CN115785550A - 一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料及其制备方法 - Google Patents

一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料及其制备方法，属于材料技术领域。所述交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯80‑100份，交联剂1‑20份，抗氧化剂1‑6份和纳米粒子1‑15份。制备方法包括以下步骤：按质量称取原料，将低密度聚乙烯、抗氧化剂和纳米粒干燥，干燥后，混合均匀继续干燥除去水分，然后将混合物倒入挤出机并加入交联剂进行交联制粒，退火处理，即得交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料。该方法可降低成本并有效提高生产效率，制得的成品性能稳定。

Description

一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别是涉及一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料及其制备方法。
背景技术
电缆的应用越来越广泛，其中电缆分为通信电缆和电力电缆。因高压电缆需要长久、长距离传输，因此对于电缆材料的性能要求也在逐渐提高。电缆的绝缘材料尤为重要，目前常用的绝缘材料包括橡胶绝缘材料，聚氯乙烯塑料、氟塑料、橡皮绝缘料等。聚氯乙烯便宜，挤出工艺简单，有一定的阻燃性，但是燃烧室还是会释放出毒烟气；氟塑料适用于高频信号传输，并且耐高温，受酸碱有机溶剂影响，氟乙烯比重大，价格昂贵；橡皮绝缘料耐严寒，但是遇到油类化合物就会很快损坏；橡胶材料柔韧性好且化学稳定性好，但耐候性较差。
电缆绝缘材料应当具有绝缘电阻高、击穿电场强度高、介质损耗和介电常数低等性质。交联聚乙烯的耐热性好、机械强度高、结构比较简单、重量轻、负载能力强并且耐化学腐蚀，因此交联聚乙烯被大量用于制造绝缘电缆材料。目前，符合电缆绝缘材料的交联聚乙烯材料还比较少，并且成本高，因此降低成本成为了待解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料及其制备方法，该方法简单便捷，成本低，制得的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料能够满足电缆绝缘层的需求。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯80-100份，交联剂1-20份，抗氧化剂1-6份和纳米粒子1-15份，其中，所述低密度聚乙烯的密度为0.91～0.93g/cm3。
进一步地，所述交联剂为2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧基-3-乙炔、过氧化二叔丁基、1，4-双叔丁基过氧化异丙基苯、过氧化二异丙苯、过氧化氢二异丙苯和过氧化苯甲酰中的一种或多种。
进一步地，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂DLTP、抗氧剂300、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂TPP、抗氧剂168和抗氧剂264中的一种或多种。
进一步地，所述纳米粒子为三烯丙基氰尿酸酯、二氧化硅、对苯二甲酸二烯丙酯、二乙烯基丙苯、三烯丙基异氰尿酸酯、三氧化二铝、氮化硼、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。
本发明还提供一种所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的制备方法，包括以下步骤：
按质量称取原料，将低密度聚乙烯、抗氧化剂和纳米粒干燥，干燥后，混合均匀继续干燥除去水分，然后将混合物倒入挤出机并加入交联剂进行交联制粒，退火处理，即得交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料。所述混合物与交联剂混合的过程是通过转矩流变仪、挤出机、冷却水槽和切料机共同实现的。
进一步地，所述干燥温度为50-80℃，时间为3-8h。
进一步地，所述退火处理温度为60-80℃，时间为4-8h。
进一步地，所述挤出温度为100-240℃，螺杆转速为30-150rpm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将低密度聚乙烯改性为交联聚乙烯，通过对低密度聚乙烯的改性，加入纳米粒子以及交联剂进行交联，制备出的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料不仅提高了介电常数，还降低了介电损耗，增强了材料的耐高温性能。实验所用的材料均为市面上常见材料，价格适中。因此，降低成本，实现简单便捷地制备满足电缆绝缘层需求的交联聚乙烯。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明不同材料的介电常数汇总图；
图2为本发明不同材料的介电损耗汇总图；
图3为本发明低密度聚乙烯改性前后的热重分析图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
本发明实施例所用原料购买自上海桥微化工科技有限公司、上海联乐化工科技有限公司、上海泰坦科技股份有限公司。
本发明提供的制备交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的制备方法，主要目的是为了降低成本并有效提高生产效率，简单便捷，制得满足电缆绝缘层需求的交联聚乙烯。具体方案如下：
一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯80-100份，交联剂1-20份，抗氧化剂1-6份和纳米粒子1-15份，其中，所述低密度聚乙烯的密度为0.91～0.93g/cm3。
在一些优选实施例中，所述交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯93份，交联剂2份，抗氧化剂3份和纳米粒子2份。
在一些优选实施例中，所述交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯94份，交联剂2份，抗氧化剂2份和纳米粒子2份。
在一些优选实施例中，所述交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯94份，交联剂1份，抗氧化剂2份和纳米粒子3份。
在一些优选实施例中，所述交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯95份，交联剂1份，抗氧化剂2份和纳米粒子2份。
在一些优选实施例中，所述交联剂为2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧基-3-乙炔、过氧化二叔丁基、1，4-双叔丁基过氧化异丙基苯、过氧化二异丙苯、过氧化氢二异丙苯和过氧化苯甲酰中的一种或多种。更优选为，过氧化二异丙苯。
在一些优选实施例中，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂DLTP、抗氧剂300、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂TPP、抗氧剂168和抗氧剂264中的一种或多种。更优选为，抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂168以及抗氧剂168和抗氧剂1010组合。
在一些优选实施例中，所述纳米粒子为三烯丙基氰尿酸酯、二氧化硅、对苯二甲酸二烯丙酯、二乙烯基丙苯、三烯丙基异氰尿酸酯、三氧化二铝、氮化硼、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。更优选为，氮化硼、二氧化硅、三氧化二铝。
本发明还提供一种所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的制备方法，包括以下步骤：
按质量称取原料，将低密度聚乙烯、抗氧化剂和纳米粒干燥，干燥后，混合均匀继续干燥除去水分，然后将混合物倒入挤出机并加入交联剂进行交联制粒，退火处理，即得交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料。
所述混合物与交联剂混合的过程是通过转矩流变仪、挤出机、冷却水槽和切料机共同实现的。
在一些优选实施例中，所述干燥温度为50-80℃，时间为3-8h。
在一些优选实施例中，所述退火处理温度为60-80℃，时间为4-8h。
在一些优选实施例中，所述挤出温度为100-240℃，螺杆转速为30-150rpm。
以下实施例所用低密度聚乙烯密度为0.92g/cm3，且为同一种低密度聚乙烯。
实施例1
一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，由以下质量份数的原料组成：低密度聚乙烯93份(930g)，交联剂2份(20g)，抗氧化剂3份(30g)和纳米粒子2份(20g)。
其中：
低密度聚乙烯：LDPE；
交联剂：过氧化二异丙苯；
抗氧化剂：KYJ-1；
纳米粒子：三氧化二铝。
交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的制备方法：
S1：按质量称取原料，在60℃烘箱中干燥8h，待烘干后取出混合料，将混合料放入共混机中混合均匀，混合均匀后再次将混合料放入60℃烘箱中干燥3h，待水分完全干燥后取出，得到混料a。
S2：将转矩流变仪、挤出机、冷却水槽和切料机依次连接在一起，向冷却水槽中通入冷凝水，调节转矩流变仪末端温区为180℃，挤出机各加温区分别为140℃、145℃、150℃、155℃、160℃，待温度升至设定温度后，缓慢加入纯PP洗料清洗转矩流变仪、挤出机，直到挤出无色剔透状样料后停止加入PP；待挤出机中不再出料后重新设定挤出机温度区间，为160℃、165℃、170℃、175℃、180℃。
向转矩流变仪进料口加入混料a，待挤出混料a后，接着在挤出机1号升温区处侧进料口中加入交联剂，舍弃前料，待挤出5min后将所得料冷却并牵引至切料机，将切料机与挤出速度调制匹配，螺杆转速为100rpm，切粒收集粒料；
将所得粒料置于60℃烘箱4h进行退火处理，取出即得到交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，命名为XPLE-1。
实施例2
一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，由以下质量份数的原料组成：低密度聚乙烯94份(940g)，交联剂2份(20g)，抗氧化剂2份(20g)和纳米粒子2份(20g)。
其中：
低密度聚乙烯：LDPE；
交联剂：过氧化二异丙苯；
抗氧化剂：KYJ-3；
纳米粒子：三氧化二铝。
制备方法同实施例1，制备得到的产品命名为XPLE-2。
实施例3
一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，由以下质量份数的原料组成：低密度聚乙烯94份(940g)，交联剂1份(10g)，抗氧化剂2份(20g)和纳米粒子3份(30g)。
其中：
低密度聚乙烯：LDPE；
交联剂：过氧化二异丙苯；
抗氧化剂：KYJ-2；
纳米粒子：二氧化硅。
制备方法同实施例1，制备得到的产品命名为XPLE-3。
实施例4
一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，由以下质量份数的原料组成：低密度聚乙烯95份(950g)，交联剂1份(10g)，抗氧化剂2份(20g)和纳米粒子2份(20g)。
其中：
低密度聚乙烯：LDPE；
交联剂：过氧化二异丙苯；
抗氧化剂：KYJ-2和KYJ-1，二者质量比为2：1；
纳米粒子：氮化硼。
制备方法同实施例1，制备得到的产品命名为XPLE-4。
试验例1
对实施例1-4制备的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料以及对照组样品(低密度聚乙烯：LDPE)进行性能测试，结果如图1-图3。
图1为本发明不同材料的介电常数汇总图，从图1中可以看出，制备的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的介电常数均高于低密度聚乙烯LDPE。
图2为本发明不同材料的介电损耗汇总图；从图2中可以看出，制备的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的介电损耗均低于低密度聚乙烯LDPE。
图3为本发明低密度聚乙烯改性前后的热重分析图，从图3中可以看出，LDPE比制备的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料在更低的温度开始失重，可知交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的耐高温能力也得到了提高。
对比例1
同实施例1，区别在于，低密度聚乙烯85份(850g)，交联剂5份(50g)，抗氧化剂2份(20g)和纳米粒子8份(80g)。
抗氧化剂：KYJ-1。
制备得到的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料命名为DB-1，其介电损耗为0.506，介电常数为1.95。
对比例2
同实施例3，区别在于，低密度聚乙烯85份(850g)，交联剂2份(20g)，抗氧化剂3份(30g)和纳米粒子10份(100g)。
抗氧化剂：KYJ-2；
制备得到的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料命名为DB-2，其介电损耗为0.51，介电常数为1.98。
对比例3
同实施例，区别在于，低密度聚乙烯80份(800g)，交联剂10份(100g)，抗氧化剂10份(100g)。
抗氧化剂：KYJ-2；
制备得到的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料命名为DB-3，其介电损耗为0.602，介电常数为1.83。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：低密度聚乙烯80-100份，交联剂1-20份，抗氧化剂1-6份和纳米粒子1-15份，其中，所述低密度聚乙烯的密度为0.91～0.93g/cm3。
2.根据权利要求1所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，其特征在于，所述交联剂为2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧基-3-乙炔、过氧化二叔丁基、1，4-双叔丁基过氧化异丙基苯、过氧化二异丙苯、过氧化氢二异丙苯和过氧化苯甲酰中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1024、抗氧剂DLTP、抗氧剂300、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂TPP、抗氧剂168和抗氧剂264中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料，其特征在于，所述纳米粒子为三烯丙基氰尿酸酯、二氧化硅、对苯二甲酸二烯丙酯、二乙烯基丙苯、三烯丙基异氰尿酸酯、三氧化二铝、氮化硼、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按质量称取原料，将低密度聚乙烯、抗氧化剂和纳米粒干燥，干燥后，混合均匀继续干燥除去水分，然后将混合物倒入挤出机并加入交联剂进行交联制粒，退火处理，即得交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料。
6.根据权利要求5所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述干燥温度为50-80℃，时间为3-8h。
7.根据权利要求5所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述退火处理温度为60-80℃，时间为4-8H。
8.根据权利要求5所述的交联聚乙烯高压电缆绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述挤出温度为100-240℃，螺杆转速为30-150rpm。
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