CN113628795A - 一种铝导体光伏电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝导体光伏电缆，属于电缆技术领域。一种铝导体光伏电缆，包括铝导体，所述铝导体外侧挤出有隔离层，所述隔离层外侧挤包绝缘层，所述绝缘层外侧挤包有外护套。所述隔离层由聚乙烯材料制成；所述外护套采用无卤阻燃光伏电缆护套料；所述外护套挤出的密度为1.40‑1.43g/cm3，挤出预热温度为55‑65℃，挤出导温度为135‑160℃。由于白炭黑表面含有大量硅氧烷和硅醇基团，异氰脲酸三钠含有独特的三嗪环结构，具有交联速度快、交联密度高、稳定性好、交联产品毒性小等优点，通过将白炭黑接枝到异氰脲酸三钠上，不仅可以提高聚丙烯的力学强度，同时不改变聚丙烯的交联密度。

Description

一种铝导体光伏电缆
技术领域
本发明属于电缆技术领域，涉及一种铝导体光伏电缆。
背景技术
由于太阳能系统常常在恶劣环境条件下(如高温、紫外线辐射、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀等)，使用，因此光伏电缆必须具有最佳的耐风雨性、耐紫外线和耐臭氧侵蚀性，而且能承受更大范围的温度变化，可在所属设备中抵御恶劣气候环境和经受机械冲击。
现有的光伏电缆的阻燃性较差，在燃烧时表面火焰无法迅速熄灭，且燃烧时会产生大量滴落物，易造成二次燃烧，而且不具有较强的力学性能，容易的使得铝导体外漏，发生安全事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝导体光伏电缆。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种铝导体光伏电缆，包括铝导体，所述铝导体外侧挤出有隔离层，所述隔离层外侧挤包绝缘层，所述绝缘层外侧挤包有外护套。
进一步地，所述隔离层由聚乙烯材料制成；所述外护套采用无卤阻燃光伏电缆护套料；进一步地，所述外护套挤出的密度为1.40-1.43g/cm3，挤出预热温度为55-65℃，挤出导温度为135-160℃。
进一步地，所述绝缘层包括如下重量份原料：聚丙烯45-46分、交联剂5-8份、抗氧化剂2-6份、抗紫外线剂1-3份；
所述绝缘层通过如下步骤制备：
将聚丙烯加入丙酮中搅拌均匀，密封24-26h，过滤，除去丙酮，再将交联剂与聚丙烯混合，在50℃水浴中进行溶解，完全溶解后，趁热加入到聚丙烯中搅拌分散，进行熔融共混，再加入高压发泡釜内，用二氧化碳反复充入并释放，重复3-5次除去釜内空气，然后升温至153-155℃，再加入抗氧化剂、抗紫外线剂，反应35-45min，再进行辐照6-8h，得到绝缘层粒料。
进一步地，所述交联剂通过如下步骤制备：
S1：将白炭黑放置于真空干燥箱中150-165℃活化12-15h，将白炭黑转入反应釜中，通入氮气，然后加入环己烷，超声分散15-30min，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，再加入N,N-二甲基甲酰胺，搅拌30-55min，用冰醋酸调节pH值至5.5，升温至70-75℃，搅拌反应24-25h，用无水乙醇反复洗涤、离心、干燥得到中间物A；
Figure BDA0003216493020000021
S2：S2：将异氰脲酸加入无水乙醇中，加入氢氧化钠溶液，再加入三乙胺，通入氮气，调节温度至70-75℃，反应3-5h，得到中间物B；
Figure BDA0003216493020000022
S3：将中间物A分散于甲苯溶液中，加入无水碳酸钾，冰浴超声分散30min，加入中间物B，60℃恒温反应12h，分别用甲苯、乙醇、乙腈洗涤3-5次、离心，干燥，得到中间物C；
Figure BDA0003216493020000031
S4：将中间物C反应釜中，通入氮气，调节温度至150-155℃，在1h内缓慢滴加氯丙烯溶液，滴加完成后反应4-6h，反应结束后，冷却至室温，进行抽滤，将滤液减压蒸馏除去溶剂，40-45℃搅拌洗涤30-55min，静置分液，然后用去离子水洗涤2-5次，得到交联剂。
Figure BDA0003216493020000032
进一步地，所述铝导体光伏电缆通过如下步骤制备：
步骤一：将铝合金杆挤出成铝合金线，将多根铝合金线经过绞线机绞合成型，得到铝导体，在铝导体外侧绕包隔离层，隔离层外侧挤包将绝缘层粒料在开炼机上进行混炼，然后将混炼胶通过挤橡机均匀挤包在隔离层上，并连续通过高温高压的水蒸气管道进行硫化，得到绝缘层；硫化时通水蒸气，水蒸气气压控制在0.8-1.2MPa，线速控制在11-17m/min；
步骤二：在绝缘层外侧挤出外护套，然后成型，风冷、收卷，得到的电线进行辐照，得到光伏电缆。
本发明的有益效果：
(1)首先使用3-氨丙基三乙氧基硅烷将白炭黑改性，使白炭黑上接枝有氨基，再通过异氰脲酸与氢氧化钠反应得到异氰脲酸三钠，再将改性白炭黑与异氰脲酸三钠反应，得到接枝有白炭黑的中间物B，再与氯丙烯反应，得到交联剂，通过交联剂交联聚丙烯，使得聚丙烯固化，增大聚丙烯的交联度，再进行辐照，提高绝缘层的力学强度、热学强度。
(2)由于白炭黑表面含有大量硅氧烷和硅醇基团，异氰脲酸三钠含有独特的三嗪环结构，具有交联速度快、交联密度高、稳定性好、交联产品毒性小等优点，通过将白炭黑接枝到异氰脲酸三钠上，不仅可以提高聚丙烯的力学强度，同时不改变聚丙烯的交联密度。
(3)通过化学键合的作用在接枝白炭黑的交联剂和聚丙烯发生作用，白炭黑亲水的一端能够与交联剂发生反应，使白炭黑表面包覆一层有机物质从而改变白炭黑表面特性，增大白炭黑与聚丙烯的相容性，提高分散程度，而亲油的一端则参与到硫化交联过程中，从而增大聚丙烯间的相互作用力，提高绝缘层的力学强度，同时由于白炭黑具有耐高温、化学稳定性好、不燃、电绝缘性好等优异性能，可以提高了电缆的阻燃性。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备交联剂：
S1：将白炭黑放置于真空干燥箱中150℃活化12h，将白炭黑转入反应釜中，通入氮气，然后加入环己烷，超声分散15min，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，再加入N,N-二甲基甲酰胺，搅拌30min，用冰醋酸调节pH值至5.5，升温至70℃，搅拌反应24h，用无水乙醇反复洗涤、离心、干燥得到中间物A；
S2：将异氰脲酸加入无水乙醇中，加入氢氧化钠溶液，再加入三乙胺，通入氮气，调节温度至70℃，反应3h，得到中间物B；
S3：将中间物A分散于甲苯溶液中，加入无水碳酸钾，冰浴超声分散30min，加入中间物B，60℃恒温反应12h，分别用甲苯、乙醇、乙腈洗涤3次、离心，干燥，得到中间物C；
S4：将中间物C反应釜中，通入氮气，调节温度至150℃，在1h内缓慢滴加氯丙烯溶液，滴加完成后反应4h，反应结束后，冷却至室温，进行抽滤，将滤液减压蒸馏除去溶剂，40℃搅拌洗涤30min，静置分液，然后用去离子水洗涤2次，得到交联剂。
其中，步骤S1中白炭黑、环己烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N,N-二甲基甲酰胺的用量比为2.36g：32mL：0.13mol：0.1mol；步骤S2中异氰脲酸、氢氧化钠溶液、三乙胺的用量比为1.47g：16mL：0.1mol；步骤S3中中间物A、无水碳酸钾、中间物B的用量比为1.05g：0.12mol：0.12mol；步骤S4中中间物C、氯丙烯溶的用量比为1.16g：14mL。
实施例2
制备交联剂：
S1：将白炭黑放置于真空干燥箱中155℃活化14h，将白炭黑转入反应釜中，通入氮气，然后加入环己烷，超声分散20min，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，再加入N,N-二甲基甲酰胺，搅拌45min，用冰醋酸调节pH值至5.5，升温至73℃，搅拌反应24.5h，用无水乙醇反复洗涤、离心、干燥得到中间物A；
S2：将异氰脲酸加入无水乙醇中，加入氢氧化钠溶液，再加入三乙胺，通入氮气，调节温度至73℃，反应4h，得到中间物B；
S3：将中间物A分散于甲苯溶液中，加入无水碳酸钾，冰浴超声分散30min，加入中间物B，60℃恒温反应12h，分别用甲苯、乙醇、乙腈洗涤4次、离心，干燥，得到中间物C；
S4：将中间物C反应釜中，通入氮气，调节温度至153℃，在1h内缓慢滴加氯丙烯溶液，滴加完成后反应5h，反应结束后，冷却至室温，进行抽滤，将滤液减压蒸馏除去溶剂，43℃搅拌洗涤40min，静置分液，然后用去离子水洗涤3次，得到交联剂。
其中，步骤S1中白炭黑、环己烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N,N-二甲基甲酰胺的用量比为2.36g：32mL：0.13mol：0.1mol；步骤S2中异氰脲酸、氢氧化钠溶液、三乙胺的用量比为1.47g：16mL：0.1mol；步骤S3中中间物A、无水碳酸钾、中间物B的用量比为1.05g：0.12mol：0.12mol；步骤S4中中间物C、氯丙烯溶的用量比为1.16g：14mL。
实施例3
制备交联剂：
S1：将白炭黑放置于真空干燥箱中165℃活化15h，将白炭黑转入反应釜中，通入氮气，然后加入环己烷，超声分散30min，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，再加入N,N-二甲基甲酰胺，搅拌55min，用冰醋酸调节pH值至5.5，升温至75℃，搅拌反应25h，用无水乙醇反复洗涤、离心、干燥得到中间物A；
S2：将异氰脲酸加入无水乙醇中，加入氢氧化钠溶液，再加入三乙胺，通入氮气，调节温度至75℃，反应5h，得到中间物B；
S3：将中间物A分散于甲苯溶液中，加入无水碳酸钾，冰浴超声分散30min，加入中间物B，60℃恒温反应12h，分别用甲苯、乙醇、乙腈洗涤5次、离心，干燥，得到中间物C；
S4：将中间物C反应釜中，通入氮气，调节温度至155℃，在1h内缓慢滴加氯丙烯溶液，滴加完成后反应6h，反应结束后，冷却至室温，进行抽滤，将滤液减压蒸馏除去溶剂，45℃搅拌洗涤55min，静置分液，然后用去离子水洗涤5次，得到交联剂。
其中，步骤S1中白炭黑、环己烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N,N-二甲基甲酰胺的用量比为2.36g：32mL：0.13mol：0.1mol；步骤S2中异氰脲酸、氢氧化钠溶液、三乙胺的用量比为1.47g：16mL：0.1mol；步骤S3中中间物A、无水碳酸钾、中间物B的用量比为1.05g：0.12mol：0.12mol；步骤S4中中间物C、氯丙烯溶的用量比为1.16g：14mL。
实施例4
制备绝缘层：
所述绝缘层包括如下重量份原料：聚丙烯45分、交联剂5份、抗氧化剂2份、抗紫外线剂1份；
将聚丙烯加入丙酮中搅拌均匀，密封24h，过滤，除去丙酮，再将交联剂与聚丙烯混合，在50℃水浴中进行溶解，完全溶解后，趁热加入到聚丙烯中搅拌分散，进行熔融共混，再加入高压发泡釜内，用二氧化碳反复充入并释放，重复3次除去釜内空气，然后升温至153℃，再加入抗氧化剂、抗紫外线剂，反应35min，再进行辐照6h，得到绝缘层粒料。
实施例5
制备绝缘层：
所述绝缘层包括如下重量份原料：聚丙烯45.5分、交联剂7份、抗氧化剂4份、抗紫外线剂2份；
将聚丙烯加入丙酮中搅拌均匀，密封25h，过滤，除去丙酮，再将交联剂与聚丙烯混合，在50℃水浴中进行溶解，完全溶解后，趁热加入到聚丙烯中搅拌分散，进行熔融共混，再加入高压发泡釜内，用二氧化碳反复充入并释放，重复4次除去釜内空气，然后升温至154℃，再加入抗氧化剂、抗紫外线剂，反应40min，再进行辐照7h，得到绝缘层粒料。
实施例6
制备绝缘层：
所述绝缘层包括如下重量份原料：聚丙烯46分、交联剂8份、抗氧化剂6份、抗紫外线剂3份；
将聚丙烯加入丙酮中搅拌均匀，密封26h，过滤，除去丙酮，再将交联剂与聚丙烯混合，在50℃水浴中进行溶解，完全溶解后，趁热加入到聚丙烯中搅拌分散，进行熔融共混，再加入高压发泡釜内，用二氧化碳反复充入并释放，重复5次除去釜内空气，然后升温至155℃，再加入抗氧化剂、抗紫外线剂，反应45min，再进行辐照8h，得到绝缘层粒料。
实施例7
一种铝导体光伏电缆，包括铝导体，所述铝导体外侧挤出有隔离层，所述隔离层外侧挤包绝缘层，所述绝缘层外侧挤包有外护套。
其中，所述隔离层由聚乙烯材料制成；所述外护套采用无卤阻燃光伏电缆护套料；所述外护套挤出的密度为1.40g/cm3，挤出预热温度为55℃，挤出导温度为135℃。
制备铝导体光伏电缆：
步骤一：将铝合金杆挤出成铝合金线，将多根铝合金线经过绞线机绞合成型，得到铝导体，在铝导体外侧绕包隔离层，隔离层外侧挤包将绝缘层粒料在开炼机上进行混炼，然后将混炼胶通过挤橡机均匀挤包在隔离层上，并连续通过高温高压的水蒸气管道进行硫化，得到绝缘层；硫化时通水蒸气，水蒸气气压控制在0.8MPa，线速控制在11m/min；
步骤二：在绝缘层外侧挤出外护套，然后成型，风冷、收卷，得到的电线进行辐照，得到光伏电缆。
实施例8
一种铝导体光伏电缆，包括铝导体，所述铝导体外侧挤出有隔离层，所述隔离层外侧挤包绝缘层，所述绝缘层外侧挤包有外护套。
其中，所述隔离层由聚乙烯材料制成；所述外护套采用无卤阻燃光伏电缆护套料；所述外护套挤出的密度为1.42g/cm3，挤出预热温度为60℃，挤出导温度为150℃。
制备铝导体光伏电缆：
步骤一：将铝合金杆挤出成铝合金线，将多根铝合金线经过绞线机绞合成型，得到铝导体，在铝导体外侧绕包隔离层，隔离层外侧挤包将绝缘层粒料在开炼机上进行混炼，然后将混炼胶通过挤橡机均匀挤包在隔离层上，并连续通过高温高压的水蒸气管道进行硫化，得到绝缘层；硫化时通水蒸气，水蒸气气压控制在1MPa，线速控制在14m/min；
步骤二：在绝缘层外侧挤出外护套，然后成型，风冷、收卷，得到的电线进行辐照，得到光伏电缆。
实施例9
一种铝导体光伏电缆，包括铝导体，所述铝导体外侧挤出有隔离层，所述隔离层外侧挤包绝缘层，所述绝缘层外侧挤包有外护套。
其中，所述隔离层由聚乙烯材料制成；所述外护套采用无卤阻燃光伏电缆护套料；所述外护套挤出的密度为1.43g/cm3，挤出预热温度为65℃，挤出导温度为160℃。
制备铝导体光伏电缆：
步骤一：将铝合金杆挤出成铝合金线，将多根铝合金线经过绞线机绞合成型，得到铝导体，在铝导体外侧绕包隔离层，隔离层外侧挤包将绝缘层粒料在开炼机上进行混炼，然后将混炼胶通过挤橡机均匀挤包在隔离层上，并连续通过高温高压的水蒸气管道进行硫化，得到绝缘层；硫化时通水蒸气，水蒸气气压控制在1.2MPa，线速控制在17m/min；
步骤二：在绝缘层外侧挤出外护套，然后成型，风冷、收卷，得到的电线进行辐照，得到光伏电缆。
对比例1
本对比例为市面上常见的一种铝导体光伏电缆。
对实施例7-9和对比例1的铝导体光伏电缆分成四组进行测试：
对实施例7-9和对比例1按照垂直燃烧测试标准UL94-2015，利用ZLT-UL94垂直燃烧测试仪进行测试阻燃性能，按照GB/T1040检测其拉伸强度和断裂伸长率，进行检测，结果如下表所示；
Figure BDA0003216493020000101
从上表可知本发明制得的铝导体光伏电缆阻燃性能强，同时再力学强度试验上，力学强度大。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种铝导体光伏电缆，包括铝导体，其特征在于：所述铝导体外侧挤出有隔离层，所述隔离层外侧挤包绝缘层，所述绝缘层外侧挤包有外护套；
所述绝缘层包括如下重量份原料：聚丙烯45-46分、交联剂5-8份、抗氧化剂2-6份、抗紫外线剂1-3份；
所述绝缘层通过如下步骤制备：
将聚丙烯加入丙酮中搅拌均匀，密封24-26h，过滤，除去丙酮，再将交联剂与聚丙烯混合，充入二氧化碳，并升温至153-155℃，再加入抗氧化剂、抗紫外线剂，反应35-45min，然后对反应物进行常温辐照6-8h，得到绝缘层粒料。
2.根据权利要求1所述的一种铝导体光伏电缆，其特征在于：所述交联剂通过如下步骤制备：
S1：将白炭黑转入反应釜中，通入氮气，然后加入环己烷，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌均匀后，再加入N,N-二甲基甲酰胺，搅拌30-55min，用冰醋酸调节pH值至5.5，升温至70-75℃，搅拌反应24-25h，用无水乙醇反复洗涤、离心、干燥得到中间物A；
S2：将异氰脲酸加入无水乙醇中，加入氢氧化钠溶液，再加入三乙胺，通入氮气，调节温度至70-75℃，反应3-5h，得到中间物B；
S3：将中间物A分散于甲苯溶液中，加入无水碳酸钾，冰浴超声分散30min，加入中间物B，60℃恒温反应12h，用甲苯、乙醇、乙腈反复洗涤、离心，干燥，得到中间物C；
S4：将中间物C反应釜中，通入氮气，调节温度至150-155℃，在1h内缓慢滴加氯丙烯溶液，滴加完成后反应4-6h，反应结束后，冷却至室温，进行抽滤，用去离子水洗涤2-5次，得到交联剂。
3.根据权利要求2所述的一种铝导体光伏电缆，其特征在于：步骤S1中白炭黑、环己烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N,N-二甲基甲酰胺的用量比为2.36g：32mL：0.13mol：0.1mol。
4.根据权利要求2所述的一种铝导体光伏电缆，其特征在于：步骤S2中异氰脲酸、氢氧化钠溶液、三乙胺的用量比为1.47g：16mL：0.1mol。
5.根据权利要求2所述的一种铝导体光伏电缆，其特征在于：步骤S3中中间物A、无水碳酸钾、中间物B的用量比为1.05g：0.12mol：0.12mol；步骤S4中中间物C、氯丙烯溶的用量比为1.16g：14mL。
6.根据权利要求1所述的一种铝导体光伏电缆，其特征在于：由如下步骤制成；
步骤一：将铝合金杆挤出成铝合金线，将多根铝合金线经过绞线机绞合成型，得到铝导体，在铝导体外侧绕包隔离层，隔离层外侧挤包将绝缘层粒料在开炼机上进行混炼，然后将混炼胶通过挤橡机均匀挤包在隔离层上，并连续通过高温高压的水蒸气管道进行硫化，得到绝缘层；
步骤二：在绝缘层外侧挤出外护套，然后成型，风冷、收卷，得到的电线进行辐照，得到光伏电缆。
7.根据权利要求6所述的一种铝导体光伏电缆，其特征在于：所述隔离层由聚乙烯材料制成；所述外护套采用无卤阻燃光伏电缆护套料。
8.根据权利要求6所述的一种铝导体光伏电缆，其特征在于：硫化时通水蒸气，水蒸气气压控制在0.8-1.2MPa，线速控制在11-17m/min。
9.根据权利要求6所述的一种铝导体光伏电缆，其特征在于：所述外护套挤出的密度为1.40-1.43g/cm3，挤出预热温度为55-65℃，挤出导温度为135-160℃。
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