CN115785553B - 一种交联聚乙烯绝缘电缆 - Google Patents

一种交联聚乙烯绝缘电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆加工技术领域，公开了一种交联聚乙烯绝缘电缆，包括缆芯和包覆在缆芯外侧的护套层，所述护套层包括绝缘层和设置在绝缘层两侧的绝缘屏蔽层，所述绝缘层的原料按重量份包括：85～95份低密度聚乙烯、2～3份纳米SiO2负载型光引发剂、0.1～0.5份助交联剂和0.3～0.5份抗氧剂。本发明具有以下优点和效果：将苯甲醇与含有醇基的大分子进行缩合，可得到大分子光引发剂，相对于传统的安息香等小分子引发剂，可显著降低小分子光引发剂的热挥发性和迁移性；且本发明采用的不饱和醇中含有长碳链，将含长碳链的光引发剂负载到纳米SiO2也可改善纳米SiO2的分散性，避免纳米SiO2团聚，与从而改善交联聚乙烯的交联均匀性。

Description

一种交联聚乙烯绝缘电缆
技术领域
本发明涉及电缆加工技术领域，特别涉及一种交联聚乙烯绝缘电缆。
背景技术
交联聚乙烯绝缘电缆是利用化学方法或物理方法，使电缆绝缘聚乙烯分子由线性分子结构转变为主体网状分子结构，即热塑性的聚乙烯转变为热固性的交联聚乙烯，从而大大提高它的耐热性和机械性能，减少了它的收缩性，使其受热以后不再熔化，并保持了优良的电气性能。
交联聚乙烯绝缘电缆的制造技术主要有高能辐射交联、硅烷交联、过氧化物交联和紫外光交联，紫外光辐照交联聚乙烯电缆具有生产速度快、可连续生产时间长、投资小、成本低等一系列优势。为了提高紫外光的穿透能力，通常会在树脂中添加光引发剂，但是目前的光引发剂为小分子物质，挥发性大，毒性高，且小分子物质会在辐照加工过程中形成挥发物，沉积在光学系统表面，降低光源辐照效率；小分子光引发剂与聚乙烯树脂相容性差，引发剂易迁移到聚乙烯表面产生流失，导致紫外光交联聚乙烯电缆绝缘层表面性能产生较大影响，使交联材料黄变。
发明内容
本发明的目的是提供一种交联聚乙烯绝缘电缆，具有光催化效果好，可提高紫外光辐照效率，制备的电缆不易黄变，绝缘性能好的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种交联聚乙烯绝缘电缆，包括缆芯和包覆在缆芯外侧的护套层，所述护套层包括绝缘层和设置在绝缘层两侧的绝缘屏蔽层，所述绝缘层的原料按重量份包括：85～95份低密度聚乙烯、2～3份纳米SiO2负载型光引发剂、0.1～0.5份助交联剂和0.3～0.5份抗氧剂。
本发明的进一步设置为：所述改性纳米SiO2按以下步骤制备得到：
S1、将苯甲醛、不饱和醇、催化剂置于反应釜中反应，然后加热蒸发掉多余的苯甲醛和不饱和醇，得到大分子光引发剂；
S2、将大分子光引发剂、偶联剂和纳米SiO2混合，采用高能球磨反应法制备纳米SiO2负载型光引发剂。
本发明的进一步设置为：所述不饱和醇为3,7,11,15-四甲基-1-十六碳炔-3-醇、3(R)-十七碳-1，9(Z)-二烯-4，6-二炔-3醇、10-十一炔醇、十一烯醇中的一种。
本发明的进一步设置为：所述步骤S1中催化剂为负载铝镍水滑石的分子筛。
本发明的进一步设置为：所述步骤S1中反应釜反应温度为50～70℃。
本发明的进一步设置为：所述步骤S2中的纳米SiO2首先采用超声波分散后，再与大分子光引发剂、偶联剂混合。
本发明的进一步设置为：所述助交联剂为如三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或季戊四醇四烯丙基醚中的一种。
本发明的进一步设置为：所述抗氧剂为二(2,2,6,6-四甲基-3-哌啶胺基)-间苯二甲酰胺、双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯的一种或组合物。
本发明的有益效果是：
1.苯甲醛在催化剂的作用下，可与醇反应生成安息香醚，安息香醚具有良好的光敏性，可吸收紫外线，促进紫外光交联聚乙烯。将苯甲醇与含有醇基的大分子进行缩合，可得到大分子光引发剂，相对于传统的安息香等小分子引发剂，可显著降低小分子光引发剂的热挥发性和迁移性；且本发明采用的不饱和醇中含有长碳链，将含长碳链的光引发剂负载到纳米SiO2也可改善纳米SiO2的分散性，避免纳米SiO2团聚，与从而改善交联聚乙烯的交联均匀性。
2.在采用紫外光交联聚乙烯时，纳米SiO2的异相成核作用可使交联聚乙烯的晶体尺寸分布更加均匀，光引发剂上含有不饱和键，也可起到一定的交联作用，纳米SiO2表面负载一层含不饱和键的光引发剂，可使纳米SiO2位于多个交联聚乙烯基体中心，从而使交联聚乙烯内部结构更为均匀致密，可减缓水分扩散，抑制水树枝的形成和生长。
3.铝镍水滑石可催化苯甲醛与醇反应生成安息香，且具有较好的选择性，对不饱和醇的聚合没有催化作用，在温度较低的条件下也可促进苯甲醛与醇反应，分子筛为酸性催化剂，对醚化反应具有催化作用，同时与加聚反应具有抑制作用，从而降低了不饱和醇的聚合率，提高了含安息香的大分子光引发剂的产率。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种交联聚乙烯绝缘电缆，包括缆芯和包覆在缆芯外侧的护套层，所述护套层包括绝缘层和设置在绝缘层两侧的绝缘屏蔽层，所述绝缘层的原料按重量份包括：95份低密度聚乙烯、2份纳米SiO2负载型光引发剂、0.5份三聚氰酸三烯丙酯和0.3份二(2,2,6,6-四甲基-3-哌啶胺基)-间苯二甲酰胺。
改性纳米SiO2按以下步骤制备得到：
S1、按摩尔比，将苯甲醛10份、10-十一炔醇12份和负载铝镍水滑石的分子筛2份置于反应釜中反应，反应温度为50～70℃，然后加热蒸发掉多余的苯甲醛和不饱和醇，加热温度为180℃，过滤得到大分子光引发剂；
S2、纳米SiO2首先采用超声波分散后，按质量比，再将大分子光引发剂10份、KH55010份和纳米SiO2 5份混合，采用高能球磨反应法制备纳米SiO2负载型光引发剂。
实施例2
一种交联聚乙烯绝缘电缆，包括缆芯和包覆在缆芯外侧的护套层，所述护套层包括绝缘层和设置在绝缘层两侧的绝缘屏蔽层，所述绝缘层的原料按重量份包括：85份低密度聚乙烯、3份纳米SiO2负载型光引发剂、0.1份三烯丙基异氰尿酸酯和0.5份双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯。
改性纳米SiO2按以下步骤制备得到：
S1、按摩尔比，将苯甲醛10份、十一烯醇12份和负载铝镍水滑石的分子筛2份置于反应釜中反应，反应温度为50～70℃，然后加热蒸发掉多余的苯甲醛和不饱和醇，加热温度为180℃，过滤得到大分子光引发剂；
S2、纳米SiO2首先采用超声波分散后，按质量比，再将大分子光引发剂10份、KH55010份和纳米SiO2 5份混合，采用高能球磨反应法制备纳米SiO2负载型光引发剂。
实施例3
实施例3与实施例2的不同之处在于：
改性纳米SiO2按以下步骤制备得到：
S1、按摩尔比，将苯甲醛10份、乙醇12份和负载铝镍水滑石的分子筛2份置于反应釜中反应，反应温度为50～70℃，然后加热蒸发掉多余的苯甲醛和乙醇，加热温度为180℃，过滤得到安息香乙醚；
S2、纳米SiO2首先采用超声波分散后，按质量比，再将安息香乙醚10份、KH550 10份和纳米SiO2 5份混合，采用高能球磨反应法制备纳米SiO2负载型光引发剂。
实施例4
实施例4与实施例2的不同之处在于：
一种交联聚乙烯绝缘电缆，包括缆芯和包覆在缆芯外侧的护套层，所述护套层包括绝缘层和设置在绝缘层两侧的绝缘屏蔽层，所述绝缘层的原料按重量份包括：85份低密度聚乙烯、3份大分子光引发剂、0.1份三烯丙基异氰尿酸酯和0.5份双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯。
大分子光引发剂按一下步骤制备得到：
按摩尔比，将苯甲醛10份、十一烯醇10份和负载铝镍水滑石的分子筛2份置于反应釜中反应，反应温度为50～70℃，然后加热蒸发掉多余的苯甲醛和不饱和醇，加热温度为180℃，过滤得到大分子光引发剂。
对比例
一种交联聚乙烯绝缘电缆，包括缆芯和包覆在缆芯外侧的护套层，所述护套层包括绝缘层和设置在绝缘层两侧的绝缘屏蔽层，所述绝缘层的原料按重量份包括：85份低密度聚乙烯、3份安息香乙醚、0.1份三烯丙基异氰尿酸酯和0.5份双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯。
试验数据
按照实施例1-4和对比例中的比例，将低密度聚乙烯、光引发剂、助交联剂和抗氧剂经过熔融共混后热压，然后在熔融状态下进行紫外光辐照后，制得交联聚乙烯绝缘层。
将按上述方法制得交联聚乙烯绝缘层采用平衡溶胀法对凝胶含量进行测试；根据ASTM D638-2003测定厚度为1mm、宽4mm的哑铃状试样在万能试验机上进行拉伸性能测试，拉伸速度为250mm/min；按GB/T 2951.2-1997中的规定进行空气热老化试验，然后进行拉伸强度变化率试验；采用论文“纳米SiO2对XLPE/SEBS共混体系的水树抑制”中的水树试验方法测试样片的特征水树长度。测试结果如下表所示：
Figure BDA0004013628060000041
从上表可以看出，由苯甲醛和不饱和醇制备的大分子光引发剂光引发效果略低于安息香乙醚，但是制备的交联聚乙烯也能达到80％以上的凝胶含量，在交联聚乙烯中添加SiO2对凝胶含量略有影响；向交联聚乙烯体系中添加纳米SiO2可提高其拉伸强度；将苯甲醇与含有醇基的大分子进行缩合，可得到大分子光引发剂，相对于传统的安息香等小分子引发剂，可显著降低小分子光引发剂的热挥发性和迁移性，将光引发剂负载到纳米SiO2上能进一步降低其热挥发性，从而降低交联聚乙烯树脂老化速率；纳米SiO2表面负载一层含不饱和键的光引发剂，可使纳米SiO2位于多个交联聚乙烯基体中心，从而使交联聚乙烯内部结构更为均匀致密，可减缓水分扩散，抑制水树枝的形成和生长。

Claims (6)

1.一种交联聚乙烯绝缘电缆，其特征在于：包括缆芯和包覆在缆芯外侧的护套层，所述护套层包括绝缘层和设置在绝缘层两侧的绝缘屏蔽层，所述绝缘层的原料按重量份包括：85~95份低密度聚乙烯、2~3份纳米SiO2负载型光引发剂、0.1~0.5份助交联剂和0.3~0.5份抗氧剂；
所述纳米SiO2负载型光引发剂按以下步骤制备得到：
S1、将苯甲醛、不饱和醇和催化剂置于反应釜中反应，然后加热蒸发掉多余的苯甲醛和不饱和醇，得到大分子光引发剂；所述催化剂为负载铝镍水滑石的分子筛；
S2、将大分子光引发剂、偶联剂和纳米SiO2混合，采用高能球磨反应法制备纳米SiO2负载型光引发剂。
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：所述不饱和醇为3,7,11,15-四甲基-1-十六碳炔-3-醇、3(R)-十七碳-1，9(Z)-二烯-4，6-二炔-3醇、10-十一炔醇、十一烯醇中的一种。
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：所述步骤S1中反应釜反应温度为50~70℃。
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：所述步骤S2中的纳米SiO2首先采用超声波分散后，再与大分子光引发剂、偶联剂混合。
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：所述助交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或季戊四醇四烯丙基醚中的一种。
6.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：所述抗氧剂为二(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-3-哌啶胺基)-间苯二甲酰胺、双十八烷基季戊四醇二亚磷酸酯的一种或组合物。
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