CN115678179A - 一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力管技术领域，尤其涉及一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管及其制备方法，本发明的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管，包括以下重量份原料：PVC 65‑80份、CPVC 30‑40份、超重碳酸钙10‑15份、改性添加剂12‑20份、热稳定剂2‑3份、增塑剂15‑25份、加工助剂1‑2份、阻燃剂25‑30份。本发明制备得到的高绝缘改性聚氯乙烯电力管，能够有效提高基体材料的体积电阻率，在一定程度上保证了制备得到的电力管具有良好的绝缘性能。

Description

一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管及其制备方法

技术领域

本发明涉及电力管技术领域，尤其涉及一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管及其制备方法。

背景技术

随着我国的城市化进程的深化，电网的高低压线路架空建设日益减少，地埋敷设日益增加。尤其在沿海地区，新建的220KV及以下的线路大多用地埋方式敷设，而市区内的新建线路的地埋率更达100％，因此为了保证敷设电缆的使用寿命以及使用安全，人们通常使用塑料管道、金属管道或者玻璃钢管作为高压电缆的护管套材。

而在实际应用的过程中，金属管道耐腐蚀性差，且绝缘性不好，而玻璃钢管在生产和使用中容易造成污染，同时脆性大，不耐重压、敲打或碰撞，也易分层，影响使用寿命。随着塑料行业的发展，塑料的电力管具有质量轻、绝缘性更好、耐腐蚀性等特点而逐渐的取代了金属管道和玻璃钢管。

现有的塑料电力管，大多为PVC材料或MPP材料，其中，PVC材料作为一种历史悠久的热塑性塑料，因为具有刚性好、强度高、阻燃、耐腐蚀、加工性能良好、价格低廉的优点，而在电力管行业有着广泛的应用。虽然单纯的PVC材料本身具有一定的电气绝缘性能，但是由于在生产的过程中，为了提高聚氯乙烯材料的可加工性能，通常会在聚氯乙烯树脂基体内，添加大量的增塑剂、稳定剂以及其它加工助剂，特别是增塑剂的添加，会大大降低聚氯乙烯树脂的体积电阻率，降低材料的绝缘性能，导致其使用的时候安全性能降低，因此，提供一种绝缘性能更好的聚氯乙烯电力管是很有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管及其制备方法，制备得到的电力管，够有效提高基体材料的体积电阻率，在一定程度上保证了制备得到的电力管具有良好的绝缘性能。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管，所述电力管包括以下重量份原料：PVC65-80份、CPVC 30-40份、超重碳酸钙10-15份、改性添加剂12-20份、热稳定剂2-3份、增塑剂15-25份、加工助剂1-2份、阻燃剂25-30份。

进一步，所述PVC电力管包括以下重量份原料：PVC 70份、CPVC 30份、超重碳酸钙12份、改性添加剂18份、热稳定剂3份、增塑剂20份、加工助剂2份、阻燃剂25份。

进一步，所述改性添加剂是以改性乙烯-醋酸乙烯酯插层改性高岭土后，再与空心纳米二氧化硅颗粒复合而得，所述改性乙烯-醋酸乙烯酯是由尿素接枝乙烯-醋酸乙烯酯制得。

CPVC是由聚氯乙烯树脂氯化改性后制得的材料，由于经过改性了分子键的不规则性增加，使得CPVC材料的耐热性、以及耐候性均相较于聚氯乙烯材料有所增加，因此，本发明的电力管以PVC和CPVC复合材料作为基体材料，相比单纯的以PVC树脂作为基体材料的电力管，具有更好的耐热性，能够更好的适合于电缆工作时的高温环境，有利于提高其实用寿命。

其次，本发明的电力管的原料中添加了改性添加剂，首先，使用的高岭土和二氧化硅均具有良好的绝缘性，将其添加于电力管基体材料中，一方面能够提高基体材料的绝缘性，另一方面还能够作为无机刚性粒子，提高基体材料的力学性能，其次，由于高岭土本身属于层状的结构，经过改性乙烯-醋酸乙烯酯插层之后，增加了高岭土的层间距离，降低了层间的结合力，在和基体材料进行混炼的过程中，其层状结构被剥离分散在基体材料内，结合空心的纳米二氧化硅颗粒结构，能够有效阻隔基体材料内载流子的传输路径，以此进一步提高基体材料的体积电阻率，提高其绝缘性能；另外，乙烯-醋酸乙烯酯与基体材料聚氯乙烯之间具有良好的相容性，而尿素所含有的胺基能够和高岭土层间的羟基形成氢键，因此，以尿素接枝乙烯-醋酸乙烯酯再对高岭土进行插层，不仅能够提高改性乙烯-醋酸乙烯酯对高岭土的插层效果，同时改性乙烯-醋酸乙烯酯也能提高高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒和基体材料之间的相容性，几者之间相辅相成，从而在一定程度上保证了改性添加剂对基体材料的作用效果。

进一步，所述改性添加剂的制备方法为：分别将高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒进行预处理后备用，然后将经过预处理的高岭土和改性乙烯-醋酸乙烯酯置于双辊开炼机中，于130-135℃温度下共混30-40min，得到共混物，将共混物加入搅拌机中，然后将经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒均分为三份分批次加入，第一次加入经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于300r/min的条件下搅拌混合5-10min，升温至45-55℃，加入第二批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于600r/min的条件下搅拌混合30-45min，加入第三批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，以800r/min的速度继续搅拌混合20-30min，持续搅拌降至室温，得到混合物料，将混合物料置于密炼机中，在120-130℃温度下混炼20-25min，得到改性添加剂。

进一步，所述高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒的预处理方法相同，均为：取高岭土或空心纳米二氧化硅颗粒分散于去离子水中得到悬浮液，在超声条件下，升温至80℃，加入预热至80℃的十八烷基三甲基溴化铵溶液，保温反应4-6h，将反应液过滤，滤饼用去离子水洗涤至无溴离子，真空干燥之后，待用。

通过对高岭土和空心纳米二氧化硅颗粒进行有机化预处理，能够提高高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒和改性改性乙烯-醋酸乙烯酯之间的相容性，提高其分散性。

进一步，所述改性乙烯-醋酸乙烯酯的制备方法为：取乙烯-醋酸乙烯酯塑料颗粒，加入10-30wt％尿素溶液中，升温至45-50℃，保温、持续搅拌，加入氢氧化钠溶液，搅拌混合1-2h，在氮气气氛下，以⁶⁰Coγ为辐照源，进行辐照处理20-30s，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到改性乙烯-醋酸乙烯酯

此外，本发明还公开了上述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管的制备方法，所述制备方法具体为：

按配比分别称取各原料，将PVC和CPVC经过干燥后，加入高速混合机中，搅拌同时加热升温至60-80℃加入热稳定剂，保温搅拌混合1min，继续加热升温至95-100℃加入增塑剂、加工助剂，保温搅拌混合2min后，加热升温至110-120℃时加入超重碳酸钙、改性添加剂、阻燃剂，搅拌混合3min，冷却至35-40℃，出料加入混炼机中，于150-160℃温度下混炼12-15min，得到混合物料降温至45-55℃时出料，将原料输送至双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机挤出后，得到电力管。

进一步，所述双螺杆挤出机的工艺参数为：一区为120-130℃，二区为155-165℃，三区为160-170℃，四区为175-185℃，机头和模具的温度为160-170℃，牵引速度为4-9m/min。

进一步，所述增塑剂包括偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯，所述偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯的质量比为(1.5-1.2):1。

进一步，所述热稳定剂是钙锌复合稳定剂、硬脂酸锌中的一种或两种，所述加工助剂为ACR401，所述阻燃剂为氢氧化铝和氧化锑的混合物，所述氢氧化铝和氧化锑的质量比为(5-6):1。

本发明的有益效果：

1、本发明的电力管，对原料进行优化，在原料中加入了改性添加剂，能够有效提高基体材料的体积电阻率，在一定程度上保证了制备得到的电力管具有良好的绝缘性能，同时改性添加剂还能替代部分的无机填料，因此对基体材料的力学性能等并不会产生影响。

2、本发明的改性添加剂，通过改性乙烯-醋酸乙烯酯能够有效提高高岭土和空心纳米二氧化硅颗粒和基体材料之间的相容性，在制备的过程中，高岭土被剥离分散在基体材料中，结合纳米二氧化硅颗粒的空心结构，能够有效阻隔基体材内载流子的传输路径，从而保证了改性添加剂对基体材料的改性效果。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：

本发明的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管，在基体材料中加入了改性添加剂，从而保证了基体材料的绝缘性能，其中改性添加剂是以改性乙烯-醋酸乙烯酯插层改性高岭土后，再与空心纳米二氧化硅颗粒复合而得，改性乙烯-醋酸乙烯酯是由尿素接枝乙烯-醋酸乙烯酯制得，具体如下：

实施例一

改性乙烯-醋酸乙烯酯的制备

以25g/L的固液比取乙烯-醋酸乙烯酯塑料颗粒，加入10-30wt％尿素溶液中，升温至45-50℃，保温、持续搅拌，加入0.1倍尿素溶液体积的8mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌混合1-2h，在氮气气氛下，以⁶⁰Coγ为辐照源，进行辐照处理20-30s，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到改性乙烯-醋酸乙烯酯。

高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒的预处理

取高岭土或空心纳米二氧化硅颗粒以40g/L的固液比分散于去离子水中得到悬浮液，在频率为25KHz，功率为125W的超声条件下，升温至80℃，加入预热至80℃的50wt％的十八烷基三甲基溴化铵溶液，十八烷基三甲基溴化铵和高岭土或空心纳米二氧化硅颗粒的质量比为0.3:1，保温反应4-6h，将反应液过滤，滤饼用去离子水洗涤至无溴离子，真空干燥之后，待用。

改性添加剂的制备

按照1:4的质量比将经过预处理的高岭土和改性乙烯-醋酸乙烯酯置于双辊开炼机中，于130℃温度下共混40min，得到共混物，将共混物加入搅拌机中，然后将0.6倍高岭土质量的经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒均分为三份分批次加入，第一次加入经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于300r/min的条件下搅拌混合8min，升温至45℃，加入第二批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于600r/min的条件下搅拌混合45min，加入第三批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，以800r/min的速度继续搅拌混合20min，持续搅拌降至室温，得到混合物料，将混合物料置于密炼机中，在130℃温度下混炼25min，得到改性添加剂。

电力管的制备

首先按以下配比分别称取：PVC 70份、CPVC 30份、超重碳酸钙12份、改性添加剂18份、热稳定剂3份、增塑剂20份、加工助剂2份、阻燃剂25份。

其中，增塑剂包括偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯，偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯的质量比为1.2:1；热稳定剂是钙锌复合稳定剂、硬脂酸锌中的一种或两种，加工助剂为ACR401，阻燃剂为氢氧化铝和氧化锑的混合物，所述氢氧化铝和氧化锑的质量比为5:1。

将PVC和CPVC经过干燥后，加入高速混合机中，搅拌同时加热升温至80℃加入热稳定剂，保温搅拌混合1min，继续加热升温至100℃加入增塑剂、加工助剂，保温搅拌混合2min后，加热升温至120℃时加入超重碳酸钙、改性添加剂、阻燃剂，搅拌混合3min，冷却至35℃，出料加入混炼机中，于155℃温度下混炼15min，得到混合物料降温至45℃时出料，将原料输送至双螺杆挤出机，设置双螺杆挤出机的工艺参数为：一区为120℃，二区为155℃，三区为160℃，四区为175℃，机头和模具的温度为160℃，牵引速度为5m/min，经双螺杆挤出机挤出后，得到电力管。

实施例二

改性乙烯-醋酸乙烯酯的制备与实施例一相同。

高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒的预处理与实施例一相同。

改性添加剂的制备

按照1:3的质量比将经过预处理的高岭土和改性乙烯-醋酸乙烯酯置于双辊开炼机中，于135℃温度下共混35min，得到共混物，将共混物加入搅拌机中，然后将0.6倍高岭土质量的经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒均分为三份分批次加入，第一次加入经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于300r/min的条件下搅拌混合5min，升温至50℃，加入第二批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于600r/min的条件下搅拌混合30min，加入第三批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，以800r/min的速度继续搅拌混合25min，持续搅拌降至室温，得到混合物料，将混合物料置于密炼机中，在120℃温度下混炼25min，得到改性添加剂。

电力管的制备

首先按以下配比分别称取：PVC 65份、CPVC 40份、超重碳酸钙15份、改性添加剂12份、热稳定剂2份、增塑剂15份、加工助剂2份、阻燃剂30份。

其中，增塑剂包括偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯，偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯的质量比为1.5:1；热稳定剂是钙锌复合稳定剂、硬脂酸锌中的一种或两种，加工助剂为ACR401，阻燃剂为氢氧化铝和氧化锑的混合物，所述氢氧化铝和氧化锑的质量比为6:1。

将PVC和CPVC经过干燥后，加入高速混合机中，搅拌同时加热升温至60℃加入热稳定剂，保温搅拌混合1min，继续加热升温至100℃加入增塑剂、加工助剂，保温搅拌混合2min后，加热升温至115℃时加入超重碳酸钙、改性添加剂、阻燃剂，搅拌混合3min，冷却至40℃，出料加入混炼机中，于150℃温度下混炼12min，得到混合物料降温至50℃时出料，将原料输送至双螺杆挤出机，设置双螺杆挤出机的工艺参数为：一区为125℃，二区为160℃，三区为165℃，四区为180℃，机头和模具的温度为165℃，牵引速度为6m/min，经双螺杆挤出机挤出后，得到电力管。

实施例三

改性乙烯-醋酸乙烯酯的制备与实施例一相同。

高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒的预处理与实施例一相同。

改性添加剂的制备

按照1:5的质量比将经过预处理的高岭土和改性乙烯-醋酸乙烯酯置于双辊开炼机中，于130℃温度下共混30min，得到共混物，将共混物加入搅拌机中，然后将0.6倍高岭土质量的经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒均分为三份分批次加入，第一次加入经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于300r/min的条件下搅拌混合10min，升温至55℃，加入第二批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于600r/min的条件下搅拌混合40min，加入第三批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，以800r/min的速度继续搅拌混合30min，持续搅拌降至室温，得到混合物料，将混合物料置于密炼机中，在125℃温度下混炼20min，得到改性添加剂。

电力管的制备

首先按以下配比分别称取：PVC 80份、CPVC 35份、超重碳酸钙10份、改性添加剂20份、热稳定剂3份、增塑剂25份、加工助剂1份、阻燃剂28份。

其中，增塑剂包括偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯，偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯的质量比为1.3:1；热稳定剂是钙锌复合稳定剂、硬脂酸锌中的一种或两种，加工助剂为ACR401，阻燃剂为氢氧化铝和氧化锑的混合物，所述氢氧化铝和氧化锑的质量比为5:1。

将PVC和CPVC经过干燥后，加入高速混合机中，搅拌同时加热升温至70℃加入热稳定剂，保温搅拌混合1min，继续加热升温至95℃加入增塑剂、加工助剂，保温搅拌混合2min后，加热升温至110℃时加入超重碳酸钙、改性添加剂、阻燃剂，搅拌混合3min，冷却至35℃，出料加入混炼机中，于160℃温度下混炼14min，得到混合物料降温至55℃时出料，将原料输送至双螺杆挤出机，设置双螺杆挤出机的工艺参数为：一区为130℃，二区为165℃，三区为170℃，四区为185℃，机头和模具的温度为170℃，牵引速度为9m/min，经双螺杆挤出机挤出后，得到电力管。

对比例一

本对比例和实施例一的区别在于，其不同之处在于，本对比例不添加改性添加剂，而是替换为等质量的高岭土。

对比例二

本对比例和实施例一相比，其不同之处在于，本对比例的改性添加剂仅仅为以改性乙烯-醋酸乙烯酯插层改性高岭土。

对比例三

本对比例和实施例一相比，其不同之处在于，本对比例不不添加改性添加剂，而是替换为等质量的空心纳米二氧化硅颗粒。

对实施例一、对比例一～三制备得到的电力管进行力学性能以及体积电阻率(20℃、250V)的测试，同时以现有的市场购置的电力管作为对比。

采用CMT4204型电子万能试验机对电力管的断裂伸长率、拉伸强度进行检测，拉伸速度为50m/min，取五次测量的平均值。

由YU8156A型绝缘体积电阻测试仪对体积电阻率进行测定，测试结果如表1所示：

表1

序号	强度/MPa	断裂伸长率/％	体积电阻率/(Ω·m)
				实施例一	23	270	3.21×10<sup>13</sup>
对比例一	20	265	2.39×10<sup>13</sup>
				对比例二	21	259	2.76×10<sup>13</sup>
对比例三	21	262	2.45×10<sup>13</sup>
				现有产品	20	253	2.21×10<sup>13</sup>

通过表1数据可以看出，采用本发明的改性添加剂能够明显提高制备得到的电力管的体积电阻率，保证制备得到的电力管的绝缘性能，同时对电力管的力学性能也有一定的提升。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管，其特征在于，所述电力管包括以下重量份原料：PVC 65-80份、CPVC 30-40份、超重碳酸钙10-15份、改性添加剂12-20份、热稳定剂2-3份、增塑剂15-25份、加工助剂1-2份、阻燃剂25-30份。

2.根据权利要求1所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管，其特征在于，所述PVC电力管包括以下重量份原料：PVC 70份、CPVC 30份、超重碳酸钙12份、改性添加剂18份、热稳定剂3份、增塑剂20份、加工助剂2份、阻燃剂25份。

3.根据权利要求2所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管，其特征在于，所述改性添加剂是以改性乙烯-醋酸乙烯酯插层改性高岭土后，再与空心纳米二氧化硅颗粒复合而得，所述改性乙烯-醋酸乙烯酯是由尿素接枝乙烯-醋酸乙烯酯制得。

4.根据权利要求3所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管，其特征在于，所述改性添加剂的制备方法为：分别将高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒进行预处理后备用，然后将经过预处理的高岭土和改性乙烯-醋酸乙烯酯置于双辊开炼机中，于130-135℃温度下共混30-40min，得到共混物，将共混物加入搅拌机中，然后将经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒均分为三份分批次加入，第一次加入经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于300r/min的条件下搅拌混合5-10min，升温至45-55℃，加入第二批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，于600r/min的条件下搅拌混合30-45min，加入第三批经过预处理的空心纳米二氧化硅颗粒，以800r/min的速度继续搅拌混合20-30min，持续搅拌降至室温，得到混合物料，将混合物料置于密炼机中，在120-130℃温度下混炼20-25min，得到改性添加剂。

5.根据权利要求4所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管，其特征在于，所述高岭土、空心纳米二氧化硅颗粒的预处理方法相同，均为：取高岭土或空心纳米二氧化硅颗粒分散于去离子水中得到悬浮液，在超声条件下，升温至80℃，加入预热至80℃的十八烷基三甲基溴化铵溶液，保温反应4-6h，将反应液过滤，滤饼用去离子水洗涤至无溴离子，真空干燥之后，待用。

6.根据权利要求5所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管的制备方法，其特征在于，所述改性乙烯-醋酸乙烯酯的制备方法为：取乙烯-醋酸乙烯酯塑料颗粒，加入10-30wt％尿素溶液中，升温至45-50℃，保温、持续搅拌，加入氢氧化钠溶液，搅拌混合1-2h，在氮气气氛下，以⁶⁰Coγ为辐照源，进行辐照处理20-30s，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干得到改性乙烯-醋酸乙烯酯。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：

按配比分别称取各原料，将PVC和CPVC经过干燥后，加入高速混合机中，搅拌同时加热升温至60-80℃加入热稳定剂，保温搅拌混合1min，继续加热升温至95-100℃加入增塑剂、加工助剂，保温搅拌混合2min后，加热升温至110-120℃时加入超重碳酸钙、改性添加剂、阻燃剂，搅拌混合3min，冷却至35-40℃，出料加入混炼机中，于150-160℃温度下混炼12-15min，得到混合物料降温至45-55℃时出料，将原料输送至双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机挤出后，得到电力管。

8.根据权利要求7所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的工艺参数为：一区为120-130℃，二区为155-165℃，三区为160-170℃，四区为175-185℃，机头和模具的温度为160-170℃，牵引速度为4-9m/min。

9.根据权利要求8所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管的制备方法，其特征在于，所述增塑剂包括偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯，所述偏苯三酸三辛酯、邻苯二甲酸二辛酯的质量比为(1.5-1.2):1。

10.根据权利要求9所述的一种高绝缘改性聚氯乙烯电力管的制备方法，其特征在于，所述热稳定剂是钙锌复合稳定剂、硬脂酸锌中的一种或两种，所述加工助剂为ACR401，所述阻燃剂为氢氧化铝和氧化锑的混合物，所述氢氧化铝和氧化锑的质量比为(5-6):1。