CN115716955A - 一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料及其制备方法和应用，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料包括未改性的乙烯醋酸乙烯酯、超低密度茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯、无机阻燃剂、硅橡胶、硬脂酸、交联剂和烷氧基聚硅氧烷的组合，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料通过选择未改性的乙烯醋酸乙烯酯与超低密度茂金属聚乙烯进行搭配作为基体材料，并添加马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯作为相容剂提高无机填料与基体的相容性，最终得到了兼具优异阻燃性能、耐候性能和较高体积电阻率的电缆料，满足大电流的使用需求。
Description
技术领域
本发明属于电力电缆技术领域，具体涉及一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料及其制备方法和应用。
背景技术
随着电力电缆行业的迅猛发展，使得与之配套的阻燃电线电缆以及电力电缆、控制电缆、信号电缆、仪器仪表电缆、计算机电缆等电线电缆的用量急剧增加。传统的阻燃电缆大都采用聚氯乙烯作为绝缘或护套。虽然聚氯乙烯具有阻燃好、价廉、挤出工艺好等特点，但由于其含有卤素，遇到火灾燃烧时会释放大量卤化氢气体和浓烟，造成火灾的“二次危害”，从而加大了火灾的损失。
辐照交联聚烯烃是以聚烯烃树脂为基料，添加无机阻燃剂(提高树脂阻燃性能)、填充剂(降低材料成本)、抗氧剂(提高产品耐热性能，延缓老化)、润滑剂(改善产品加工性能，使物料更容易脱模流动)等助剂通过适当的比例经过螺杆挤出塑化后混合在一起的产品。
CN106432863A公开了一种防开裂低烟阻燃交联聚烯烃电缆料制备方法，其配方以质量份数计包含以下组分：聚烯烃树脂：90～100份，阻燃剂：100～150份，阻燃增效剂：10～15份，润滑剂：1～5份，抗氧剂：0.5～5份，交联剂：1～3份，塑化剂：1～5份，表面处理剂：1～5份，光稳定剂：3～5份，着色剂：1～3份，NBR：3～5份，聚烯烃树脂为低密度聚乙烯、乙烯与乙酸乙烯脂共聚物、聚乙烯与辛烯脂共聚物、乙烯与丙烯脂共聚物和乙烯与醋酸乙烯脂共聚物中的两种或多种，该发明得到的电缆料防开裂性能高，阻燃效果好，达到了低烟的效果，保证了该电缆料的光滑性和耐腐蚀性，有效的避免了安全隐患的发生，从而有效的解决了电缆料抗热变形能力差和低温容易硬化开裂的问题。
但是，包括上述发明在内的现有技术中提供的传统辐照交联聚烯烃由于需要满足较高的加工速度，进而所用EVA基体树脂的占比高，硬度较低，在大电流情况下易出现发生发泡、发黄甚至冒烟情况。
因此，开发一种在大电流情况下也不容易发生发泡、发黄的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料及其制备方法和应用，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料在保证力学性能满足常规辐照交联聚烯烃要求的情况下，同时能够达到较高的体积电阻率，在大电流情况下也不容易发生发泡、发黄和冒烟，满足耐大电流的要求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料按照重量份包括如下组分：
其中，所述未改性的乙烯醋酸乙烯酯可以为10.5重量份、11重量份、11.5重量份、12重量份、12.5重量份、13重量份、13.5重量份、14重量份或14.5重量份等。
所述超低密度茂金属聚乙烯可以为15.5重量份、16重量份、16.5重量份、17重量份、17.5重量份、18重量份、18.5重量份、19重量份或19.5重量份等。
所述马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯可以为5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份或9.5重量份等。
所述无机阻燃剂可以为65重量份、70重量份、75重量份、80重量份或85重量份等。
所述硅橡胶可以为1.3重量份、1.6重量份、1.9重量份、2.2重量份、2.5重量份或2.8重量份等。
所述硬脂酸可以为0.55重量份、0.6重量份、0.65重量份、0.7重量份、0.75重量份、0.8重量份、0.85重量份、0.9重量份或0.95重量份等。
所述交联剂可以为0.55重量份、0.6重量份、0.65重量份、0.7重量份、0.75重量份、0.8重量份、0.85重量份、0.9重量份或0.95重量份等。
所述烷氧基聚硅氧烷可以为0.55重量份、0.6重量份、0.65重量份、0.7重量份、0.75重量份、0.8重量份、0.85重量份、0.9重量份或0.95重量份等。
本发明提供的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料包括未改性的乙烯醋酸乙烯酯、超低密度茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯、无机阻燃剂、硅橡胶、硬脂酸、交联剂和烷氧基聚硅氧烷的组合；其中，通过选择超低密度茂金属聚乙烯作为部分基体材料与未改性的乙烯醋酸乙烯酯相搭配，有助于提高电缆料的力学性能；通过添加无机阻燃剂提高电缆料的阻燃性能，还添加特定份数的马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯可以有效提高基体与无机粉体的相容性，进一步提升电缆料的力学性能和阻燃性能；通过烷氧基聚硅氧烷与硅橡胶协调搭配可以提升电缆料的耐候性，提高其在大电流下的耐黄变效果，最终得到了兼具优异机械性能、阻燃性能和耐候性能的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，满足大电流的使用需求。
本发明所提供的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料中的“大电流”指的是100A的过载电流。
优选地，所述未改性的乙烯醋酸乙酯中VA的质量百分含量不低于26％，例如29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％等。
优选地，所述未改性的乙烯醋酸乙酯的熔融指数不高于4.5g/10min，例如4.4g/10min、4.3g/10min、4.2g/10min、4.1g/10min或4g/10min等。
优选地，所述超低密度茂金属聚乙烯的熔融指数不高于4g/10min，例如3.9g/10min、3.8g/10min、3.7g/10min、3.6g/10min或3.5g/10min等。
需要说明的是，在本发明中，熔融指数均是在190℃，载荷为2.16kg的条件下进行的测试。
优选地，所述马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯中VA的质量百分含量不低于26％，例如29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％等。
优选地，所述无机阻燃剂包括氢氧化镁和氢氧化铝。
优选地，所述氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为(4～6):1，例如4.2:1、4.4:1、4.6:1、4.8:1、5:1、5.2:1、5.4:1、5.6:1或5.8:1等。
作为本发明的优选技术方案，采用质量比为(4～6):1的氢氧化镁和氢氧化铝搭配作为阻燃剂，可以使得到的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料不仅具有优异的阻燃性能，还具有优异的耐冒泡性。
优选地，所述氢氧化镁为二甲基硅烷改性氢氧化镁。
优选地，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
优选地，所述硅橡胶和烷氧基聚硅氧烷的质量比为(1～2):0.6，例如1.1:0.6、1.2:0.6、1.3:0.6、1.4:0.6、1.5:0.6、1.6:0.6、1.7:0.6、1.8:0.6或1.9:0.6等。
作为本发明的优选技术方案，限定硅橡胶和烷氧基聚硅氧烷的质量比为(1～2):0.6可以使二者发挥出最佳的协同效果，使得到的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料耐黄变效果达到最优。
优选地，所述交联剂包括三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或过氧化二异丙苯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料还包括润滑剂。
作为本发明的优选技术方案，添加润滑剂可以有效改善材料的加工脱模性能及表面光泽度。
优选地，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料中润滑剂的含量为1～5重量份，例如1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份等。
优选地，所述润滑剂包括硬脂酸、聚乙烯蜡或EBS树脂中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料的制备方法，所述制备方法包括：将未改性的乙烯基醋酸乙烯酯、超低密度茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯、无机阻燃剂、硅橡胶、硬脂酸、交联剂、烷氧基聚硅氧烷和任选地润滑剂进行混合，挤出造粒，得到所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料。
优选地，所述混合的温度为160～170℃，例如162℃、164℃、166℃或168℃等。
优选地，所述混合的时间为15～25min，例如17min、19min、21min或23min等。
优选地，所述挤出在单螺杆挤出机中进行。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料在电力电缆中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料包括未改性的乙烯醋酸乙烯酯、超低密度茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯、无机阻燃剂、硅橡胶、硬脂酸、交联剂和烷氧基聚硅氧烷的组合，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料通过选择未改性的乙烯醋酸乙烯酯与超低密度茂金属聚乙烯进行搭配作为基体材料，并添加马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯作为相容剂提高无机填料与基体的相容性，最终得到了兼具优异阻燃性能、耐候性能和较高体积电阻率的电缆料，满足大电流的使用需求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明具体实施方式部分涉及到部分原料的详细信息如表1所示：
表1
实施例1
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其按照重量份包括如下组分：
本实施例提供耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料的制备方法包括：将未改性的乙烯基醋酸乙烯酯、超低密度茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯、无机阻燃剂、硅橡胶、硬脂酸、交联剂、烷氧基聚硅氧烷和润滑剂于密炼-双螺杆中在165℃下混合20min，经单螺杆挤出造粒，得到所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料。
实施例2
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其按照重量份包括如下组分：
本实施例提供耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料的制备方法包括：将未改性的乙烯基醋酸乙烯酯、超低密度茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯、无机阻燃剂、硅橡胶、硬脂酸、交联剂、烷氧基聚硅氧烷和润滑剂于密炼-双螺杆中在160℃下混合25min，经单螺杆挤出造粒，得到所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料。
实施例3
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其按照重量份包括如下组分：
本实施例提供耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料的制备方法包括：将未改性的乙烯基醋酸乙烯酯、超低密度茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯、无机阻燃剂、硅橡胶、硬脂酸、交联剂、烷氧基聚硅氧烷和润滑剂于密炼-双螺杆中在170℃下混合15min，经单螺杆挤出造粒，得到所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料。
实施例4
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，氢氧化镁的添加量为58重量份，氢氧化铝的添加量为14重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例5
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，不添加氢氧化镁，氢氧化铝的添加量为72重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例6
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，氢氧化镁的添加量为62重量份，氢氧化铝的添加量为10重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例7
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，氢氧化镁的添加量为72重量份，不添加氢氧化铝，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例8
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，烷氧基聚硅氧烷的添加量为0.4重量份，硅橡胶的添加量为1.7重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例9
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，烷氧基聚硅氧烷的添加量为1重量份，硅橡胶的添加量为0.6重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，不添加超低密度茂金属聚乙烯，未改性的乙烯醋酸乙烯酯的添加量为30重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，不添加未改性的乙烯醋酸乙烯酯，超低密度茂金属聚乙烯的添加量为30重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，不添加马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例4
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，不添加烷氧基聚硅氧烷，硅橡胶的添加量为2.08重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例5
一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其与实施例1的区别仅在于，不添加硅橡胶，烷氧基聚硅氧烷的添加量为2.08重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
性能测试：
(1)拉伸强度和断裂伸长率：按照GB/T 1040.3-2006提供的测试方法进行测试；
(2)硬度：按照GB/T 2411-2008提供的测试方法进行测试；
(3)体积电阻率：按照GB/T 31838.2-2019提供的测试方法进行测试；
(4)耐温等级：按照GB/T 32029-2015提供的测试方法进行测试。
(5)冒泡、发黄和冒烟现象：制成2.5mm2规格的电缆后测试在100A过载电流下出现发泡、发黄和冒烟的时间。
按照上述测试方法对实施例1～9和对比例1～5提供的交联聚烯烃电缆料进行测试，测试结果如表2所示：
表2
根据表2数据可以看出：
实施例1～4得到的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料的拉伸强度为11.45～13.25MPa，断裂伸长率为168～192％，硬度为94～95，体积电阻率为3.5×1012～1.7×1013Ω·m，耐温等级测试耐125℃的高温，且在100A的大电流下出现冒泡的时间为78～98s，出现黄变的时间为92～120s，出现开裂的时间为105～168s。
比较实施例1和对比例1～5的数据可以看出，不添加超低密度茂金属聚乙烯的电缆料(对比例1)的体积电阻率下降以及冒泡、黄变和开裂时间缩短，说明阻燃性能和耐大电流性能变差；不添加未改性的乙烯醋酸乙烯酯的电缆料(对比例2)以及不添加马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯的电缆料(对比例3)均会导致断裂伸长率较低，且阻燃性能和耐大电流性能变差；比较实施例1和对比例4～5的数据可以看出，缺少烷氧基聚硅氧烷会导致电缆料的机械性能大幅度降低，而缺少硅橡胶，则会导致的电缆料的硬度以及耐大电流性能下降。
再比较实施例1和实施例5～9的数据还可以看出，氢氧化镁和氢氧化铝的添加比例以及烷氧基聚硅氧烷和硅橡胶的添加比例也会影响电缆料的体积电阻率。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其特征在于，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料按照重量份包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其特征在于，所述未改性的乙烯醋酸乙酯中VA的质量百分含量不低于28％；
优选地，所述未改性的乙烯醋酸乙酯的熔融指数不高于4.5g/10min。
3.根据权利要求1或2所述的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其特征在于，所述超低密度茂金属聚乙烯的熔融指数不高于4g/10min。
4.根据权利要求1～3任一项所述的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其特征在于，所述马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯中VA的质量百分含量不低于26％。
5.根据权利要求1～4任一项所述的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其特征在于，所述无机阻燃剂包括氢氧化镁和氢氧化铝的组合；
优选地，所述氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为(4～6):1；
优选地，所述氢氧化镁为二甲基硅烷改性氢氧化镁。
6.根据权利要求1～5任一项所述的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其特征在于，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶；
优选地，所述硅橡胶和烷氧基聚硅氧烷的质量比为(1～2):0.6；
优选地，所述交联剂包括三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或过氧化二异丙苯中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1～6任一项所述的耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料，其特征在于，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料还包括润滑剂；
优选地，所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料中润滑剂的含量为1～5重量份；
优选地，所述润滑剂包括硬脂酸、聚乙烯蜡或EBS树脂中的任意一种或至少两种的组合。
8.一种如权利要求1～7任一项所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将未改性的乙烯基醋酸乙烯酯、超低密度茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯、无机阻燃剂、硅橡胶、硬脂酸、交联剂、烷氧基聚硅氧烷和任选地进行混合，挤出造粒，得到所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为160～170℃；
优选地，所述混合的时间为15～25min；
优选地，所述挤出在单螺杆挤出机中进行。
10.一种如权利要求1～7任一项所述耐大电流辐照交联聚烯烃电缆料在电力电缆中的应用。
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Legal Events
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