CN114822947A - 一种热塑性弹性体能新能源电缆 - Google Patents

一种热塑性弹性体能新能源电缆 Download PDF

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CN114822947A CN202210579330.5A CN202210579330A CN114822947A CN 114822947 A CN114822947 A CN 114822947A CN 202210579330 A CN202210579330 A CN 202210579330A CN 114822947 A CN114822947 A CN 114822947A
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Abstract

本发明公开了一种热塑性弹性体能新能源电缆，包括线芯、弹性体填充层、包带层、内衬层、铠装层和护套层，线芯与包带层之间填充有弹性体填充层，弹性体填充层包括以下重量份数的组分：聚烯烃热塑性弹性体40‑60份；三元乙丙10‑30份；聚丙烯30‑40份；石墨烯纳米片1‑5份；白油35‑45份；惰性增强填料24‑32份；增容剂12‑20份；阻燃剂50‑60份；补强剂8‑15份；有效提高了热塑性弹性体的电缆耐温性、耐磨性、阻燃性和抗拉性能等综合性能，满足新能源电缆使用要求。

Description

一种热塑性弹性体能新能源电缆
技术领域
本发明涉及新能源电缆技术领域，具体涉及一种热塑性弹性体能新能源电缆。
背景技术
随着新能源技术研发的深入，新能源技术愈加成熟，成本也大幅下降，其中最具代表性的即为太阳能及风能，随之也带动了新能源电缆如光伏电缆及风电电缆的发展，新能源电缆需要安装在露天或开放的环境中，对强度、耐冻耐热等性能要求高。
现有的电缆制造技术中引入了热塑性弹性体高分子材料，热塑性弹性体高分子材料是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性，在常温下制备的电缆具备橡胶的高弹性，而在高温下制备的电缆通过热塑型弹性体高分子材料的热塑性阻抗耐温，此外热塑型弹性体高分子材料的结构主要由硬段部分的树脂与软段部分的橡胶构成，软段部分为具有可相对滑动特性的柔软线型长分子链，使热塑性弹性体高分子材料具有一定的宏观弹性，硬段部分是限制柔性链滑动的较短刚性链，包括氢键、阴离子基团、冻结相及结晶相，使热塑性弹性体高分子材料具有一定的刚性、回弹性和耐热性，两种结构互相交错的形式连接可具备高塑性与可逆性。
然而常用的热塑性弹性体高分子材料主要以苯乙烯热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、乙烯共聚物热塑性弹性体等为主，现有技术中通过单一类的热塑性弹性体所制备的电缆耐温性、耐磨性、阻燃性和抗拉性能等综合性能较差，使得新能源电缆在露天或开放的环境下应用受到很大局限。
现有技术中，公开号为CN108752834B的中国专利“一种高强度充电桩电缆用热塑性弹性体及其制备方法”，在苯乙烯类弹性体中添加聚甲醛、聚磷腈和增强填料，有效提高了热塑性弹性体的强度、韧性和耐磨性能；通过聚磷腈和磷酸锆的协同作用，有效提高了热塑性弹性体的耐热性和阻燃性；通过对增强填料的改性，提高了热塑性弹性体的热稳定性和耐低温性能，防止了相分离的发生；而苯乙烯类弹性体是具有部分结晶能力的聚合物，其结晶部分可以起到类似刚性粒子的作用，从而增大苯乙烯类弹性体共混体系的机械强度，但因苯乙烯类弹性体共混制备时支链过多，分子间作用力较弱，其力学性能、耐热性能难以满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热塑性弹性体能新能源电缆，用于解决制备的电缆耐温性、耐磨性、阻燃性和抗拉性能等综合性能较差的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种热塑性弹性体能新能源电缆，包括线芯、弹性体填充层、包带层、内衬层、铠装层和护套层，所述线芯至少有两组，每组线芯是由绝缘层包覆芯线导体组成，所述芯线导体为通过绞合成型的退火镀锡铜导体，所述线芯的外部依次包覆设置包带层、内衬层、铠装层和护套层，且所述线芯与所述包带层之间填充有弹性体填充层；
所述弹性体填充层包括以下重量份数的组分：
聚烯烃热塑性弹性体40-60份；
三元乙丙10-30份；
聚丙烯30-40份；
石墨烯纳米片1-5份；
白油35-45份；
惰性增强填料24-32份；
增容剂12-20份；
阻燃剂50-60份；
补强剂8-15份。
本发明通过聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯为基体进行共混使用，聚烯烃热塑性弹性体和三元乙丙分子结构和极性相近，增大了共混料之间的相容性和界面粘合性，共混使用制备的热塑性弹性体电缆料可以在低成本下获得较优的综合力学性能，共混过程中加入补强剂提升聚合支链上的分子间作用力，形成交联网络，交联网络可以沿着聚合分子链拉伸方向伸长和取向，起到延长聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯的共混作用，从而使应力有效地从单一热塑性弹性体转移到拉伸聚合成型的共混热塑性弹性体，聚合交联的共混热塑性弹性体具有良好的硬度、抗拉强度和撕裂强度。
作为本发明进一步的方案：所述聚烯烃热塑性弹性体是聚苯乙烯－聚二稀－聚苯乙烯嵌段共聚物，邵氏硬度为30-70A，聚烯烃热塑性弹性体是一种高性能聚烯烃，具有密度小、弯曲大、低温抗冲击性能高、易加工、可重复使用等特点，在共混制备使用过程中，与其它组分混合使聚烯烃热塑性弹性体的热膨胀系数降低，从而制备的电缆料刚度、光泽度、耐冲击性和耐擦伤性能都有所提高。
作为本发明进一步的方案：所述三元乙丙是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物，乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的比重为3：1：1，三元乙丙具有优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。
作为本发明进一步的方案：所述聚丙烯的熔体质量MFR不超过0.4g/10min，聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。
作为本发明进一步的方案：所述白油的运动黏度为65-70m2/s，白油可以进入聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯分子内部，降低聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯的分子间作用力，改善共混制备电缆料的加工性能和流动性能，从而提高挤出速度。
作为本发明进一步的方案：所述惰性增强填料为镁盐晶须和短玻璃纤维组成的混合物，镁盐晶须和短玻璃纤维配比为1：2，惰性增强填料可以改善共混制备电缆料的拉伸强度、流动性能以及硬度。
作为本发明进一步的方案：所述增容剂为马来酸酐，马来酸酐的接枝率为1.0-1.5％，马来酸酐可以改善聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯共混界面粘合度增加，共混制备电缆料的断裂伸长率和冲击强度更高。
作为本发明进一步的方案：所述阻燃剂为氢氧化镁、勃姆石和三氧化二锑组成的混合物，氢氧化镁、勃姆石和三氧化二锑的配比为3：2：1，氢氧化镁、勃姆石和三氧化二锑添加在聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯共混中的分散并减少导热填料的团聚，有利于大分子链运动，形成更好的导热网络通道，从而提高共混制备电缆料的导热性能和综合力学性能。
作为本发明进一步的方案：所述补强剂为甲基丙烯酸锌，具有耐酸、碱、耐油、耐腐蚀、耐高温的性能，与聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯结合可获得盐性交联键，提高硫化胶的强度，改善高低温性能，同时可以起到提高弹性，增加抗撕拉性能，降低石墨烯纳米片和惰性增强填料的压缩永变性。
作为本发明进一步的方案：所述弹性体填充层具体制备步骤如下：
步骤一、按重量组分称取聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙、聚丙烯、石墨烯纳米片和白油加入高速混合机中，在温度90-120℃以及转速1000-1200转/分钟的条件下混合5-10min，得第一混合物料；
步骤二、再向第一混合物料中加入惰性增强填料、增容剂、阻燃剂和补强剂，在温度130-160℃以及转速800-900r/min的条件下混合20-30min，得第二混合物料；
步骤三、将第二混合物料放入到双螺杆挤出机中进行熔融捏合并挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速为300-400rpm，挤出温度为220-230℃，得到电缆造粒料；
步骤四、将电缆造粒料在流变仪中挤出，挤出温度在165-200℃，转速为40-50r/min，再在160-175℃的液压机中不加压预热3-6min，然后加压至15MPa加热4-7min并冷却至室温，制得厚度为1mm的试片。
本发明的有益效果：
(1)通过聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯为基体进行共混使用，共混过程中加入甲基丙烯酸锌补强剂提升聚合支链上的分子间作用力，可以聚合交联网络的共混热塑性弹性体具有良好的硬度、抗拉强度和撕裂强度；
(2)本发明弹性体填充层中加入石墨烯纳米片具有较大的径厚比，能与聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙和聚丙烯共混材料进行良好的复合，添加石墨烯纳米片以及镁盐晶须和短玻璃纤维组成的惰性增强填料，可以改善共混制备电缆料的拉伸强度、流动性能以及硬度；
(3)本发明弹性体填充层中氢氧化镁、勃姆石和三氧化二锑组成的混合物阻燃剂，可以减少导热填料的团聚，有利于大分子链运动，形成更好的导热网络通道，从而提高弹性体填充层在电缆中的导热性能和综合力学性能；
(4)本发明弹性体填充层中各组分的协同作用下，有效提高了热塑性弹性体的电缆耐温性、耐磨性、阻燃性和抗拉性能等综合性能，满足新能源电缆使用要求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的截面示意图。
图中：1、芯线导体；2、绝缘层；3、弹性体填充层；4、包带层；5、内衬层；6、铠装层；7、护套层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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
请参阅图1所示，本发明为一种热塑性弹性体能新能源电缆，包括线芯、弹性体填充层3、包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7，线芯至少有两组，每组线芯是由绝缘层2包覆芯线导体1组成，芯线导体1为通过绞合成型的退火镀锡铜导体，线芯的外部依次包覆设置包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7。
线芯与包带层4之间填充有弹性体填充层3，弹性体填充层3包括以下重量份数的组分：
聚烯烃热塑性弹性体40份；
三元乙丙10份；
聚丙烯30份；
石墨烯纳米片1份；
白油35份；
惰性增强填料24份；
增容剂12份；
阻燃剂50份；
补强剂8份。
弹性体填充层3具体制备步骤如下：
步骤一、按重量组分称取聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙、聚丙烯、石墨烯纳米片和白油加入高速混合机中，在温度90℃以及转速1000转/分钟的条件下混合5min，得第一混合物料；
步骤二、再向第一混合物料中加入惰性增强填料、增容剂、阻燃剂和补强剂，在温度130℃以及转速800r/min的条件下混合20min，得第二混合物料；
步骤三、将第二混合物料放入到双螺杆挤出机中进行熔融捏合并挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速为300rpm，挤出温度为220℃，得到电缆造粒料；
步骤四、将电缆造粒料在流变仪中挤，挤出温度在165℃，转速为40r/min，再在160℃的液压机中不加压预热3min，然后加压至15MPa加热4min并冷却至室，制得厚度为1mm的试片。
实施例2
请参阅图1所示，本发明为一种热塑性弹性体能新能源电缆，包括线芯、弹性体填充层3、包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7，线芯至少有两组，每组线芯是由绝缘层2包覆芯线导体1组成，芯线导体1为通过绞合成型的退火镀锡铜导体，线芯的外部依次包覆设置包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7。
线芯与包带层4之间填充有弹性体填充层3，弹性体填充层3包括以下重量份数的组分：
聚烯烃热塑性弹性体44份；
三元乙丙14份；
聚丙烯32份；
石墨烯纳米片2份；
白油37份；
惰性增强填料25份；
增容剂13份；
阻燃剂52份；
补强剂9份。
弹性体填充层3具体制备步骤如下：
步骤一、按重量组分称取聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙、聚丙烯、石墨烯纳米片和白油加入高速混合机中，在温度96℃以及转速1100转/分钟的条件下混合6min，得第一混合物料；
步骤二、再向第一混合物料中加入惰性增强填料、增容剂、阻燃剂和补强剂，在温度136℃以及转速850r/min的条件下混合22min，得第二混合物料；
步骤三、将第二混合物料放入到双螺杆挤出机中进行熔融捏合并挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速为320rpm，挤出温度为220℃，得到电缆造粒料；
步骤四、将电缆造粒料在流变仪中挤，挤出温度在173℃,转速为45r/min，再在165℃的液压机中不加压预热4min,然后加压至15MPa加热5min并冷却至室，制得厚度为1mm的试片。
实施例3
请参阅图1所示，本发明为一种热塑性弹性体能新能源电缆，包括线芯、弹性体填充层3、包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7，线芯至少有两组，每组线芯是由绝缘层2包覆芯线导体1组成，芯线导体1为通过绞合成型的退火镀锡铜导体，线芯的外部依次包覆设置包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7。
线芯与包带层4之间填充有弹性体填充层3，弹性体填充层3包括以下重量份数的组分：
聚烯烃热塑性弹性体48份；
三元乙丙18份；
聚丙烯34份；
石墨烯纳米片3份；
白油39份；
惰性增强填料27份；
增容剂14份；
阻燃剂54份；
补强剂10份。
弹性体填充层3具体制备步骤如下：
步骤一、按重量组分称取聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙、聚丙烯、石墨烯纳米片和白油加入高速混合机中，在温度102℃以及转速1100转/分钟的条件下混合7min，得第一混合物料；
步骤二、再向第一混合物料中加入惰性增强填料、增容剂、阻燃剂和补强剂，在温度142℃以及转速850r/min的条件下混合24min，得第二混合物料；
步骤三、将第二混合物料放入到双螺杆挤出机中进行熔融捏合并挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速为350rpm，挤出温度为220℃，得到电缆造粒料；
步骤四、将电缆造粒料在流变仪中挤，挤出温度在180℃,转速为45r/min，再在168℃的液压机中不加压预热5min,然后加压至15MPa加热6min并冷却至室，制得厚度为1mm的试片。
实施例4
请参阅图1所示，本发明为一种热塑性弹性体能新能源电缆，包括线芯、弹性体填充层3、包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7，线芯至少有两组，每组线芯是由绝缘层2包覆芯线导体1组成，芯线导体1为通过绞合成型的退火镀锡铜导体，线芯的外部依次包覆设置包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7。
线芯与包带层4之间填充有弹性体填充层3，弹性体填充层3包括以下重量份数的组分：
聚烯烃热塑性弹性体54份；
三元乙丙26份；
聚丙烯38份；
石墨烯纳米片4份；
白油43份；
惰性增强填料30份；
增容剂18份；
阻燃剂58份；
补强剂13份。
弹性体填充层3具体制备步骤如下：
步骤一、按重量组分称取聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙、聚丙烯、石墨烯纳米片和白油加入高速混合机中，在温度115℃以及转速1200转/分钟的条件下混合8min，得第一混合物料；
步骤二、再向第一混合物料中加入惰性增强填料、增容剂、阻燃剂和补强剂，在温度150℃以及转速850r/min的条件下混合28min，得第二混合物料；
步骤三、将第二混合物料放入到双螺杆挤出机中进行熔融捏合并挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速为400rpm，挤出温度为228℃，得到电缆造粒料；
步骤四、将电缆造粒料在流变仪中挤出，挤出温度在190℃,转速为50r/min，再在170℃的液压机中不加压预热5min,然后加压至15MPa加热6min并冷却至室温，制得厚度为1mm的试片。
实施例5
请参阅图1所示，本发明为一种热塑性弹性体能新能源电缆，包括线芯、弹性体填充层3、包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7，线芯至少有两组，每组线芯是由绝缘层2包覆芯线导体1组成，芯线导体1为通过绞合成型的退火镀锡铜导体，线芯的外部依次包覆设置包带层4、内衬层5、铠装层6和护套层7。
线芯与包带层4之间填充有弹性体填充层3，弹性体填充层3包括以下重量份数的组分：
聚烯烃热塑性弹性体60份；
三元乙丙30份；
聚丙烯40份；
石墨烯纳米片5份；
白油45份；
惰性增强填料32份；
增容剂20份；
阻燃剂60份；
补强剂15份。
弹性体填充层3具体制备步骤如下：
步骤一、按重量组分称取聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙、聚丙烯、石墨烯纳米片和白油加入高速混合机中，在温度120℃以及转速1200转/分钟的条件下混合10min，得第一混合物料；
步骤二、再向第一混合物料中加入惰性增强填料、增容剂、阻燃剂和补强剂，在温度160℃以及转速900r/min的条件下混合30min，得第二混合物料；
步骤三、将第二混合物料放入到双螺杆挤出机中进行熔融捏合并挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速为400rpm，挤出温度为230℃，得到电缆造粒料；
步骤四、将电缆造粒料在流变仪中挤出，挤出温度在200℃,转速为50r/min，再在175℃的液压机中不加压预热6min,然后加压至15MPa加热7min并冷却至室温，制得厚度为1mm的试片。
对比例1
对比例1和实施例1基本相同，不同的是，热塑性弹性体能新能源电缆中弹性体填充层的组份中不含三元乙丙和聚丙烯。
对比例2
对比例2和实施例2基本相同，不同的是，热塑性弹性体能新能源电缆中弹性体填充层的组份中不含补强剂。
对比例3
对比例3和实施例3基本相同，不同的是，热塑性弹性体能新能源电缆中弹性体填充层的组份中不含石墨烯纳米片。
对比例4
对比例4和实施例4基本相同，不同的是，热塑性弹性体能新能源电缆中弹性体填充层的组份中所包含的阻燃剂为氢氧化镁。
对比例5
对比例5和实施例5基本相同，不同的是，热塑性弹性体能新能源电缆中弹性体填充层的组份中所包含的增强填料为表面包覆有SiO2的纳米CaCO3。
将上述实施例1-5和对比例1-5中制得的电缆造粒料试片进行性能检测，检测结果如表1所述。
表1为电缆造粒料试片检测结果
Figure BDA0003661739600000131
Figure BDA0003661739600000141
由表1数据可知：实施例1-5和对比例1-5中制得的电缆造粒料试片进行性能检测，其中，各项性能的测试依据为：拉伸强度和断裂伸长率均是依据GB/T 1040测得，耐热冲击依据GB/T 2951并在150℃/1h条件下测得，体积电阻率和介电强度均是依据GB/T 2941测得，阻燃性依据UL94V0测得，邵氏硬度依据ASTMD792测得，对比分析各项性能数据，本发明实施例中制得的热塑性弹性体能新能源电缆中弹性体填充层，有效提高了热塑性弹性体的电缆耐温性、耐磨性、阻燃性和抗拉性能等综合性能，满足新能源电缆使用要求。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种热塑性弹性体能新能源电缆，包括线芯、弹性体填充层(3)、包带层(4)、内衬层(5)、铠装层(6)和护套层(7)，其特征在于，所述线芯至少有两组，每组线芯是由绝缘层(2)包覆芯线导体(1)组成，所述芯线导体(1)为通过绞合成型的退火镀锡铜导体，所述线芯的外部依次包覆设置包带层(4)、内衬层(5)、铠装层(6)和护套层(7)，且所述线芯与所述包带层(4)之间填充有弹性体填充层(3)；
所述弹性体填充层(3)包括以下重量份数的组分：
聚烯烃热塑性弹性体40-60份；
三元乙丙10-30份；
聚丙烯30-40份；
石墨烯纳米片1-5份；
白油35-45份；
惰性增强填料24-32份；
增容剂12-20份；
阻燃剂50-60份；
补强剂8-15份。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述聚烯烃热塑性弹性体是聚苯乙烯－聚二稀－聚苯乙烯嵌段共聚物，邵氏硬度为30-70A。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述三元乙丙是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物，乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的比重为3：1：1。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述聚丙烯的熔体质量MFR不超过0.4g/10min。
5.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述白油的运动黏度为65-70m2/s。
6.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述惰性增强填料为镁盐晶须和短玻璃纤维组成的混合物，镁盐晶须和短玻璃纤维配比为1：2。
7.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐，马来酸酐的接枝率为1.0-1.5％。
8.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化镁、勃姆石和三氧化二锑组成的混合物，氢氧化镁、勃姆石和三氧化二锑的配比为3：2：1。
9.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述补强剂为甲基丙烯酸锌。
10.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体能新能源电缆，其特征在于，所述弹性体填充层(3)的具体制备步骤如下：
步骤一、按重量组分称取聚烯烃热塑性弹性体、三元乙丙、聚丙烯、石墨烯纳米片和白油加入高速混合机中，在温度90-120℃以及转速1000-1200转/分钟的条件下混合5-10min，得第一混合物料；
步骤二、再向第一混合物料中加入惰性增强填料、增容剂、阻燃剂和补强剂，在温度130-160℃以及转速800-900r/min的条件下混合20-30min，得第二混合物料；
步骤三、将第二混合物料放入到双螺杆挤出机中进行熔融捏合并挤出造粒，双螺杆挤出机的主机转速为300-400rpm，挤出温度为220-230℃，得到电缆造粒料；
步骤四、将电缆造粒料在流变仪中挤出，挤出温度在165-200℃，转速为40-50r/min，再在160-175℃的液压机中不加压预热3-6min，然后加压至15MPa加热4-7min并冷却至室温，制得厚度为1mm的试片。
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