CN114685874B - 一种海缆用半导电聚烯烃护套料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海缆用半导电聚烯烃护套料及其制备方法和用途。本发明的海缆用半导电聚烯烃护套料，包括下列重量份的组分：聚烯烃树脂100份；改性剂3～10份；润滑剂2.0～5.5份；抗氧剂0.10～0.65份；导电炭黑20～50份。本发明以物理力学强度高和加工性能好的双峰聚为基材，通过添加改性剂改善了物料的分散效果，确保半导电护套料在加工过程中，挤出性能好，表面光滑细腻，从而制备获得一种力学性能特别是老化性能优越的海缆用聚烯烃半导电护套料，满足GB/T 32346.2‑2015大长度交流海底电缆料的所有要求，同时拥有卓越的力学性能，导电性能和耐磨性能，可以广泛用于中高压海底电缆导电外护层。
Description
技术领域
本发明涉及电缆料技术领域，特别涉及一种海缆用半导电聚烯烃护套料及其制备方法和用途。
背景技术
随着我国城市发展步伐不断加快，特别是沿海地区，开发起步早，经济发达，对沿海岛屿的开发以及相应的电力需求也是急速增长，而要有效解决电力传输问题，最优的办法就是通过海缆进行连接。这也是近年来我国海缆市场快速增长的原因之一。作为海缆的非常重要的组成部分，海缆用半导电护套料的性能优劣，直接影响海缆电缆的重量和运行使用周期。因此开发性能优异，电缆耐磨效果好的半导电护套料，以最大程度的保证电缆的重量，则显得非常重要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种海缆用半导电聚烯烃护套料及其制备方法和用途，通过选用性能优异的双峰聚烯烃树脂为基材，制备一种挤出加工性能、力学性能优越的海缆用聚烯烃半导电护套料，满足中高压海底电线电缆的要求。
为了实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括采用如下技术方案获得。
本发明的目的之一在于提供了海缆用半导电聚烯烃护套料，包括下列重量份的原料组分：
优选地，所述改性剂的重量份可以是3～7份，也可以是5～9份，也可以是6～10份。本申请中，改性剂添加太少制出的电缆料力学性能和耐磨性不好，改性剂添加太多会导致材料打滑影响挤出效果。
优选地，所述润滑剂可以是2.0～4.5份，也可以是3.5～5.5份；所述抗氧化剂可以是0.10～0.35份，也可以是0.20～0.45份，也可以是0.3～0.65份；所述导电炭黑可以是20～35份，也可以是30～45份，也可是45～50份。
优选地，所述聚烯烃树脂为双峰聚乙烯树脂。本发明中，双峰聚乙烯是指分子量分布曲线呈现两个峰值的聚乙烯树脂，由高分子量部分和低分子量部分组成，低分子量部分具有较少的侧链，高分子量部分具有较多的侧链，使得高分子量部分为产品提供优良的物理力学强度，同时低分子量部分可以大大改善产品的加工性能。
更优选地，所述双峰聚乙烯树脂的密度＞0.93g/cm3，在190℃和2.16Kg下的熔融指数<2.0g/10min。本申请中，熔融指数的测定方法参照《ASTM D1238用挤压塑料计测量热塑性塑料熔体流动速率的试验方法》进行，密度的测定方法参照《ISO 1183-1非泡沫塑料密度的测定》的进行。
优选地，所述原料组分还包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体中的一种或两种。
更优选地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的重量百分比含量为18％～28％。本发明中乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)是由乙烯(E)和醋酸乙烯(VA)共聚而制得，具有良好的柔韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能。
更优选地，所述聚烯烃弹性体(POE)是以茂金属为催化剂原位聚合的乙烯-α-辛烯共聚物，所述聚烯烃弹性体(POE)在150℃和2.16Kg下的熔融指数为<3.0g/10min。
进一步优选地，所述原料组分还包括乙烯-醋酸乙烯共聚物，所述双峰聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物的质量比为(60～80)：(20～40)。
进一步优选地，所述原料组分还包括聚烯烃弹性体，所述双峰聚乙烯与聚烯烃弹性体的质量比为(60～80)：(20～40)。
进一步优选地，所述原料组分还包括乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚烯烃弹性体，所述双峰聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚烯烃弹性体的质量比为(60～80)：(10～20)：(10～20)。
优选地，所述改性剂为硅酮。所述硅酮是聚二甲基硅氧烷。
优选地，所述润滑剂选自硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌和聚乙烯蜡中的一种或几种。
优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡。
优选地，所述抗氧化剂选自抗氧化剂1010、硫代二丙酸双月桂酯(DLTP)、多元受阻酚类、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯中的一种或几种。
更优选地，所述抗氧化剂选自抗氧化剂1010和硫代二丙酸双月桂酯(DLTP)中的一种或两种。
优选地，所述导电炭黑的粒径为≤30nm，比表面积≤70m2/g。
本发明目的之二在于提供一种海缆用半导电聚烯烃护套料的制备方法，包括如下步骤，
1)将上述所述各原料组分混合；
2)将混合后的物料挤出造粒，烘干。
优选地，步骤1)中，所述混合采用混合机进行混合，所述混合机的工作温度为30℃～75℃，工作时间为3min～15min。
优选地，步骤2)中，所述造粒采用双螺杆挤出机进行挤出造粒，所述双螺杆挤出机的加热温度为145℃～195℃。
更优选地，所述双螺杆挤出机共分为六个加热区，分别为：
第一区温度：145℃～160℃，优选148℃～152℃；
第二区温度：155℃～170℃，优选158℃～162℃；
第三区温度：165℃～180℃，优选168℃～172℃；
第四区温度：175℃～185℃，优选178℃～182℃；
第五区温度：180℃～190℃，优选183℃～187℃；
第六区温度：180℃～195℃，优选188℃～192℃。
优选地，步骤2)中，所述烘干温度为70℃～85℃。
优选地，步骤2)中，所述烘干时间为1.0h～3.0h。
本发明的目的之三在于提供上述所述的海缆用半导电聚烯烃护套料用于制成在海底使用的电线电缆中的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明以物理力学强度高和加工性能好的双峰聚烯烃树脂为基材，通过添加改性剂改善了物料的分散效果，确保半导电护套料在加工过程中，挤出性能好，表面光滑细腻，从而制备获得一种力学性能特别是老化性能优越的海缆用聚烯烃半导电护套料，该护套料同时拥有卓越的机械性能，且导电性能和耐磨性能良好，可以广泛用于中高压(电压等级超过35KV及以上)海底电缆导电外保护层。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
本实施例电缆料配方中，各原料组分名称及各组分重量份数如下：
本实施例中，抗氧化剂为1010；润滑剂为硬脂酸镁；聚烯烃树脂为双峰聚乙烯，其密度为0.94g/cm3，在190℃和2.16Kg下的熔融指数为0.3g/10min；改性剂为硅酮。
本实施例中，海缆用半导电聚烯烃护套料的制备方法如下：将各原料组分按照上述配比准确称量，并依次置入混合机中加热进行高速搅拌，混合机温度控制在30℃，混合时间为15分钟，转速为180r/min；将搅拌均匀的原料直接装入双螺杆挤出机进行造粒，挤出机的温度分段设置为148℃～152℃、158℃～162℃、168℃～172℃、178℃～182℃、183℃～187℃和188℃～192℃，造粒后在80℃烘干2小时，即得海缆用半导电聚烯烃护套料。
实施例2
本实施例电缆料配方中，各原料组分名称及各组分重量份数如下：
本实施例中，抗氧化剂为硫代二丙酸双月桂酯(DLTP)；润滑剂为硬脂酸钙；聚烯烃树脂为双峰聚乙烯，其密度为0.94g/cm3，在190℃和2.16Kg下的熔融指数为0.3g/10min；原料还包括乙烯-醋酸乙烯共聚物，双峰聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物的质量比为80：20，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的重量百分比含量为25％；改性剂为硅酮。
本实施例中，海缆用半导电聚烯烃护套料的制备方法如下：将各原料组分按照上述配比准确称量，并依次置入混合机中加热进行高速搅拌，混合机温度控制在50℃，混合时间为10分钟，转速为180r/min；将搅拌均匀的原料直接装入双螺杆挤出机进行造粒，挤出机的温度分段设置为145℃～147℃、155℃～157℃、165℃～169℃、175℃～179℃、180℃～184℃和180℃～184℃，造粒后在70℃烘干3小时，即得海缆用半导电聚烯烃护套料。
实施例3
本实施例电缆料配方中，各原料组分名称及各组分重量份数如下：
本实施例中，抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯；润滑剂为聚乙烯蜡；聚烯烃树脂为双峰聚乙烯，其密度为0.94g/cm3，在190℃和2.16Kg下的熔融指数为0.3g/10min；原料还包括聚烯烃弹性体，双峰聚乙烯与聚烯烃弹性体的质量比为80：20，聚烯烃弹性体在150℃和2.16Kg下的熔融指数为2.0g/10min；改性剂为硅酮。
本实施例中，海缆用半导电聚烯烃护套料的制备方法如下：将各原料组分按照上述配比准确称量，并依次置入混合机中加热进行高速搅拌，混合机温度控制在75℃，混合时间为3分钟，转速为180r/min；将搅拌均匀的原料直接装入双螺杆挤出机进行造粒，挤出机的温度分段设置为156℃～160℃、166℃～170℃、176℃～180℃、181℃～185℃、186℃～190℃和191℃～195℃，造粒后在85℃烘干1小时，即得海缆用半导电聚烯烃护套料。
实施例4
本实施例电缆料配方中，各原料组分名称及各组分重量份数如下：
本实施例中，抗氧化剂为多元受阻酚类；润滑剂为聚乙烯蜡；聚烯烃树脂为双峰聚乙烯，其密度为0.94g/cm3，在190℃和2.16Kg下的熔融指数为0.3g/10min；原料还包括乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚烯烃弹性体，双峰聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚烯烃弹性体的质量比为80：10：10，聚烯烃弹性体在150℃和2.16Kg下的熔融指数为2.0g/10min，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的重量百分含量为25％；改性剂为硅酮。
本实施例中，海缆用半导电聚烯烃护套料的制备方法如下：将各原料组分按照上述配比准确称量，并依次置入混合机中加热进行高速搅拌，混合机温度控制在75℃，混合时间为3分钟，转速为180r/min；将搅拌均匀的原料直接装入双螺杆挤出机进行造粒，挤出机的温度分段设置为156℃～160℃、166℃～170℃、176℃～180℃、181℃～185℃、186℃～190℃和191℃～195℃，造粒后在85℃烘干1小时，即得海缆用半导电聚烯烃护套料。
对比例1
电缆料配方中，各组分名称及各组分重量份数如下：
本实施例中，抗氧化剂为抗氧化剂1010和抗氧化剂DLTP的组合，抗氧化剂1010和抗氧化剂DLTP的重量比为0.3：1；润滑剂为聚乙烯蜡；聚烯烃树脂为双峰聚乙烯，其密度为0.94g/cm3，在190℃和2.16Kg下的熔融指数为0.3g/10min；原料还包括聚烯烃弹性体，双峰聚乙烯和聚乙烯弹性体的质量比为80：20，聚烯烃弹性体在150℃和2.16Kg下的熔融指数为2.0g/10min。
混合及挤出造粒等工艺同实施例3。
对比例2
电缆料配方中，各组分名称及各组分重量份数如下：
本实施例中，抗氧化剂为抗氧化剂1010和抗氧化剂DLTP的组合，其中抗氧化剂1010和抗氧化剂DLTP的重量比为0.3：1；润滑剂为聚乙烯蜡；聚烯烃树脂为普通聚乙烯，其密度为0.94g/cm3，在190℃和2.16Kg下的熔融指数为0.3g/10min；原料还包括聚烯烃弹性体，普通聚乙烯和聚乙烯弹性体的质量比为80：20，聚烯烃弹性体在150℃和2.16Kg下的熔融指数为2.0g/10min；改性剂为硅酮。
混合及挤出造粒等工艺同实施例3。
将按照实施例1～4及对比例1～2中配比制得的电缆料按照《GB/T32346.2-2015额定电压220kV(Um＝252kV)交联聚乙烯绝缘大长度交流海底电缆及附件第2部分：大长度交流海底电缆》标准进行性能测试，所制备的电缆料的相关性能结果见表1。
表1海缆用半导电聚烯烃护套料的性能检测
由上表1可知，不添加改性剂的对比例1和采用不是双峰聚乙烯树脂的对比例2，制成的电线电缆料的体积电阻率、力学性能和耐磨性都低于实施例。添加双峰聚乙烯和改性剂硅酮的实施例1～4，经7d老化试验后，断裂伸长率和拉伸强度变化均比较小，说明材料没有被老化，不会存在因材料老化而出现质量事故，并且符合GB/T32346.2-2015中规定的大长度交流海底电缆的要求。因此，以本发明的海缆用半导电聚烯烃护套料的配方制备出来的护套料，可以广泛用于中高压海底电缆导电外护层，其中中压海底电缆的电压等级为35KV，高压海底电缆的电压等级超过66KV，使用本发明可以有效的确保海底电缆的机械性能和耐磨性能，并能有效提高电缆的使用寿命。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种海缆用半导电聚烯烃护套料，其特征在于，包括下列重量份的原料组分组成：
所述聚烯烃树脂为双峰聚乙烯，所述双峰聚乙烯的密度＞0.93g/cm3，在190℃和2.16Kg下的熔融指数<2.0g/10min；
所述改性剂为硅酮；
所述原料组分还包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体中的一种或两种，当原料组分还包括乙烯-醋酸乙烯共聚物时，所述双峰聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物的质量比为(60～80)：(20～40)；
当原料组分还包括聚烯烃弹性体时，所述双峰聚乙烯与聚烯烃弹性体的质量比为(60～80)：(20～40)；
当原料组分还包括乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚烯烃弹性体时，所述双峰聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚烯烃弹性体的质量比为(60～80)：(10～20)：(10～20)。
2.根据权利要求1所述的海缆用半导电聚烯烃护套料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的重量百分比含量为18％～28％；
所述聚烯烃弹性体在150℃和2.16Kg下的熔融指数<3.0g/10min。
3.根据权利要求1所述的海缆用半导电聚烯烃护套料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌和聚乙烯蜡中的一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的海缆用半导电聚烯烃护套料，其特征在于，所述抗氧化剂选自抗氧化剂1010、硫代二丙酸双月桂酯、多元受阻酚类、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的海缆用半导电聚烯烃护套料，其特征在于，所述导电炭黑的粒径为≤30nm，比表面积≤70m2/g。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的海缆用半导电聚烯烃护套料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
1)将各原料组分混合；
2)将混合后的物料挤出造粒，烘干。
7.根据权利要求6所述的海缆用半导电聚烯烃护套料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述混合采用混合机进行混合，所述混合机的工作温度为30℃～75℃，工作时间为3min～15min。
8.根据权利要求6所述的海缆用半导电聚烯烃护套料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述造粒采用双螺杆挤出机进行挤出造粒，所述双螺杆挤出机的加热温度为145℃～195℃。
9.根据权利要求1～5任一项所述的海缆用半导电聚烯烃护套料用于制成在海底使用的电线电缆中的用途。
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| CN104583301A (zh) * | 2012-08-31 | 2015-04-29 | 北欧化工股份公司 | 一种导电套 |
| CN104870549A (zh) * | 2012-12-21 | 2015-08-26 | 陶氏环球技术有限责任公司 | 用于具有降低的收缩率和增强的可加工性的电缆护套的基于聚烯烃的化合物 |
| CN109851904A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-06-07 | 南通立晟德新材料科技有限公司 | 一种海底电缆用半导电聚乙烯护套 |
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| 王文广.《聚合物改性原理》.中国轻工业出版社,2018,(第第1版版),61-62. * |
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