CN113969009A - 一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料及其制备方法和应用，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：聚烯烃树脂85‑95份；硅烷偶联剂0.5‑2.5份；引发剂0.1‑0.3份；抗氧剂0.1‑0.3份；阻燃剂2‑5份；填充剂1‑3份。本发明的耐高温自交联无卤阻燃电缆料不需要经过电子加速器等物理辐照工序，在夏季自然条件下可自交联完成分子重组，形成稳定的网状结构，可用于新能源电动汽车用高压特种电缆。
Description
技术领域
本发明属于电缆料技术领域，涉及一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料及其制备方法和应用，具体涉及一种耐高温自交联低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法和应用。
背景技术
近几年来新能源汽车的发展速度有目共睹，随着新能源电动汽车领域的高速发展，电动汽车将逐渐代替燃油车。然而电动汽车系统与传统燃油车架构有很大差别，比如电动汽车高压电缆系统，由于连接高压电池、逆变器、电机等部件，对其提出了各种技术要求，摒弃了传统燃油车所使用的低压电缆，在此背景下，高电压，大电流传输应运而生，其所需的耐高压，耐高温电缆日益剧增。
作为新能源电动汽车的血管，新能源汽车高压线种类丰富，其在车内的应用主要是以下几类：直流充电座总成线束、交流充电座总成线束、电池总正总负线束、车载充电机线束、PDU线束等。不同用途的新能源汽车，其高压线结构不同，特点也有些许差异，总的来看主要为以下几点：(1)高电压；(2)大电流；(3)EMC性能；(4)耐热性；(5)耐久性；(6)安全性；(7)柔软性。其中EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力，可采用屏蔽层来提高EMC性能，而其他几个性能的优劣则受到绝缘层和护套层性能的影响。
CN110791011A公开了一种150℃辐照交联低烟无卤阻燃弹性体电缆料及其制备方法，该电缆料该电缆料由如下组分制备而成：乙烯-醋酸乙烯酯橡胶EVM10～40份；三元乙丙橡胶EPDM 10～40份；聚烯烃树脂5～20份；增塑体系0～20份；阻燃体系20～40份；消烟体系20～40份；阻燃协效体系1～8份；防老体系0.5～3份；润滑体系0.2～3份；抗紫外线体系0.2～1份；交联敏化体系0.5～3份。该发明制备的电缆料制成的电线电缆，经辐照交联后，拥有较高的物理机械性能、优异的电绝缘性能、耐化学介质性能、阻燃性能和耐热性能，可用于长期工作温度150℃的电缆要求。但该发明的电缆料需经过需要电子加速器进行物理辐照，过程较为繁琐。
因此，在本领域中，期望开发一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料，其可以免除采用电子加速器等进行物理辐照工序，使得制备电缆的过程更为简单高效。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料及其制备方法和应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
在本发明中，耐高温自交联无卤阻燃电缆料以聚烯烃树脂为主要成分，同时配合硅烷偶联剂使用，使得该电缆料不需要经过电子加速器等物理辐照工序，可在夏季自然条件下自交联完成分子重组，形成稳定的网状结构，从而使得制备成电缆时，大量节约成本、降低工序难度。该电缆料还具有优异的韧性、耐磨性、低温柔韧性、耐油性、耐霉菌性、弹性、热稳定性及优异的机械性能和良好的阻燃性能。
耐高温系指产品在超过100℃高温下，抗热气侵蚀及化学稳定性的能力。本发明所述的耐高温是指自交联无卤阻燃电缆料可长期耐125℃高温，其短时最高使用温度可达200℃。
在本发明中，电缆交联前高分子材料的分子结构就像一条条长的线，没交联时强度低，易拉断，且没有弹性，交联就是在线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连在一起，形成网状结构，因此提高了高分子材料的强度、弹性，化学稳定性及耐热的特性，强度即增加耐高压性、耐热即增加耐高温性。
在本发明中，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料中，聚烯烃树脂的用量可以为85份、86份、87份、88份、89份、90份、91份、92份、93份、94份或95份等。
在本发明中，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料中，硅烷偶联剂的用量可以为0.5份、1份、1.5份、2份或2.5份等。
在本发明中，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料中，引发剂的用量可以为0.1份、0.15份、0.2份、0.25份或0.3份等。
在本发明中，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料中，抗氧剂的用量可以为0.1份、0.15份、0.2份、0.25份或0.3份等。
在本发明中，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料中，阻燃剂的用量可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等。
在本发明中，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料中，填充剂的用量可以为1份、1.5份、2份、2.5份或3份等。
优选地，所述聚烯烃树脂包括聚乙烯和/或乙烯-醋酸乙烯共聚物。
优选地，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷，例如硅烷A171等。
优选地，所述引发剂包括乙烯基三乙氧基硅烷，它能使线型或轻度支链型的大分子转变成三维网状结构，以此提高产品的强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性等性能。
优选地，所述抗氧剂包括双肉桂酰基硫代双丙酸脂(DLTDP)，预防性或助抗氧剂可分解氢过氧化物，而不形成自由基中间产物，因此，它们可防止由氢过氧化物分解为自由基所导致的链的支化。
优选地，所述阻燃剂包括磷酸三丁酯，它们燃烧时形成偏磷酸，偏磷酸聚合成非常稳定的多聚态，成为塑料的保护层而将氧隔绝。
优选地，所述填充剂包括硅酸钙，硅酸钙可以提高热固性树脂、聚烯烃等的耐化学、耐湿性能，降低成型收缩率，并有优良的尺寸稳定性、韧性、硬度、电和热的绝缘性。
优选地，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料还包括1-2份色母。
作为本发明的优选技术方案，所述色母为聚乙烯基色母，色母可以给电缆附着相应的颜色。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将配方量的聚烯烃树脂、硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、阻燃剂、填充剂和任选的色母混合，经挤出机挤出造粒，得到所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
优选地，所述挤出机为压缩比为(1.2～2):1(例如1.2:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.8:1或2:1等)的低压缩比单螺杆挤出机。
优选地，所述单螺杆挤出机的温度设置为：机筒温度135-155℃，例如135℃、140℃、145℃、150℃或155℃等，机头温度145-165℃，例如145℃、150℃、155℃、160℃或165℃等，，以确保原料充分塑化。
作为本发明的优选技术方案，挤出前应清理螺杆以保证产品的洁净程度。
作为本发明的优选技术方案，挤出过程中可在网板上放置一层60目或80目的滤网，以避免挤出过程中杂质掺入。
第三方面，本发明提供一种新能源电动汽车用高压特种电缆，所述新能源电动汽车用高压特种电缆自内而外依次包括中心导体、无纺布、绝缘层、屏蔽层和护套层；所述绝缘层和护套层的原料均为如第一方面所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
作为本发明的优选技术方案，当将第一方面所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料用于制备新能源电动汽车用高压特种电缆前，对电缆料进行干燥处理，干燥的温度为50-70℃，例如50℃、55℃、60℃、65℃或70℃等，干燥的时间1-2h，例如1h、1.5h或2h等。
在本发明中，电缆的绝缘层和护套层的原料均为如第一方面所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料，可使得电缆具有优良的耐温和绝缘电性能。
优选地，所述中心导体为无氧铜导体。所述中心导体采用符合EN 13602标准的无氧铜导体，按照ISO6722标准的C型导体绞合，保证电缆的柔软性。
中心导体的表面包覆有单层无纺布，能够有效防止裸铜导体的氧化，保障导体的圆整性，从而确保绝缘挤出后的同心度和优良的绝缘电性能。
优选地，所述屏蔽层为双层屏蔽结构，内层为铝箔层，外层为镀锡铜丝编织层。
作为本发明的优选技术方案，铝箔绕包配合高密度精编工艺的镀锡铜丝编织的双屏蔽形式实现了电缆在复杂电路中使用时抵抗电磁干扰及防止自身释放干扰的目的。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的耐高温自交联无卤阻燃电缆料以聚烯烃树脂为主要成分，同时配合硅烷偶联剂使用，使得该电缆料不需要经过电子加速器等物理辐照工序，可在夏季自然条件下自交联完成分子重组，形成稳定的网状结构。当本发明的电缆料作为电缆绝缘层和护套层的原料时，不仅提高了电缆的耐高低温性能和可靠性(3000h长期老化条件下无裂纹、不击穿)，还大量节约成本、降低工序难度、极大地提高了生产效率，同时满足了新能源电动汽车对电缆的性能要求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的新能源电动汽车用高压特种电缆的结构示意图。
其中，1-无氧铜导体、2-无纺布、3-绝缘层、4-铝箔层、5-镀锡铜丝编织层、6-护套层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中提供一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
其中，聚烯烃树脂为聚乙烯(牌号为DFDA-7144)；硅烷偶联剂为硅烷A171；引发剂为乙烯基三乙氧基硅烷；抗氧剂为DLTDP；阻燃剂为磷酸三丁酯；填充剂为硅酸钙。
制备方法包括以下步骤：
将配方量的聚烯烃树脂、硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、阻燃剂和填充剂混合均匀后加入料斗，使用压缩比为2:1的低压缩比单螺杆挤出机挤出造粒，得到所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
其中，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒温度140℃，机头温度150℃；挤出前应清理螺杆以保证产品的洁净程度，挤出过程中在网板上放置一层80目滤网，以避免挤出过程中杂质掺入。
在本实施例中还提供一种如图1所示的新能源电动汽车用高压特种电缆，所述新能源电动汽车用高压特种电缆自内而外依次包括无氧铜导体1、无纺布2、绝缘层3、铝箔层4、镀锡铜丝编织层5和护套层6；其中，电缆的绝缘层和护套层的原料均为本实施例制备的耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
实施例2
在本实施例中提供一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
其中，聚烯烃树脂为聚乙烯(牌号为DFDA-7144)；硅烷偶联剂为硅烷A171；引发剂为乙烯基三乙氧基硅烷；抗氧剂为DLTDP；阻燃剂为磷酸三丁酯；填充剂为硅酸钙。
制备方法包括以下步骤：
将配方量的聚烯烃树脂、硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、阻燃剂和填充剂混合均匀后加入料斗，使用压缩比为1.2:1的低压缩比单螺杆挤出机挤出造粒，得到所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
其中，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒温度135℃，机头温度145℃；挤出前应清理螺杆以保证产品的洁净程度，挤出过程中在网板上放置一层80目滤网，以避免挤出过程中杂质掺入。
在本实施例中还提供一种如图1所示的新能源电动汽车用高压特种电缆，所述新能源电动汽车用高压特种电缆自内而外依次包括无氧铜导体、无纺布、绝缘层、铝箔层、镀锡铜丝编织层和护套层；其中，电缆的绝缘层和护套层的原料均为本实施例制备的耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
实施例3
在本实施例中提供一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
其中，聚烯烃树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物(牌号：kpl-65129，厂家：山东开普勒科技有限公司)；硅烷偶联剂为硅烷A171；引发剂为乙烯基三乙氧基硅烷；抗氧剂为DLTDP；阻燃剂为磷酸三丁酯；填充剂为硅酸钙。
制备方法包括以下步骤：
将配方量的聚烯烃树脂、硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、阻燃剂和填充剂混合均匀后加入料斗，使用压缩比为1.5:1的低压缩比单螺杆挤出机挤出造粒，得到所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
其中，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒温度155℃，机头温度165℃；挤出前应清理螺杆以保证产品的洁净程度，挤出过程中在网板上放置一层80目滤网，以避免挤出过程中杂质掺入。
在本实施例中还提供一种如图1所示的新能源电动汽车用高压特种电缆，所述新能源电动汽车用高压特种电缆自内而外依次包括无氧铜导体、无纺布、绝缘层、铝箔层、镀锡铜丝编织层和护套层；其中，电缆的绝缘层和护套层的原料均为本实施例制备的耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
实施例4
在本实施例中提供一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
其中，聚烯烃树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物(牌号：kpl-65129，厂家：山东开普勒科技有限公司)；硅烷偶联剂为硅烷A171；引发剂为乙烯基三乙氧基硅烷；抗氧剂为DLTDP；阻燃剂为磷酸三丁酯；填充剂为硅酸钙。
制备方法包括以下步骤：
将配方量的聚烯烃树脂、硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、阻燃剂和填充剂混合均匀后加入料斗，使用压缩比为1.5:1的低压缩比单螺杆挤出机挤出造粒，得到所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
其中，单螺杆挤出机的温度设置为：机筒温度150℃，机头温度160℃；挤出前应清理螺杆以保证产品的洁净程度，挤出过程中在网板上放置一层80目滤网，以避免挤出过程中杂质掺入。
在本实施例中还提供一种如图1所示的新能源电动汽车用高压特种电缆，所述新能源电动汽车用高压特种电缆自内而外依次包括无氧铜导体、无纺布、绝缘层、铝箔层、镀锡铜丝编织层和护套层；其中，电缆的绝缘层和护套层的原料均为本实施例制备的耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处仅在于，将硅烷偶联剂(硅烷A171)替换为等量的乙烯基三乙氧基硅烷。
对比例1
本对比例与实施例1不同之处仅在于，聚乙烯的重量份数为83份，其他条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1不同之处仅在于，制备原料中不包括硅烷偶联剂，其他条件均与实施例1相同。
对实施例以及对比例提供的新能源电动汽车用高压特种电缆进行性能测试，测试方法如下：
(1)机械抗张强度：按照GB/T 2951.11标准方法进行测试。
(2)断裂伸长率：按照GB/T 2951.11标准方法进行测试。
(3)热延伸：按照GB/T 2951.21标准方法进行测试。
(4)体积电阻率：按照ISO6722-1-2011标准5.7条款方法进行测试。
(5)耐电压：按照ISO6722-1-2011标准5.5条款方法进行测试。
(6)3000h长期老化：按照ISO6722-1-2011标准5.13条款方法进行测试。
性能测试结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，采用本发明实施例提供的电缆料制备的电缆均具有较高的机械抗压强度(11.3-11.6MPa)以及耐高温性、耐电压性(＞8KV)，并且不需要经过电子加速器等物理辐照工序，即可自交联完成分子重组，形成稳定的网状结构。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的耐高温自交联无卤阻燃电缆料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种耐高温自交联无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述聚烯烃树脂包括聚乙烯和/或乙烯-醋酸乙烯共聚物。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷；
优选地，所述引发剂包括乙烯基三乙氧基硅烷。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述抗氧剂包括双肉桂酰基硫代双丙酸脂；
优选地，所述阻燃剂包括磷酸三丁酯；
优选地，所述填充剂包括硅酸钙。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备原料还包括1-2份色母。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将配方量的聚烯烃树脂、硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、阻燃剂、填充剂和任选的色母混合，经挤出机挤出造粒，得到所述耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机为压缩比为(1.2～2):1的低压缩比单螺杆挤出机；
优选地，所述单螺杆挤出机的温度设置为：机筒温度135-155℃，机头温度145-165℃。
8.一种新能源电动汽车用高压特种电缆，其特征在于，所述新能源电动汽车用高压特种电缆自内而外依次包括中心导体、无纺布、绝缘层、屏蔽层和护套层；所述绝缘层和护套层的原料均为如权利要求1-5中任一项所述的耐高温自交联无卤阻燃电缆料。
9.根据权利要求8所述的新能源电动汽车用高压特种电缆，其特征在于，所述中心导体为无氧铜导体。
10.根据权利要求8所述的新能源电动汽车用高压特种电缆，其特征在于，所述屏蔽层为双层屏蔽结构，内层为铝箔层，外层为镀锡铜丝编织层。
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