CN114805984A - 一种高散热性hdpe电力导管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电力保护管领域，具体公开了一种高散热性HDPE电力导管及其制备方法。高散热性HDPE电力导管包括以下重量份的原料：HDPE 100‑200份、聚氨酯弹性体30‑60份、聚碳酸酯40‑70份、聚己内酯10‑15、苯乙烯‑丙烯腈共聚物10‑20份、抗氧剂3‑6份、阻燃剂10‑15份、颜料0.08‑0.12份、偶联剂5‑8份、散热纤维40‑80份；所述散热纤维包括质量比为1:（0.3‑0.5）:（0.1‑0.4）的中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼。本申请的高散热性HDPE电力导管具有散热性好，且质量轻，耐低温的优点。

Description

一种高散热性HDPE电力导管及其制备方法

技术领域

本申请涉及电力保护管技术领域，更具体地说，它涉及一种高散热性HDPE电力导管及其制备方法。

背景技术

随着城市大规模建设，电力资源需求越来越大，电缆在城市早已经从空中建设进化到了道路埋设，而且电缆的埋设必须要有电缆管道的铺设为基础工程，电力导管主要用作电缆护套，保护电缆不受外界损坏，确保用电安全。埋设在地下的电缆管既要承受地面上重物的压力和碰撞，又要耐腐蚀、不易老化，同时还要绝缘。

由于高压电缆在负荷状态下处于发热状态，管材内经常保持较高的温度，导致电缆线绝缘层的使用寿命缩短，容易发生老化龟裂、短路等，进而引发安全事故，造成不必要的人身及财产损失，目前改善电缆散热性的方法主要是添加一些导热系数高的物质，增大电缆管的散热效果。

现有技术中，申请号为CN2016101077279的中国发明专利文件公开了一种阻燃高散热改性聚丙烯电力管材，主要由按重量份计的以下组分制作而成：聚丙烯750-1000份、金刚石粉5-200份、石墨烯5-100份、银粉5-80份、氮化铝粉10-180份、氧化聚乙烯蜡1-10份、乙烯-丙烯共聚物10-100份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-100份、三元乙丙胶10-80份、耐热聚乙烯50-150份、抗氧剂5-30份、阻燃剂80-300份、刚性填充料10-100份、偶联剂5-30份以及氯化聚丙烯50-150份。

针对上述中的相关技术，发明人发现虽然添加高导热系数的物质能增大电力管的散热性能，但经过高导热系数物质改性的聚丙烯等主体材料密度增大，增加电力管重量的同时，对也增加了电力管的低温脆性，使运输和安装难度增加。

发明内容

为了提高电力管散热性的同时，降低电力管的重量和低温脆性，本申请提供一种高散热性HDPE电力导管及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高散热性HDPE电力导管，采用如下的技术方案：

一种高散热性HDPE电力导管，包括以下重量份的原料：

HDPE 100-200份、聚氨酯弹性体30-60份、聚碳酸酯40-70份、聚己内酯10-15、苯乙烯-丙烯腈共聚物10-20份、抗氧剂3-6份、阻燃剂10-15份、颜料0.08-0.12份、偶联剂5-8份、散热纤维40-80份；

所述散热纤维包括质量比为1:(0.3-0.5):(0.1-0.4)的中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼。

使用HDPE作为电力导管的基础原料，HDPE的耐低温性能好，最低使用温度达到-100℃，适合作为低温下使用的高分子材料，但其耐环境应力不佳，因此采用聚碳酸酯、聚氨酯弹性体对其进行改性，聚碳酸酯具有优异的抗冲击性、尺寸稳定性、抗蠕变性和耐候性腐蚀性，聚氨酯弹性体具有优良的弹性，使用聚氨酯弹性体和聚碳酸酯能改善HDPE的耐环境应力，而且使用聚己内酯和苯乙烯-丙烯腈共聚物能使聚氨酯弹性体和聚碳酸酯的相容性增大，有利于电力导管的成形加工，提高缺口冲击强度；使用散热纤维而非散热填料，能降低电力导管的质量，散热纤维能在电力导管内形成相互搭接的网络，从而增大散热面积，因此不需加入过多的散热纤维就能达到与散热填料相同的散热效果，同时散热纤维在电力导管中相互搭接时，还能阻碍裂纹的产生，提高电力导管的低温韧性。

散热纤维由中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼制成，中间相沥青石墨纤维是由沿纤维轴向高度取向的石墨片层组成，这使得其沿轴向具有较高的导热率，因此能提高电力导管的散热效果，芳纶纤维具有高耐热、低膨胀、导热等特点，氮化硼是高导热绝缘材料，因此散热纤维能显著改善电力导管的散热效果；且在偶联剂的作用下，散热纤维与高分子材料之间的界面结合力增大，HDPE等通过界面将应力传递给散热纤维，提高了电力导管的力学性能。

优选的，所述氮化硼经以下方法制成：

将三聚氰胺和硼砂、去离子水混合，水浴加热至90-100℃，待溶液蒸干后，在氩气气氛下，升温至100-110℃，保温2-3h，冷却至室温，制得多孔氮化硼；

将多孔氮化硼与无水乙醇、去离子水、氨水混合，加入正硅酸乙酯，密封状态下以50-60℃搅拌3-4h，无水乙醇反复洗涤，离心，干燥，制得氮化硼。

通过采用上述技术方案，以三聚氰胺和硼砂制成的多孔氮化硼中，孔洞不规则分布且类似蜂窝状，界面上存在大量孔洞结构，在多孔氮化硼中原位生长二氧化硅纳米微球，二氧化硅纳米微球能均匀分散在多孔氮化硼片层之间，二维片层和三维的球形形成了良好的组装，且由于氮化硼和二氧化硅纳米微球之间存在氢键及共价键的相互作用，使得氮化硼负载二氧化硅纳米微球组装结构稳定，二氧化硅纳米微球不易脱落；在多孔氮化硼上引入导热性好的二氧化硅纳米微球，与多孔氮化硼在电力导管中构建导热双网络结构，另外多孔氮化硼和二氧化硅纳米微球的结合，能减低氮化硼的质量，从而降低电力导管的重量。

优选的，所述中间相沥青基碳纤维由质量比为1:(0.1-0.3):(0.2-0.4):(2-3)的中间相沥青、石墨烯、十二烷基硫酸钠和乙醇超声处理后经纺丝、碳化制成。

通过采用上述技术方案，中间相沥青基碳纤维的强度不佳，掺入石墨烯能破坏方向中间相沥青大分子易发生径向排列的趋势，能有效避免高温碳化过程中收缩应力集中于圆心一点而造成的劈裂现象以及纤维缺陷，从而提高中间相沥青石墨纤维的力学性能和热传导性能，另外掺入十二烷基硫酸钠作为致孔剂，在碳化过程中，十二烷基硫酸钠热分解后在石墨纤维上形成孔隙，从而降低了中间相沥青石墨纤维的自重，增大了其孔隙率，增大散热纤维所形成的导热网络的散热面积，提高散热效果。

优选的，所述散热纤维采用以下方法制成：将芳纶纤维和中间相沥青基碳纤维加入到去离子水中，加入氮化硼，真空辅助抽滤，在100-105℃下干燥。

通过采用上述技术方案，将芳纶纤维和中间相沥青石墨纤维混合后，通过真空抽滤的物理挤压作用，将氮化硼彼此分散，防止其团聚，并且使其嵌入中间相沥青基碳纤维或芳纶纤维层中的一些细小空隙，形成导热通路，另外氮化硼中含有二氧化硅纳米微球时，在双导热网络的协同作用下，散热纤维的导热纤维得到显著提升；当含有二氧化硅纳米微球的氮化硼嵌入芳纶纤维中时，因在二氧化硅的制备过程中，二氧化硅纳米球表面带有大量羟基，与芳纶纤维之间存在较强的氢键作用，因此二氧化硅纳米微球与芳纶纤维之间存在一定的物理缠结，从而改善散热纤维的力学强度。

优选的，所述HDPE的熔融指数为0.10-0.17g/10min，密度为0.949-0.954g/cm³。

通过采用上述技术方案，具有低熔体流动速率的HDPE具有较好的熔体强度和耐低温性，低温冲击强度高，耐环境应力开裂性和耐穿刺性强。

优选的，所述抗氧剂为选自抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂168中的一种或几种。

优选的，所述阻燃剂选自红磷、三氧化二铝、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。

第二方面，本申请提供一种高散热性HDPE电力导管的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高散热性HDPE电力导管的制备方法，包括以下步骤：

将HDPE、聚氨酯弹性体和聚碳酸酯、聚己内酯和苯乙烯-丙烯腈共聚物、颜料、抗氧剂和阻燃剂混合均匀，制成初料；

将偶联剂溶解，加入散热纤维，室温下预处理20-30min，烘干后与初料混合，挤出成型，制得电力导管。

通过采用上述技术方案，将散热纤维用偶联剂室温预处理，偶联剂能改善散热纤维与HDPE等有机材料之间的相容性，提高散热纤维在电力导管内的分散性，使散热纤维在电力导管内相互搭接形成导热网络，从而提高电力导管的散热性能，同时改善电力导管的低温韧性。

优选的，所述HDPE经过以下预处理：将天然石墨升温至70-80℃，将钛酸酯偶联剂的丙酮按照1:10-15质量比形成的混合液喷涂在天然石墨上，加入1/4重量的HDPE混合挤出，制成母料；将母料、POE和剩余HDPE混合，挤出，造粒。

HDPE的耐环境应力开裂性较差，对环境应力开裂较为敏感，当电力导管在地下遇到车辆从路面经过时，若电力导管底部不平，车辆行驶带动地面震动易造成电力导管开裂，通过采用上述技术方案，采用天然石墨和POE对HDPE进行增韧改性，降低HDPE的耐环境应力。

因天然石墨为粉状物料，难以在HDPE中分散均匀，因此将其用钛酸酯偶联剂先进行改性处理，与部分HDPE混合，制成母料，然后将母料与大量的HDPE混合，提高天然石墨与HDPE的分散性，且天然石墨经钛酸酯偶联剂处理后，能与HDPE分子链结合，形成一种交联结构，从而在改善HDPE的散热效果的同时，提高其耐环境应力；POE是一种通过原位聚合而产生的饱和乙烯-辛烯共聚物，由于其特殊的结构，使得POE与HDPE的相容性很好，能分散均匀，且HDPE还能与POE发生一定的交联，当HDPE在外立场的作用下，通过力的传递，POE成为应力作用点，引发大量银纹，吸收大量的冲击能量，且大量银纹之间的应力场相互感染，又能阻止裂纹的进一步发展，从而提高了材料的耐环境应力和耐低温性能。

优选的，所述挤出成型条件为：进料段温度为150-180℃，压缩段温度为200-220℃，塑化段温度为220-230℃，均化段温度为200-210℃，模具温度为190-210℃，冷却水温度为15-20℃，冷却定型真空度为0.3-0.4MPa。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用HDPE作为电力导管的基料，并掺入聚氨酯弹性体、聚碳酸酯等组分，制成耐低温性好，且力学强度高的电力导管，使用中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼制备散热纤维，由于氮化硼和中间相沥青基碳纤维等具有较高的导热系数，因此具有较好的散热效果，且散热纤维能形成导热网络，增大散热面积，从而达到与导热填料相同的导热效果，降低了散热纤维的用量，减轻了电力导管的重量，使运输和安装不易发生碎裂，降低了运输和安装难度。

2、本申请中优选采用氮化硼负载二氧化硅纳米微球的方法对氮化硼的导热性进行改善，原位生长在多孔氮化硼上的二氧化硅纳米微球的附着力好，不易脱落，且能与芳纶纤维产生氢键作用，提高散热纤维的力学强度。

3、本申请中优选石墨烯和十二烷基硫酸钠、中间相沥青制备中间相沥青基碳纤维，经碳化后，十二烷基硫酸钠热分解，在中间相沥青基碳纤维上形成孔隙，增大其孔隙率，降低中间相沥青基碳纤维的自重，增大其导热面积。

具体实施方式

氮化硼的制备例1-3

制备例1：将0.63kg三聚氰胺和0.62kg硼砂、1kg去离子水混合，水浴加热至90℃，待溶液蒸干后，在氩气气氛下，升温至1000℃，保温3h，冷却至室温，制得多孔氮化硼；

将0.5kg多孔氮化硼与0.5kg无水乙醇、0.5kg去离子水、0.4kg氨水混合，加入0.2kg正硅酸乙酯，密封状态下以50℃搅拌4h，用无水乙醇反复洗涤3次，以5000r/min的转速离心10min，将离心所得物干燥，制得氮化硼。

制备例2：将0.63kg三聚氰胺和0.62kg硼砂、1kg去离子水混合，水浴加热至90℃，待溶液蒸干后，在氩气气氛下，升温至1000℃，保温3h，冷却至室温，制得氮化硼。

制备例3：将0.63kg三聚氰胺和0.62kg硼砂、1kg去离子水混合，水浴加热至90℃，待溶液蒸干后，在氩气气氛下，升温至1000℃，保温3h，冷却至室温，制得多孔氮化硼；将0.5kg多孔氮化硼与0.5kg无水乙醇、0.5kg去离子水、0.4kg氨水混合，加入0.2kg粒径在120-150nm范围内的纳米二氧化硅微球，密封状态下以50℃搅拌4h，用无水乙醇反复洗涤3次，以5000r/min的转速离心10min，将离心所得物干燥，制得氮化硼。

实施例

以下实施例中HDPE选自扬子石化，型号为6100M；聚氨酯弹性体选自昆山首发塑化有限公司，牌号为SF-90AL；聚碳酸酯选自东莞市赢信塑胶原料有限公司，牌号为1000R；聚己内酯选自东完事铭勋新材料科技有限公司，货号为6800；WSG-S301型中间相沥青基碳纤维选自上海万照精细化工有限公司；KEJIA型芳纶纤维选自南通科嘉纺织纤维制品有限公司；POE选自苏州铨盛通工程塑料有限公司，牌号为VI6202。

实施例1：一种高散热性HDPE电力导管，主要由以下重量的原料制成：HDPE 100kg、聚氨酯弹性体30kg、聚碳酸酯40kg、聚己内酯10kg、苯乙烯-丙烯腈共聚物10kg、抗氧剂3kg、阻燃剂10kg、偶联剂5kg、0.08kg颜料、散热纤维40kg；其中HDPE的熔融指数为0.15g/10min，密度为0.954g/cm³，抗氧剂为抗氧剂1010，阻燃剂为红磷，偶联剂为硅烷偶联剂KH550；

散热纤维由以下方法制成：将芳纶纤维和中间相沥青基碳纤维加入到二者总重3倍的去离子水中，加入氮化硼，在-0.8MPa下真空辅助抽滤，在100℃下干燥2h，中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼的质量比为1:0.3:0.1，中间相沥青基碳纤维选自市售产品，型号为WSG-S301，芳纶纤维长度为10mm，牌号为KEJIA。

上述高散热性HDPE电力导管的制备方法，包括以下步骤：

将HDPE、聚氨酯弹性体和聚碳酸酯、颜料、抗氧剂和阻燃剂混合均匀，制成初料；

将偶联剂用其3倍质量的去离子水溶解，加入散热纤维，室温下预处理20min，烘干后与初料混合，挤出成型，制得电力导管，挤出成型条件为：进料段温度为150℃，压缩段温度为200℃，塑化段温度为220℃，均化段温度为200℃，模具温度为190℃，冷却水温度为15℃，冷却定型真空度为0.3MPa。

实施例2：一种高散热性HDPE电力导管，主要由以下重量的原料制成：HDPE 150kg、聚氨酯弹性体45kg、聚碳酸酯55kg、聚己内酯13kg、苯乙烯-丙烯腈共聚物15kg、抗氧剂4.5kg、阻燃剂13kg、偶联剂6.5kg、0.1kg颜料、散热纤维60kg；其中HDPE的熔融指数为0.1g/10min，密度为0.949g/cm³，抗氧剂为抗氧剂1010，阻燃剂为红磷，偶联剂为硅烷偶联剂KH550；

散热纤维由以下方法制成：将芳纶纤维和中间相沥青基碳纤维加入到二者总重3倍的去离子水中，加入氮化硼，在-0.8MPa下真空辅助抽滤，在100℃下干燥2h，中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼的质量比为1:0.3:0.1，中间相沥青基碳纤维选自市售产品，型号为WSG-S301，芳纶纤维长度为10mm，牌号为KEJIA。。

上述高散热性HDPE电力导管的制备方法，包括以下步骤：

将HDPE、聚氨酯弹性体和聚碳酸酯、颜料、抗氧剂和阻燃剂混合均匀，制成初料；

将偶联剂用其3倍质量的去离子水溶解，加入散热纤维，室温下预处理20min，烘干后与初料混合，挤出成型，制得电力导管，挤出成型条件为：进料段温度为170℃，压缩段温度为210℃，塑化段温度为225℃，均化段温度为210℃，模具温度为200℃，冷却水温度为18℃，冷却定型真空度为0.4MPa。

实施例3：一种高散热性HDPE电力导管，主要由以下重量的原料制成：HDPE 200kg、聚氨酯弹性体60kg、聚碳酸酯70kg、聚己内酯15kg、苯乙烯-丙烯腈共聚物20kg、抗氧剂6kg、阻燃剂15kg、偶联剂8kg、0.12kg颜料、散热纤维80kg；其中HDPE的熔融指数为0.17g/10min，密度为0.954g/cm³，抗氧剂为抗氧剂1010，阻燃剂为红磷，偶联剂为硅烷偶联剂KH550；

散热纤维由以下方法制成：将芳纶纤维和中间相沥青基碳纤维加入到二者总重3倍的去离子水中，加入氮化硼，在-0.8MPa下真空辅助抽滤，在100℃下干燥2h，中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼的质量比为1:0.3:0.1，中间相沥青基碳纤维选自市售产品，型号为WSG-S301，芳纶纤维长度为10mm，牌号为KEJIA。。

上述高散热性HDPE电力导管的制备方法，包括以下步骤：

将HDPE、聚氨酯弹性体和聚碳酸酯、颜料、抗氧剂和阻燃剂混合均匀，制成初料；

将偶联剂用其3倍质量的去离子水溶解，加入散热纤维，室温下预处理20min，烘干后与初料混合，挤出成型，制得电力导管，挤出成型条件为：进料段温度为180℃，压缩段温度为220℃，塑化段温度为230℃，均化段温度为210℃，模具温度为210℃，冷却水温度为20℃，冷却定型真空度为0.4MPa。

实施例4：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，散热纤维的原料为质量比为1:0.5:0.4的中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼混合制成。

实施例5：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，散热纤维中氮化硼由制备例1制成。

实施例6：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，散热纤维中氮化硼由制备例2制成。

实施例7：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，散热纤维中氮化硼由制备例3制成。

实施例8：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例5的区别在于，中间相沥青基碳纤维由质量比为1:0.1:0.2:2的中间相沥青、石墨烯、十二烷基硫酸钠和乙醇超声30min后纺丝、碳化制成，纺丝采用气压式单孔纺丝机，纺丝温度为315℃，压力为0.7MPa，牵引速度为800m/min，碳化具体过程为：以3℃/min升温至150℃，以1℃/min升温至270℃，在270℃保温2h，冷却至室温，再通入氮气作为保护气，以3℃/min升温至700℃，以5℃/min升温至1000℃，在1000℃恒温1h。

实施例9：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例8的区别在于，中间相沥青基碳纤维由质量比为1:0.3:0.4:3的中间相沥青、石墨烯、十二烷基硫酸钠和乙醇超声30min后纺丝、碳化制成。

实施例10：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例8的区别在于，中间相沥青基碳纤维制备时，未添加石墨烯。

实施例11：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例8的区别在于，中间相沥青基碳纤维制备时，未添加十二烷基硫酸钠。

实施例12：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例10的区别在于，HDPE经过以下预处理：将20kg天然石墨升温至70℃，将钛酸酯偶联剂和丙酮按照1:10质量比形成的混合液喷涂在天然石墨上，加入20kg HDPE混合挤出，制成母料；将母料、80kg HDPE和10kg POE混合，在180℃下挤出，造粒。

实施例13：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例12的区别在于，预处理HDPE时，未添加天然石墨，将HDPE和POE混合挤出、造粒。

实施例14：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例12的区别在于，预处理HDPE时，未添加POE，将母料与HDPE混合挤出、造粒。

对比例

对比例1：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，散热纤维中未添加芳纶纤维。

对比例2：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，散热纤维中未添加氮化硼。

对比例3：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，散热纤维中未添加中间相沥青基碳纤维。

对比例4：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，原料中未添加聚碳酸酯和聚氨酯弹性体。

对比例5：一种高散热性HDPE电力导管，与实施例1的区别在于，原料中未添加聚己内酯和苯乙烯-丙烯腈共聚物。

对比例6：一种高散热性HDPE电力导管，使用等量石墨粉替代散热纤维。

对比例7：一种聚乙烯电缆护套管，按重量计，包括高密度聚乙烯60份、超高分子量聚乙烯10份、微胶囊红磷母粒18份、氢氧化铝6份、硼酸锌4份、炭黑3份、乙撑双硬脂酰胺0.6份、抗氧剂0.6份(抗氧剂1010 0.3份、抗氧剂168 0.3份)、颜料0.05份；

上述聚乙烯电缆护套管的制造方法包括下述步骤：

(1)制备阻燃聚乙烯材料：将乙撑双硬脂酰胺、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合，得到初步混合料；然后将初步混合料、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝、硼酸锌和炭黑一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌12分钟，搅拌器的转速为300rpm(转/分钟)，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的阻燃聚乙烯材料。

(2)制造聚乙烯电缆护套管：将步骤(1)制得的颗粒状阻燃聚乙烯材料加入到挤出成型机中，阻燃聚乙烯材料自进料口加入到挤出成型机中后，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型(成型口模具有环形的出料口)；然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到阻燃聚乙烯电缆护套管。

性能检测试验

按照以上实施例和对比例中的方法制备相同外径和壁厚的管材，然后进行以下性能检测，将检测结果记录于表1中。

1、缺口冲击强度：按照GB/T1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度》进行检测；

2、低温缺口冲击强度：将电力管在-30℃下保持24h，然后按照GB/T1843-2008检测缺口冲击强度；

3、重量：取外径为140mm，壁厚为4.3mm，长度为1m的电力管，称量其重量；

4、导热系数：按照GB/T3399-1982《塑料导热系数试验方法护热平板法》进行检测。

表1电力导管的性能检测结果

实施例1-3中采用不同原料配比制成电力管，导热系数达到0.75W/(m·K)，低温耐冲击强度达到21J/m以上，且质量轻，具有较好的散热效果和低温韧性。

实施例4与实施例1相比，散热纤维中芳纶纤维和氮化硼的用量增大，电力管的导热系数增大，缺口冲击强度得到改善，耐低温韧性提高。

实施例5与实施例1相比，氮化硼经过二氧化硅纳米球的负载，表1内显示，电力导管的导热系数增大，质量与实施例1相似，且耐低温冲击强度变大，低温韧性得到改善。

实施例6与实施例5相比，氮化硼中含有多孔结构，表1内显示，实施例6制备的电力管的质量减轻，但其导热系数下降，散热效果减弱，且耐冲击强度比实施例5降低。

实施例7中制备氮化硼时，直接使用二氧化硅微球与多孔氮化硼混合，制得的电力管与实施例5相比，导热系数减小，重量变化不大，耐低温冲击强度减小。

实施例8和实施例9中，使用制备例1制成的氮化硼，且中间相沥青基碳纤维由石墨烯、中间相沥青和十二烷基硫酸钠等混合纺丝、碳化制成，与实施例5相比，实施例8和实施例9制备的电力导管的导热系数增大，且质量有所降低，缺口冲击强度增大，耐低温性得到改善。

实施例10和实施例11与实施例8相比，分别未添加石墨烯和十二烷基硫酸钠，表1内显示，实施例10制备的电力导管的散热性有所降低，而实施例11制成的电力导管的质量与实施例5相差不大，说明添加石墨烯和十二烷基硫酸钠能提高电力导管的耐热性和力学性能，还能降低电力导管的质量。

实施例12中使用天然石墨和POE对HDPE进行预处理，制成的电力导管的耐低温性能提高，且散热效果得到改善，与实施例10相比，导热系数提升，耐冲击性能得到改善。

实施例13和实施例14与实施例12相比，分别未添加天然石墨和POE，表1内显示，实施例13和实施例14制备的电力导管的导热系数降低，力学性能减弱，说明天然石墨和POE对HDPE进行改性，能改善电力导管的散热效果和耐低温性能。

对比例1-3与实施例1相比，分别未添加芳纶纤维、中间相沥青基碳纤维和氮化硼，表1内显示，对比例1-3制备的电力导管，虽然质量有所减轻，但经-30℃冷冻后，缺口冲击强度下降到20J/mm以下，低温耐冲击性显著降低，且导热系数下降，散热性减弱。

对比例4中未添加聚碳酸酯和聚氨酯弹性体，对比例5中未添加聚己内酯和苯乙烯-丙烯腈共聚物，对比例4和对比例5制成的电力导管的导热系数与实施例1相差不大，且质量有所减轻，但耐冲击强度减弱，在低温下脆性较大。

对比例6与实施例1相比，使用等量的石墨粉替代散热纤维，电力导管的质量增大，且导热系数并不及实施例1，说明使用本申请中散热纤维具有较好的散热效果，且使电力导管质量较轻。

对比例7为现有技术制备的一种聚乙烯电缆护套管的耐低温性不及本申请，且导热系数小，散热效果差，质量较大。

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)

1.一种高散热性HDPE电力导管，其特征在于，包括以下重量份的原料：

HDPE 100-200份、聚氨酯弹性体30-60份、聚碳酸酯40-70份、聚己内酯10-15、苯乙烯-丙烯腈共聚物10-20份、抗氧剂3-6份、阻燃剂10-15份、颜料0.08-0.12份、偶联剂5-8份、散热纤维40-80份；

所述散热纤维包括质量比为1:（0.3-0.5）:（0.1-0.4）的中间相沥青基碳纤维、芳纶纤维和氮化硼。

2.根据权利要求1所述的高散热性HDPE电力导管，其特征在于：所述氮化硼经以下方法制成：

将三聚氰胺和硼砂、去离子水混合，水浴加热至90-100℃，待溶液蒸干后，在氩气气氛下，升温至100-110℃，保温2-3h，冷却至室温，制得多孔氮化硼；

将多孔氮化硼与无水乙醇、去离子水、氨水混合，加入正硅酸乙酯，密封状态下以50-60℃搅拌3-4h，无水乙醇反复洗涤，离心，干燥，制得氮化硼。

3.根据权利要求1所述的高散热性HDPE电力导管，其特征在于，所述中间相沥青基碳纤维由质量比为1:（0.1-0.3）:（0.2-0.4）:（2-3）的中间相沥青、石墨烯、十二烷基硫酸钠和乙醇超声处理后经纺丝、碳化制成。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高散热性HDPE电力导管，其特征在于，所述散热纤维采用以下方法制成：将芳纶纤维和中间相沥青基碳纤维加入到去离子水中，加入氮化硼，真空辅助抽滤，在100-105℃下干燥。

5.根据权利要求1所述的高散热性HDPE电力导管，其特征在于，所述HDPE的熔融指数为0.10-0.17g/10min，密度为0.949-0.954g/cm3。

6.根据权利要求1所述的高散热性HDPE电力导管，其特征在于，所述抗氧剂为选自抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂168中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的高散热性HDPE电力导管，其特征在于，所述阻燃剂选自红磷、三氧化二铝、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。

8.权利要求1-7任一项所述的高散热性HDPE电力导管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将HDPE、聚氨酯弹性体和聚碳酸酯、聚己内酯和苯乙烯-丙烯腈共聚物、颜料、抗氧剂和阻燃剂混合均匀，制成初料；

将偶联剂溶解，加入散热纤维，室温下预处理20-30min，烘干后与初料混合，挤出成型，制得电力导管。

9.根据权利要求8所述的高散热性HDPE电力导管的制备方法，其特征在于，所述HDPE经过以下预处理：将天然石墨升温至70-80℃，将钛酸酯偶联剂的丙酮按照1:10-15质量比形成的混合液喷涂在天然石墨上，加入1/4重量的HDPE混合挤出，制成母料；将母料、POE和剩余HDPE混合，挤出，造粒。

10.根据权利要求8所述的高散热性HDPE电力导管的制备方法，其特征在于，所述挤出成型条件为：进料段温度为150-180℃，压缩段温度为200-220℃，塑化段温度为220-230℃，均化段温度为200-210℃，模具温度为190-210℃，冷却水温度为15-20℃，冷却定型真空度为0.3-0.4MPa。