盘进行收卷。
10.根据权利要求9所述的一种海底电缆填充硬质型条的成型工艺，其特征在于：所述步骤(3)中采用三段温控，分别是，加热区110-120℃，软化拉伸区120-130℃，成型区100-110℃。
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