CN115806705A - 一种绝缘材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及绝缘材料领域，具体涉及一种绝缘材料及其制备方法和应用。本发明提供一种绝缘材料，以重量份数计包括如下原料：聚烯烃弹性体60‑90份、热塑性弹性体10‑40份、抗氧化剂0.1‑0.65份、交联剂0.05‑0.2份；所述聚烯烃弹性体包括乙烯‑辛烯共聚物；所述热塑性弹性体包括氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物。本发明提供的绝缘材料的均一性得到提高，在保持聚烯烃弹性体耐高温的特性的基础上，提高了绝缘材料的绝缘性能、击穿强度和降低了材料的介电损耗。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘材料领域，具体涉及一种绝缘材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国经济的发展，全国用电量逐年较快增长，电力电缆作为我国城市电网重要组成部分也得到快速增长。截至2018年年底，输电电缆线路达到2.8万公里，配电电缆线路长度达到62万公里。目前我国每年配网电缆的产值约2000亿元，且每年仍以10％的速率增长，绝缘料约占产值的20％，具有巨大的市场空间。
相比传统的热固性交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆，采用热塑性弹性体作为基料制备得到的绝缘电缆虽然机械强度较高，但绝缘性能欠佳，绝缘电缆的耐击穿强度较低，介电损耗较大，大大限制了其实际应用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中以热塑性弹性体作为基料制备得到的绝缘电缆绝缘性能欠佳、耐击穿强度较低、介电损耗较大的缺陷，从而提供一种绝缘材料及其制备方法和应用。
本发明提供一种绝缘材料，以重量份数计包括如下原料：聚烯烃弹性体60-90份、热塑性弹性体10-40份、抗氧化剂0.1-0.65份、交联剂0.05-0.2份；
所述聚烯烃弹性体包括乙烯-辛烯共聚物(POE)；
所述热塑性弹性体包括氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)。
优选的，所述聚烯烃弹性体、热塑性弹性体、抗氧化剂、交联剂的质量比为(80-90):(10-15):(0.2-0.35):(0.05-0.1)。
优选的，以重量份数计，所述抗氧化剂由0.1-0.5份硫代双酚类抗氧剂和0.025-0.15份亚磷酸酯抗氧剂组成；
所述硫代双酚类抗氧剂熔点为161-164℃，灰分含量<300ppm；所述亚磷酸酯抗氧剂熔点为183-187℃，灰分含量<300ppm；
优选的，所述硫代双酚类抗氧剂包括4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)，所述亚磷酸酯抗氧剂包括三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
优选的，所述抗氧化剂中硫代双酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的质量比为(3-7):1。
可选的，亚磷酸酯抗氧剂的密度为1-1.1g/cm3。
优选的，所述聚烯烃弹性体密度为0.87-0.93g/cm3、分子量分布为5-11、熔点为50-165℃、体积电阻率为1015-1018Ω·cm；
可选的，所述聚烯烃弹性体密度为0.92-0.93g/cm3、分子量分布为5.5-5.9、熔点为161-164℃、体积电阻率1016-1018Ω·cm；
可选的，所述聚烯烃弹性体在190℃下2.16kg压力作用下熔体流动速率为1.1-1.7g/10min，脆化温度为-60～-30℃，断裂伸长率为100-1000％。
优选的，所述热塑性弹性体的脆化温度为-70～-60℃，最高使用温度为149℃，在氧气气氛下分解温度为270-350℃。
优选的，所述交联剂包括有机过氧化物交联剂，所述有机过氧化物交联剂熔点为41-42℃、相对密度为1.00-1.6g/cm3、纯度≥99.9％。
优选的，所述交联剂包括过氧化二异丙苯。
本发明还提供上述所述的绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：按照配方将原料进行预混合、共混、过滤、造粒，得到所述的绝缘材料。
优选的，所述预混合步骤中预混合温度为30-40℃，时间为1-3min，转速为80-150r/min；
所述共混为熔融共混，共混温度为140-200℃，共混转速为200-250r/min；
所述过滤过程使用的滤网孔径为500目；
所述造粒为水冷拉条造粒。
可选的，所述共混和过滤过程在双螺杆挤出机中完成。
可选的，所述双螺杆挤出机包括共混部和过滤部，原料经共混部共混后经过滤部过滤后挤出，然后造粒；所述共混部可分为九区，依次为一区至九区，从一区至九区温度依次为140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、200℃、200℃
本发明还提供一种上述所述的绝缘材料或上述所述的制备方法制备得到的绝缘材料在电缆绝缘材料中的应用。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的绝缘材料，以重量份数计包括如下原料：聚烯烃弹性体60-90份、热塑性弹性体10-40份、抗氧化剂0.1-0.65份、交联剂0.05-0.2份；所述聚烯烃弹性体包括乙烯-辛烯共聚物；所述热塑性弹性体包括氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。本发明通过采用聚烯烃弹性体乙烯-辛烯共聚物作为基料，热塑性弹性体氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物作为辅助改性成分，两者相互配合通过控制热塑性弹性体与聚烯烃弹性体的比例，使热塑性弹性体与聚烯烃弹性体形成互传网络，从而使绝缘材料的均一性得到提高，在保持聚烯烃弹性体耐高温的特性的基础上，提高了绝缘材料的绝缘性能、击穿强度和降低了材料的介电损耗。
进一步，本发明提供的绝缘材料的相对介电常数较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为实施例3与对比例3的绝缘材料的击穿强度威布尔分布图；
图2为实施例3的绝缘材料三次测试的DSC图谱；
图3为对比例3的绝缘材料三次测试的DSC图谱。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例和对比例中使用的双螺杆挤出机包括共混部和过滤部，原料经共混部共混后经过滤部过滤后挤出，然后造粒；所述共混部可分为九区，依次为一区至九区，从一区至九区温度依次为140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、200℃、200℃；
实施例和对比例中使用的聚烯烃弹性体为乙烯-辛烯共聚物购自埃克森美孚化工公司，型号为vm6202，聚烯烃弹性体密度为0.87g/cm3、分子量分布为5-11、熔点为50℃、体积电阻率为1.6×1017Ω·cm，在190℃下2.16kg压力作用下熔体流动速率为1.7g/10min，脆化温度为-30℃，断裂伸长率为300％；
实施例和对比例中使用的热塑性弹性体为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物购自日本可乐丽株式会社，型号为P2000，脆化温度-60℃，最高使用温度为149℃，在氧气气氛下分解温度为270℃；
实施例和对比例中使用的硫代双酚类抗氧剂为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)，购自连云港宁康化工有限公司，型号为300#，所述硫代双酚类抗氧剂熔点为161-164℃，灰分含量为200ppm；
实施例和对比例中使用的亚磷酸酯抗氧剂为三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，购自东莞市臻铭化工有限公司，型号为168，所述亚磷酸酯抗氧剂熔点为183-187℃，密度为1.03g/cm3，灰分含量为200ppm；
实施例和对比例中使用的交联剂为过氧化二异丙苯，购自上海凯茵化工有限公司，型号为DCP，所述交联剂的熔点为41-42℃、相对密度为1.56g/cm3、纯度为99.9％。
实施例1
本实施例提供的绝缘材料的制备过程包括如下步骤：
将70kg的乙烯-辛烯共聚物、30kg的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、0.1kg的为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、0.025kg的三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1kg的过氧化二异丙苯在30℃下以150r/min的转速搅拌进行预混合2min，将预混合后的物料投入双螺杆挤出机中经过200r/min的转速从一区至九区熔融共混后，熔体通过滤网孔径为500目的滤网过滤后由模头挤出后，通过水冷拉条造粒，得到所述绝缘材料。
实施例2
本实施例提供的绝缘材料的制备过程包括如下步骤：
将80kg的乙烯-辛烯共聚物、20kg的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、0.2kg的为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、0.03kg的三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1kg的过氧化二异丙苯在30℃下以150r/min的转速搅拌进行预混合2min，将预混合后的物料投入双螺杆挤出机中经过200r/min的转速从一区至九区熔融共混后，熔体通过滤网孔径为500目的滤网过滤后由模头挤出后，通过水冷拉条造粒，得到所述绝缘材料。
实施例3
本实施例提供的绝缘材料的制备过程包括如下步骤：
将90kg的乙烯-辛烯共聚物、10kg的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、0.3kg的为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、0.05kg的三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1kg的过氧化二异丙苯在30℃下以150r/min的转速搅拌进行预混合2min，将预混合后的物料投入双螺杆挤出机中经过200r/min的转速从一区至九区熔融共混后，熔体通过滤网孔径为500目的滤网过滤后由模头挤出后，通过水冷拉条造粒，得到所述绝缘材料。
实施例4
本实施例提供的绝缘材料的制备过程包括如下步骤：
将90kg的乙烯-辛烯共聚物、10kg的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、0.4kg的为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、0.1kg的三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1kg的过氧化二异丙苯在30℃下以150r/min的转速搅拌进行预混合2min，将预混合后的物料投入双螺杆挤出机中经过200r/min的转速从一区至九区熔融共混后，熔体通过滤网孔径为500目的滤网过滤后由模头挤出后，通过水冷拉条造粒，得到所述绝缘材料。
实施例5
本实施例提供的绝缘材料的制备过程包括如下步骤：
将90kg的乙烯-辛烯共聚物、10kg氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、0.5kg的为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、0.15kg的三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.2kg的过氧化二异丙苯在30℃下以150r/min的转速搅拌进行预混合2min，将预混合后的物料投入双螺杆挤出机中经过200r/min的转速从一区至九区熔融共混后，熔体通过滤网孔径为500目的滤网过滤后由模头挤出后，通过水冷拉条造粒，得到所述绝缘材料。
对比例1
本对比例提供的绝缘材料的制备过程包括如下步骤：
将100kg的乙烯-辛烯共聚物、0.08kg的为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、0.18kg的三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1kg的过氧化二异丙苯在30℃下以150r/min的转速搅拌进行预混合2min，将预混合后的物料投入双螺杆挤出机中经过200r/min的转速从一区至九区熔融共混后，熔体通过滤网孔径为500目的滤网过滤后由模头挤出后，通过水冷拉条造粒，得到所述绝缘材料。
对比例2
本对比例提供的绝缘材料的制备过程包括如下步骤：
将100kg的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、0.05kg的为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、0.2kg的三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1kg的过氧化二异丙苯在30℃下以150r/min的转速搅拌进行预混合2min，将预混合后的物料投入双螺杆挤出机中经过200r/min的转速从一区至九区熔融共混后，熔体通过滤网孔径为500目的滤网过滤后由模头挤出后，通过水冷拉条造粒，得到所述绝缘材料。
对比例3
本对比例提供的绝缘材料为高压交联聚乙烯，国产，型号为110kV，浙江万马高分子材料有限公司。
测试例
将实施例和对比例得到的绝缘材料使用平板硫化机热压成型，成型过程为：将绝缘材料在200℃下预压5分钟后，在200℃和15MPa条件下加压20分钟，得到半径为15mm、厚度为0.2mm的圆形薄片待测试样。对待测试样进行介电和击穿场强测试。
击穿强度测试采用球-球电极，参照GB/T 1408.2-2006规定，选用直径为10mm的球-球电极。在25℃下，采用连续升压的方式，每个待测试样至少测量20个数据点，采用威布尔分布进行分析。测试结果见表1(击穿强度单位为kV/mm)。
图1为实施例3与对比例3的绝缘材料击穿强度的威布尔分布图。
相对介电常数和介电损耗测试参照GB/T1409-2006中的规定在25℃进行测量，其中50Hz下相对介电常数和介电损耗的测量结果见表1。
利用高压直流电源、恒温干燥箱(屏蔽箱)和3电极测试系统测量材料的电导率，测量电极直径为15cm。准稳态电流采用Keithley 6517A电流计测量并配合数据记录软件。采用阶跃升压方式，测试25℃、5kV/mm场强下绝缘材料的电导率，每个试样的采样时间为3600s，实施例和对比例绝缘材料的测试结果见表1。
采用差示扫描量热法(DSC)分析实施例3和对比例3的绝缘材料的热稳定性。图2为实施例3的绝缘材料三次测试的DSC图谱；图3为对比例3的绝缘材料三次测试的DSC图谱。
表1
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种绝缘材料，其特征在于，以重量份数计包括如下原料：聚烯烃弹性体60-90份、热塑性弹性体10-40份、抗氧化剂0.1-0.65份、交联剂0.05-0.2份；
所述聚烯烃弹性体包括乙烯-辛烯共聚物；
所述热塑性弹性体包括氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
2.根据权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述聚烯烃弹性体、热塑性弹性体、抗氧化剂、交联剂的质量比为(80-90):(10-15):(0.2-0.35):(0.05-0.1)。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘材料，其特征在于，以重量份数计，所述抗氧化剂由0.1-0.5份硫代双酚类抗氧剂和0.025-0.15份亚磷酸酯抗氧剂组成；
所述硫代双酚类抗氧剂熔点为161-164℃，灰分含量<300ppm；所述亚磷酸酯抗氧剂熔点为183-187℃，灰分含量<300ppm；
优选的，所述硫代双酚类抗氧剂包括4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)，所述亚磷酸酯抗氧剂包括三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
4.根据权利要求1-3任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述抗氧化剂中硫代双酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂的质量比为(3-7):1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述聚烯烃弹性体密度为0.87-0.93g/cm3、分子量分布为5-11、熔点为50-165℃、体积电阻率为1015-1018Ω·cm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述热塑性弹性体的脆化温度为-70～-60℃，在氧气气氛下分解温度为270-350℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述交联剂包括有机过氧化物交联剂，所述有机过氧化物交联剂熔点为41-42℃、密度为1.00-1.6g/cm3、纯度≥99.9％；
优选的，所述交联剂包括过氧化二异丙苯。
8.权利要求1-7任一项所述的绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照配方将原料进行预混合、共混、过滤、造粒，得到所述的绝缘材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述预混合步骤中预混合温度为30-40℃，时间为1-3min，转速为80-150r/min；
所述共混为熔融共混，共混温度为140-200℃，共混转速为200-250r/min；
所述过滤过程使用的滤网孔径为450-550目；
所述造粒为水冷拉条造粒。
10.一种权利要求1-7任一项所述的绝缘材料或权利要求8或9所述的制备方法制备得到的绝缘材料在电缆绝缘材料中的应用。
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| CN104530625A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-22 | 上海至正道化高分子材料股份有限公司 | 一种电动汽车充电桩用无卤阻燃绝缘电缆料及其制备方法 |
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