CN115368657B - 一种交联聚乙烯绝缘电缆及其制备方法 - Google Patents

一种交联聚乙烯绝缘电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电缆的技术领域，具体公开了一种交联聚乙烯绝缘电缆及其制备方法。交联聚乙烯绝缘电缆，包括电缆芯，电缆芯外部包覆有电缆套，电缆套包括以下重量份的原料：低密度聚乙烯35‑60份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物15‑40份、交联剂0.5‑2份、抗老化剂1‑5份、紫外线吸收剂1‑3份、增塑剂1‑3份、复合物8‑15份，其制备方法为：将低密度聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物混匀，加热，加入交联剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、增塑剂、复合物，混匀，得到混合料；在电缆芯外部将混合料挤出，冷却成型，得到电缆套，制得交联聚乙烯绝缘电缆。本申请的绝缘电缆，通过原料之间的协同作用，具有提高电缆套抗老化性的优点。

Description

一种交联聚乙烯绝缘电缆及其制备方法
技术领域
本申请涉及电缆技术领域，尤其是涉及一种交联聚乙烯绝缘电缆及其制备方法。
背景技术
交联聚乙烯绝缘电缆是一种适用于配电网等领域的电缆，具有PVC绝缘电缆无法比拟的优点，它结构简单、重量轻、耐热好、负载能力强、机械强度高，适用于配电网、工业装置或者需要大容量用电领域，用于固定敷设在交流50Hz、额定电压6kV-35kV的电力输配电线路上，主要功能是输送电能。
目前，大多数电缆主要集中在城市、农村配电网中敷设，因电缆长期裸露在室外，容易受到紫外线、光、热的影响，电缆套容易老化，导致使用寿命低。
发明内容
为了提高电缆套的抗老化性，本申请提供一种交联聚乙烯绝缘电缆及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种交联聚乙烯绝缘电缆，采用如下技术方案：
一种交联聚乙烯绝缘电缆，包括电缆芯，所述电缆芯外部包覆有电缆套，所述电缆套包括以下重量份的原料：低密度聚乙烯35-60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15-40份、交联剂0.5-2份、抗老化剂1-5份、紫外线吸收剂1-3份、增塑剂1-3份、复合物8-15份，其中，复合物为石墨烯和氧化锌复配而成。
通过采用上述技术方案，本申请的交联聚乙烯绝缘电缆，通过各原料之间的协同作用，提高了电缆套的抗老化性，能够使老化前电缆的拉伸强度为18.9-35.7MPa，断裂伸长率为285-398％，老化后拉伸强度变化率为-5.4-(-0.8)％，老化后断裂伸长率为-8.4-(-3.8)％，180℃的热稳定时间为40-85s。
低密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物为电缆套的基础成分。抗老化剂、紫外线吸收剂能够提高电缆套对氧、紫外线的抵御，从而提高电缆的抗老化性。增塑剂便于电缆套的各原料成型。复合物为石墨烯和氧化锌复配而成，氧化锌抗老化性能好，稳定性好，对光、紫外线具有抵御的作用，应用到电缆套的原料中，能够提高电缆套的稳定性，从而提高电缆的抗老化性。石墨烯表面疏松多孔，具有吸附作用，且具有很强的绝缘性，氧化锌能够负载在石墨烯上，在电缆套的原料中分散的更加均匀，便于氧化锌发挥作用，便于提高电缆套的抗老化性。
作为优选：其包括以下重量份的原料：低密度聚乙烯45-50份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-30份、交联剂0.8-1.6份、抗老化剂2-4份、紫外线吸收剂1.5-2.5份、增塑剂1.5-2.5份、复合物10-13份。
通过采用上述技术方案，通过对各原料的掺量进行优化，能够使各原料更好的发挥作用，有助于提高电缆套的抗老化性。
作为优选：所述复合物采用以下方法制备：将石墨烯放入水中，超声分散，加入硝酸锌和酒石酸钠，混合均匀，得到混合物，向混合物加入尿素溶液，边滴加边搅拌，滴加完毕后加热升温，静置，冷却，抽滤，洗涤，烘干得到复合物。
进一步的，所述复合物采用以下方法制备：将石墨烯放入水中，超声分散20-30min，加入硝酸锌和酒石酸钠，搅拌10-20min，得到混合物，以1.5-2.5mL/min的速度向混合物中加入尿素溶液，滴加8-12min，滴加的过程中以600-1000r/min的转速搅拌，滴加完毕后，加热至100-140℃，静置5-7h，冷却至室温，抽滤，洗涤，烘干后得到复合物；
其中，每1g石墨烯中水的添加量为6-8mL，石墨烯和酒石酸钠的重量配比为1：(0.2-0.4)，尿素溶液的浓度为0.8-1.2mol/L。
通过采用上述技术方案，利用上述制备方法对复合物进行制备，能够使锌离子更好的负载在石墨烯上，且通过二者之间的协同作用，进一步提高电缆套的抗老化性。
作为优选：所述石墨烯和硝酸锌的重量配比为1：(0.4-0.6)。
硝酸锌的添加量过少，即氧化锌的添加量过少，会导致氧化锌发挥的作用较小，不能更优的提高电缆的抗老化性；硝酸锌的添加量过多，即氧化锌的添加量过多，导致吸附在石墨烯上的氧化锌过多，会对石墨烯进行包覆，造成石墨烯发挥的作用较小，不能更优的提高电缆的抗老化性。通过采用上述技术方案，当硝酸锌的添加量在上述范围内时，能够通过二者之间的协同作用，提高电缆套的抗老化性。
作为优选：所述抗老化剂为抗氧剂B215、抗氧剂1010、抗氧剂264中的一种或多种。
作为优选：所述紫外线吸收剂为H61、UV-531、1130中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，对抗老化剂和紫外线吸收剂进行限定，更能够提高电缆套的抗老化性。
作为优选：所述交联聚乙烯绝缘电缆还包括6-12重量份的纳米氧化镁。
通过采用上述技术方案，纳米氧化镁具有耐高温性、耐火性，应用到电缆套的原料中，能够提高电缆套的耐高温性，从而提高电缆对热的抵御，进而提高电缆套的抗老化性。
作为优选：所述纳米氧化镁在使用之前采用以下方法进行预处理：将纳米氧化镁放入乙醇溶液中，超声分散，加入硅烷偶联剂，混合均匀，过滤固体物，洗涤，烘干后得到预处理的纳米氧化镁。
进一步的，所述纳米氧化镁在使用之前采用以下方法进行预处理：将纳米氧化镁放入乙醇溶液中，超声分散20-40min，加入硅烷偶联剂，搅拌10-15min，过滤固体物，用水洗涤3-5次，烘干后得到预处理的纳米氧化镁；
其中，乙醇溶液的质量分数为20-40％，每1g纳米氧化镁中乙醇溶液的添加量为6-10mL，纳米氧化镁和硅烷偶联剂的重量配比为1：(0.4-0.6)。
通过采用上述技术方案，纳米氧化镁表面的比表面能大，容易出现自身团聚，在电缆套原料中的分散性不均，导致不能发挥最优的作用，利用硅烷偶联剂对纳米氧化镁进行预处理，能够减少纳米氧化镁的比表面能，提高纳米氧化镁的分散性，从而进一步提高电缆套的抗老化性。
第二方面，本申请提供一种交联聚乙烯绝缘电缆的制备方法，采用如下技术方案：一种交联聚乙烯绝缘电缆的制备方法，包括如下步骤：
S1：将低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物混合均匀，加热，加入交联剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、增塑剂、复合物，混合均匀，得到混合料；
S2：在电缆芯外部将混合料挤出，冷却成型，得到电缆套，制得交联聚乙烯绝缘电缆。
进一步的，一种交联聚乙烯绝缘电缆的制备方法，包括如下步骤：
S1：将低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物混合，搅拌20-40min，加热至70-80℃，加入交联剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、增塑剂、复合物，搅拌10-20min，得到混合料；
S2：在电缆芯外部将混合料挤出，冷却成型，得到电缆套，制得交联聚乙烯绝缘电缆。
通过采用上述技术方案，先对电缆套进行制备，便于电缆套的各原料混合的更加均匀，便于提高电缆套的抗老化性，再与电缆芯共同制得电缆。
作为优选：在加入复合物时，一并加入纳米氧化镁。
通过采用上述技术方案，纳米氧化镁应用到电缆套的原料中，更能够提高电缆套的抗老化性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、由于本申请中采用石墨烯和硝酸锌复配作为复合物，通过二者之间的协同作用，能够提高电缆套的抗老化性，可使老化前电缆套的拉伸强度达到35.7MPa，断裂伸长率达到398％，老化后拉伸强度变化率减小到-0.8％，老化后断裂伸长率为减小到-3.8％，180℃的热稳定时间达到85s。
2、本申请中优选向电缆套的原料中加入纳米氧化镁，且采用硅烷偶联剂对纳米氧化镁进行改性，减少纳米氧化镁的团聚，提高分散性，进一步提高了电缆套的耐热性、耐高温性，从而进一步提高电缆的抗老化性。
具体实施方式
以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。
原料
交联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；抗老化剂为抗氧剂1010；紫外线吸收剂为UV-531；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；硅烷偶联剂为KH-570。
制备例
制备例1
一种复合物，其采用以下方法制备：
将2kg石墨烯放入14L水中，超声分散25min，加入0.8kg硝酸锌和0.6kg酒石酸钠，搅拌15min，得到混合物，以2mL/min的速度向混合物中加入浓度为1mol/L的尿素溶液，滴加10min，滴加的过程中以800r/min的转速搅拌，滴加完毕后，加热至120℃，静置6h，冷却至室温，抽滤，洗涤，烘干后得到复合物。
制备例2
一种复合物，其和制备例1的区别之处在于硝酸锌的添加量不同，制备例2中的硝酸锌的添加量为1.0kg，其余均与制备例1相同。
制备例3
一种复合物，其和制备例1的区别之处在于硝酸锌的添加量不同，制备例3中的硝酸锌的添加量为1.2kg，其余均与制备例1相同。
实施例
实施例1
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其原料配比见表1所示。
一种交联聚乙烯绝缘电缆的制备方法，包括如下步骤：
S1：将低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物混合，搅拌30min，加热至75℃，加入交联剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、增塑剂、采用制备例1制备得到的复合物，搅拌15min，得到混合料；
S2：在电缆芯外部将混合料挤出，冷却成型，得到电缆套，制得交联聚乙烯绝缘电缆。
实施例2-5
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例1的区别之处在于，电缆套的原料配比不同，其原料配比见表1所示。
表1实施例1-5电缆套中各原料掺量(单位：kg)
Figure BDA0003839084610000051
实施例6-8
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例5的区别之处在于，电缆套的原料原料配比不同，其原料配比见表2所示。
表2实施例6-8电缆套中各原料掺量(单位：kg)
Figure BDA0003839084610000052
实施例9
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例7的区别之处在于，电缆套原料中的复合物的来源不同，实施例9中的复合物采用制备例2制备得到。
实施例10
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例7的区别之处在于，电缆套原料中的复合物的来源不同，实施例10中的复合物采用制备例3制备得到。
实施例11-13
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例9的区别之处在于，电缆套的原料中还包括纳米氧化镁，原料配比见表3所示，且制备方法中，步骤S1中，在加入复合物时，一并加入纳米氧化镁。
表3实施例11-13电缆套中各原料掺量(单位：kg)
Figure BDA0003839084610000061
/>
实施例14
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例13的区别之处在于，电缆套原料中的纳米氧化镁在使用之前采用以下方法对其进行预处理：将纳米氧化镁放入质量分数为30％的乙醇溶液中，超声分散30min，加入硅烷偶联剂，搅拌12min，过滤固体物，用水洗涤5次，烘干后得到预处理的纳米氧化镁，其中，每1g纳米氧化镁中乙醇溶液的添加量为8mL，纳米氧化镁和硅烷偶联剂的重量配比为1:0.5。
对比例
对比例1
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例1的区别之处在于，电缆套的原料中未添加复合物。
对比例2
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例1的区别之处在于，电缆套的原料中用石墨烯等量替换复合物。
对比例3
一种交联聚乙烯绝缘电缆，其和实施例1的区别之处在于，电缆套的原料中用氧化锌等量替换复合物。
性能检测试验
对实施例1-14和对比例1-3中的交联聚乙烯绝缘电缆进行下述性能检测：
拉伸强度：依据GB/T1040-1992《塑料拉伸性能试验方法》对电缆的拉伸强度进行测定，检测结果如表4所示。
断裂伸长率：依据依据GB/T1040-1992《塑料拉伸性能试验方法》对电缆的断裂伸长率进行测定，检测结果如表4所示。
老化试验：依据GB/T2951.2-1997《电缆绝缘和护套材料通用试验方法第1部分：通用试验方法第2节：热老化试验方法》对电缆进行老化试验，检测结果如表4所示。
表4检测结果
Figure BDA0003839084610000071
Figure BDA0003839084610000081
从表4中可以看出，本申请的交联聚乙烯绝缘电缆，通过各原料之间的协同作用，提高了电缆的抗老化性，能够使老化前电缆的拉伸强度为18.9-35.7MPa，断裂伸长率为285-398％，老化后拉伸强度变化率为-5.4-(-0.8)％，老化后断裂伸长率为-8.4-(-3.8)％，180℃的热稳定时间为40-85s。
结合实施例1和对比例1-3可以看出，实施例1中的老化前电缆的拉伸强度为18.9MPa，断裂伸长率为285％，老化后拉伸强度变化率为-5.4％，老化后断裂伸长率为-8.4％，180℃的热稳定时间为40s，优于对比例1-3，表明电缆套的原料中采用石墨烯和氧化锌复配作为复合物更为合适，能够提高电缆套的抗老化性，从而提高电缆的抗老化性。
结合实施例1-5可以看出，实施例5中的老化前电缆的拉伸强度为24.7MPa，断裂伸长率为337％，老化后拉伸强度变化率为-3.0％，老化后断裂伸长率为-5.7％，180℃的热稳定时间为60s，优于其他实施例，表明实施例5中的复合物的添加量更为合适，能够提高电缆套的抗老化性，从而提高电缆的抗老化性。
结合实施例6-8可以看出，电缆套的原料中除复合物外的其他原料的添加量变化对电缆套的性能影响不大。
结合实施例7和实施例9-10可以看出，实施例9中的老化前电缆的拉伸强度为28.5MPa，断裂伸长率为374％，老化后拉伸强度变化率为-1.8％，老化后断裂伸长率为-5.0％，180℃的热稳定时间为70s，优于其他实施例，表明复合物采用制备例2制备得到更为合适，能够使复合物发挥更优的作用，从而提高电缆的抗老化性。
结合实施例9和实施例11-13可以看出，实施例13中的老化前电缆的拉伸强度为33.2MPa，断裂伸长率为392％，老化后拉伸强度变化率为-1.1％，老化后断裂伸长率为-4.1％，180℃的热稳定时间为80s，优于其他实施例，表明电缆套的原料中加入纳米氧化镁更为合适，且实施例13中的纳米氧化镁的添加量更为合适，能够进一步提高电缆的抗老化性。
结合实施例13-14可以看出，实施例14中的老化前电缆的拉伸强度为35.7MPa，断裂伸长率为398％，老化后拉伸强度变化率为-0.8％，老化后断裂伸长率为-3.8％，180℃的热稳定时间为85s，优于实施例13，表明纳米氧化镁在使用前采用硅烷偶联剂对其进行预处理更为合适，能够提高纳米氧化镁的分散性，从而进一步提高电缆的抗老化性。
上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种交联聚乙烯绝缘电缆，包括电缆芯，其特征在于：所述电缆芯外部包覆有电缆套，所述电缆套包括以下重量份的原料：低密度聚乙烯35-60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15-40份、交联剂0.5-2份、抗老化剂1-5份、紫外线吸收剂1-3份、增塑剂1-3份、复合物8-15份，其中，复合物为石墨烯和氧化锌复配而成；
所述复合物采用以下方法制备：将石墨烯放入水中，超声分散20-30min，加入硝酸锌和酒石酸钠，搅拌10-20min，得到混合物，以1.5-2.5mL/min的速度向混合物中加入尿素溶液，滴加8-12min，滴加的过程中以600-1000r/min的转速搅拌，滴加完毕后，加热至100-140℃，静置5-7h，冷却至室温，抽滤，洗涤，烘干后得到复合物；
其中，每1g石墨烯中水的添加量为6-8mL，石墨烯和酒石酸钠的重量配比为1：（0.2-0.4），尿素溶液的浓度为0.8-1.2mol/L；
所述石墨烯和硝酸锌的重量配比为1：（0.4-0.6）。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯绝缘电缆，其特征在于：其包括以下重量份的原料：低密度聚乙烯45-50份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-30份、交联剂0.8-1.6份、抗老化剂2-4份、紫外线吸收剂1.5-2.5份、增塑剂1.5-2.5份、复合物10-13份。
3.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯绝缘电缆，其特征在于：所述抗老化剂为抗氧剂B215、抗氧剂1010、抗氧剂264中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯绝缘电缆，其特征在于：所述紫外线吸收剂为H61、UV-531、1130中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯绝缘电缆，其特征在于：所述交联聚乙烯绝缘电缆还包括6-12重量份的纳米氧化镁。
6.根据权利要求5所述的一种交联聚乙烯绝缘电缆，其特征在于：所述纳米氧化镁在使用之前采用以下方法进行预处理：将纳米氧化镁放入乙醇溶液中，超声分散，加入硅烷偶联剂，混合均匀，过滤固体物，洗涤，烘干后得到预处理的纳米氧化镁。
7.一种如权利要求1-4任一所述的交联聚乙烯绝缘电缆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物混合均匀，加热，加入交联剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、增塑剂、复合物，混合均匀，得到混合料；
S2：在电缆芯外部将混合料挤出，冷却成型，得到电缆套，制得交联聚乙烯绝缘电缆。
8.根据权利要求7所述的一种交联聚乙烯绝缘电缆的制备方法，其特征在于：在加入复合物时，一并加入纳米氧化镁。
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