CN115938661A - 一种低烟无卤电力电缆及其制备工艺 - Google Patents
一种低烟无卤电力电缆及其制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层，所述缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，所述聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层的原料均包括聚烯烃基料、弹性体材料和添加剂，其中聚烯烃基料为改性聚丙烯；本发明还公开了该低烟无卤电力电缆的制备工艺。本发明提供的电力电缆具有优异的柔韧性、耐热、耐腐蚀、防水、防潮、耐低温、高阻燃、抗冲击等性能，可作为高压电力电缆，在150℃环境温度下长期使用。
Description
技术领域
本发明属于电力电缆技术领域，具体涉及一种低烟无卤电力电缆及其制备工艺。
背景技术
电力电缆是用于传输和分配大功率电能的电缆，常用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江海水下输电线。电力电缆包括1-500KV以及以上各种电压等级、各种绝缘的电力电缆。聚氯乙烯由于具有优异的难燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、综合机械性、制品透明性、电绝缘性及比较容易加工等特点，得以成为应用领域最为广泛的塑料品种之一，在工业、建筑、包装、电力等领域均有广泛应用。但聚氯乙烯也存在诸如熔融黏度大，容易结焦分解，熔融过程中熔体易破裂，高温燃烧时烟雾大，易产生有毒、有腐蚀性气体等缺点，因此，人们开始致力于低烟无卤电力电缆的研究。目前高压电力电缆(110KV及以上)一般都为聚乙烯电缆和交联聚乙烯绝缘电缆，具有良好的耐热性能、介电性能和力学性能，但聚乙烯电缆生产耗时久、耗能大，电缆退役后难降解，电缆料难以循环利用。
申请号为202110814854.3的专利提供了一种中压耐火电力电缆，该电缆包括电缆料和线材，电缆料的原料包括改性丁腈橡胶、高密度聚乙烯树脂、低密度聚乙烯树脂、改性云母粉、邻苯二甲酸二辛脂等，该发明配方中添加云母粉，既能提高与树脂之间的相容性，又能大幅度改善树脂的绝缘性能以及耐热老化、耐紫外老化性能，提高材料的耐磨性；为简化生产工艺，降低耗能，申请号为202011190904.7的专利提供了一种具有改性聚丙烯绝缘层的热塑性电缆，该电缆包括至少一个导体以及至少一个围绕所述导体的电绝缘层，所述电绝缘层的材料为至少一种硅烷接枝改性聚丙烯材料，所述硅烷接枝改性聚丙烯材料在90℃下的击穿场强Eg≥200kV/mm，但电力电缆用于城市地下电网、过江海水下输电线时，易受潮或进水，在电场的作用下，会发生水树老化的现象，这种现象最后可能会导致电缆击穿。
为满足实际需求，迫切需要开发一种工艺简单、能耗低、防水、防潮、阻燃、耐腐蚀、耐热、耐低温的低烟无卤电力电缆。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种低烟无卤电力电缆，该电力电缆具有优异的柔韧性、耐热、耐腐蚀、防水、防潮、耐低温、高阻燃、抗冲击等性能；本发明还公开了该低烟无卤电力电缆的制备工艺，电缆生产过程无需交联，工艺简单，生产周期短，生产能耗低，电缆料可循环使用。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层的原料均包括聚烯烃基料、弹性体材料和添加剂；所述聚烯烃基料为改性聚丙烯，改性聚丙烯的制备方法如下：
S1、将过氧化苯甲酰(BPO)溶于丙烯酸羟乙酯和二甲苯的混合溶液中，得到混合液1；在氮气氛围下，向反应器中加入聚丙烯，搅拌升温至110-130℃，再滴加混合液1，继续搅拌1-3h，冷却至室温，固液分离，取固体，于140-150℃溶解于二甲苯中，搅拌回流0.5-1.5h，加入丙酮，继续搅拌20-40min，冷却至室温，过滤，取滤渣洗涤、干燥，得中间体1；
S2、向反应器中依次加入步骤S1所得中间体1、1,3-双(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷、对甲苯磺酸、二甲苯和环己烷，升温至125-140℃，搅拌回流3-4h，冷却至室温，过滤，取滤渣洗涤、干燥，即得改性聚丙烯；
改性聚丙烯的合成路线如下：
本发明以聚丙烯为反应底物，以过氧化苯甲酰为自由基引发剂，引发聚丙烯产生自由基反应活性位点，再与丙烯酸羟乙酯发生自由基接枝，其后在对甲苯磺酸和环己烷作用下与1,3-双(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷发生酯化反应，制得改性聚丙烯。
为了提高聚丙烯的自由基接枝效率和酯化反应效率，步骤S1中所述聚丙烯、丙烯酸羟乙酯与过氧化苯甲酰的质量比为95-115:8-10:0.3-0.8，所述过氧化苯甲酰与二甲苯的质量体积比为0.15-0.30g/L，混合液1滴加时间为30-45min；步骤S2中所述中间体1、1,3-双(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷与对甲苯磺酸的质量比为95-100:0.8-1.5:0.1-0.4，所述对甲苯磺酸与二甲苯的质量体积比为0.05-0.20g/L，环己烷与二甲苯的体积比为1:2.0-2.5。
为了防止产物氧化变质，提高产物收率，步骤S1与S2中所述干燥均是于50-60℃真空干燥24-36h。
优选地，所述半导电导体屏蔽层的原料中弹性体材料为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，添加剂为导电炭黑和有机硅树脂；所述聚烯烃绝缘层的原料中弹性体材料为三元乙丙橡胶，添加剂为有机硅树脂；所述半导电绝缘屏蔽层的原料中弹性体材料为乙烯-辛烯共聚物，添加剂为导电炭黑和有机硅树脂；所述聚烯烃外护套的原料中弹性体材料为三元乙丙橡胶，添加剂为氢氧化镁和有机硅树脂。
进一步，所述缆芯根数为2-4根；所述半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料80-95份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物30-35份，导电炭黑20-30份，有机硅树脂5-8份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100-110份，三元乙丙橡胶30-40份，有机硅树脂4-10份；所述半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90-95份，乙烯-辛烯共聚物40-45份，导电炭黑15-20份，有机硅树脂6-9份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层或铜丝屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90-120份，三元乙丙橡胶35-45份，氢氧化镁10-15份，有机硅树脂8-10份。
本发明所述聚烯烃基料选用改性聚丙烯，具有良好的电气性能、耐热性能和加工性能；对聚丙烯进行化学改性，在聚丙烯结构中引入丙烯酸酯和硅氧烷，不仅能够增加材料老化寿命、柔韧性和抗冲击性能，而且使材料兼具防水性、粘结性和分散性；改性聚丙烯与三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物等弹性体材料复配，在不影响聚丙烯材料电气性能的同时改善了其柔韧性、热性能和低温脆性，且当共混材料受到外力干扰时，外力冲击力量会被弹性体粒子吸收消耗；通过复配有机硅树脂，增加了原料各组分间的相容性，使原料分子间结合更加紧密，提高了材料的防水性、耐热性、耐腐蚀性、电绝缘性和抗冲击性，同时增加了电缆产品多层结构间的结合力，达到有效保护电缆结构的目的。
本发明所述氢氧化镁具有无毒、抑烟、热稳定性好的优点；氢氧化镁与有机硅树脂复配，通过硅烷偶联剂表面无机与有机偶联作用，显著改善了无机材料与有机高分子材料的相容性和分散性，同时对聚丙烯材料具有阻燃协同效应。
本发明还提供了一种低烟无卤电力电缆的制备工艺，包括以下步骤：
(1)分别将聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层的原料混炼造粒；
(2)将半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层通过三层共挤工艺挤包于绞合铜导体外表面，再在半导电绝缘屏蔽层外表面包覆金属屏蔽层，制得缆芯；然后在多根缆芯外表面填充形成填充层；最后在填充层外表面依次包覆钢带铠装层和聚烯烃外护套，即得低烟无卤电力电缆。
本发明具有如下有益效果：本发明对聚丙烯进行两步化学改性，制得改性聚丙烯，改性聚丙烯与弹性体材料、添加剂复配，显著增强了电力电缆的柔韧性、耐热、耐腐蚀、防水、防潮、耐低温、高阻燃、抗冲击等性能；本发明所述电缆生产过程无需交联，工艺简单，生产周期短，生产能耗低，电缆料可循环使用，且该电缆料在150℃、15kV/mm下的体积电阻率＜1.1Ω·m，在150℃下的击穿场强≥230kV/mm；该电缆可作为高压电力电缆，在150℃环境温度下长期使用。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下述实施例和对比例中所用原料均为普通市售产品。聚丙烯型号320粉，购自东莞市坤和塑胶化工有限公司；丙烯酸羟乙酯CAS号818-61-1；1,3-双(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷CAS号3353-68-2；氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物型号7551，购自广州玖顺新材料有限公司；有机硅树脂，购自廊坊富辰防腐设备有限公司；导电炭黑，型号VULCANXC-72，购自安徽精之彩新材料有限公司；三元乙丙橡胶，型号3722P，购自上海靓润国际贸易有限公司；乙烯-辛烯共聚物，型号8003，购自苏州恒邵丰塑化有限公司；氢氧化镁，激光粒径D(50)/μm：0.5-1.5，购自无锡市泽镁新材料科技有限公司；无碱玻璃纤维，购自江苏富仕佳高科特材科技有限公司。
实施例1
一种改性聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：
S1、将0.2kg过氧化苯甲酰(BPO)溶于3.6kg丙烯酸羟乙酯和800L二甲苯的混合溶液中，得到混合液1；在氮气氛围下，向反应器中加入40kg聚丙烯，搅拌升温至125℃，再滴加混合液1，于45min滴加完毕，继续搅拌1.5h，冷却至室温，固液分离，取固体，于150℃溶解于1000L二甲苯中，搅拌回流1.5h，加入1200L丙酮，继续搅拌30min，冷却至室温，过滤，取滤渣，用丙酮洗涤，于55℃真空干燥30h，得中间体1；
S2、向反应器中依次加入30kg步骤S1所得中间体1、0.3kg 1,3-双(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷、0.075kg对甲苯磺酸、600L二甲苯和260L环己烷，升温至140℃，搅拌回流4h，冷却至室温，过滤，取滤渣，用丙酮洗涤，于55℃真空干燥30h，即得改性聚丙烯；
改性聚丙烯的合成路线如下：
实施例2
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，其中半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物35份，导电炭黑20份，有机硅树脂6份；聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，三元乙丙橡胶30份，有机硅树脂7份；半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，乙烯-辛烯共聚物40份，导电炭黑15份，有机硅树脂9份；金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，三元乙丙橡胶40份，氢氧化镁13份，有机硅树脂8份；其中聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯；所述填充层的材料为无碱玻璃纤维，比重为1.6g/cm3。
一种低烟无卤电力电缆的制备工艺，包括以下步骤：
(1)半导电导体屏蔽层混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、导电炭黑和有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，其中捏合机捏合温度为210℃，混炼时间为1h，双螺杆挤出机的双螺杆转速为180r/min，机头温度为240℃；
(2)聚烯烃绝缘层混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、三元乙丙橡胶和有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，其中捏合机捏合温度为200℃，混炼时间为1h，双螺杆挤出机的双螺杆转速为180r/min，机头温度为240℃；
(3)半导电绝缘屏蔽层混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、乙烯-辛烯共聚物、导电炭黑和有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，其中捏合机捏合温度为210℃，混炼时间为1h，双螺杆挤出机的双螺杆转速为180r/min，机头温度为240℃；
(4)聚烯烃外护套混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、三元乙丙橡胶、氢氧化镁和有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，其中捏合机捏合温度为200℃，混炼时间为1h，双螺杆挤出机的双螺杆转速为180r/min，机头温度为240℃；
(5)将半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层通过三层共挤工艺挤包于绞合铜导体外表面，再在半导电绝缘屏蔽层外表面包覆金属屏蔽层，制得缆芯；然后在多根缆芯外表面填充形成填充层；最后在填充层外表面依次包覆钢带铠装层和聚烯烃外护套，即得低烟无卤电力电缆。
实施例3
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，其中半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料85份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物33份，导电炭黑20份，有机硅树脂6份；聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料105份，三元乙丙橡胶35份，有机硅树脂7份；半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95份，乙烯-辛烯共聚物40份，导电炭黑15份，有机硅树脂9份；金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，三元乙丙橡胶45份，氢氧化镁13份，有机硅树脂8份；其中聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯；所述填充层的材料为无碱玻璃纤维，比重为1.6g/cm3。
实施例4
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，其中半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物30份，导电炭黑25份，有机硅树脂6份；聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，三元乙丙橡胶32份，有机硅树脂7份；半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，乙烯-辛烯共聚物40份，导电炭黑17份，有机硅树脂9份；金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，三元乙丙橡胶40份，氢氧化镁13份，有机硅树脂8份；其中聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯；所述填充层的材料为无碱玻璃纤维，比重为1.6g/cm3。
实施例5
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，其中半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物35份，导电炭黑30份，有机硅树脂6份；聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，三元乙丙橡胶30份，有机硅树脂7份；半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，乙烯-辛烯共聚物40份，导电炭黑20份，有机硅树脂9份；金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料120份，三元乙丙橡胶42份，氢氧化镁10份，有机硅树脂8份；其中聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯；所述填充层的材料为无碱玻璃纤维，比重为1.6g/cm3。
实施例6
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，其中半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物35份，导电炭黑20份，有机硅树脂6份；聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，三元乙丙橡胶30份，有机硅树脂7份；半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，乙烯-辛烯共聚物40份，导电炭黑15份，有机硅树脂9份；金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料120份，三元乙丙橡胶42份，氢氧化镁15份，有机硅树脂8份；其中聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯；所述填充层的材料为无碱玻璃纤维，比重为1.6g/cm3。
对比例1
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，其中半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物35份，导电炭黑20份，有机硅树脂6份；聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，三元乙丙橡胶30份，有机硅树脂7份；半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，乙烯-辛烯共聚物40份，导电炭黑15份，有机硅树脂9份；金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，三元乙丙橡胶40份，氢氧化镁13份，有机硅树脂8份；其中聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中的聚烯烃基料均为聚丙烯；所述填充层的材料为无碱玻璃纤维，比重为1.6g/cm3。
与实施例2相比，对比例1的区别在于聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中的聚烯烃基料均为聚丙烯。
对比例2
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，其中半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料120份，导电炭黑20份，有机硅树脂6份；聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，有机硅树脂7份；半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料130份，导电炭黑15份，有机硅树脂9份；金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料140份，氢氧化镁13份，有机硅树脂8份；其中聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯；所述填充层的材料为无碱玻璃纤维，比重为1.6g/cm3。
与实施例2相比，对比例2的区别在于聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中未添加弹性体材料。
对比例3
一种低烟无卤电力电缆，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，其中半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物110份，导电炭黑20份，有机硅树脂6份；聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：三元乙丙橡胶130份，有机硅树脂7份；半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：乙烯-辛烯共聚物120份，导电炭黑15份，有机硅树脂9份；金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：三元乙丙橡胶120份，氢氧化镁13份，有机硅树脂8份；所述填充层的材料为无碱玻璃纤维，比重为1.6g/cm3。
与实施例2相比，对比例3的区别在于聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层原料中未添加聚烯烃基料。
实施例3-6及对比例1-3所述低烟无卤电力电缆均按照实施例2所述工艺制备而成。
对比例4
国内市售的一种低烟无卤电力电缆，购自河南东能电缆有限公司。
测试例1
对实施例2-6及对比例1-4所制得的低烟无卤电力电缆进行相关性能测试，其中卤素含量测试按照GB/T17650-2021《取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法》进行测试，将样品于(21-25)℃、(45-55)％湿度放置16h，试样二个，各(1000±5)mg，碎至0.1mg以下的微粒，空气流量(0.0157·D2)L·h-1±10％，样品被均匀加热40min至(950±10)℃，并保持20min，用含有氢氧化钠溶液的气体洗瓶收集试验样品所产生气体，通过化学滴定法测定HCl和HBr含量，要求：两个样品测试值的均值HCl≤0.5％，HBr≤0.5％；烟密度(最小透光率)测试按照GB/T17651.1-2021《电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定》进行测试；耐腐蚀测试按照GB/T17650.2-2021《取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法》进行测试；耐热性测试试验箱温度为(220±5)℃，样品放置测试箱75h，护套不应收缩变形；浸水电压测试样品长20m，在(20±5)℃水中浸入时间3h后经5min电压测试(直流130kV)不击穿；垂直燃烧测试使成品电缆在(60±2)℃放置4h后，进行GB/T18380.12-2008《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验》规定的垂直燃烧测试；低温冲击测试按照GB/T2951.14-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第14部分：通用试验方法-低温试验》进行测试，样品于-45℃放置16-20h，落锤质量1000g，撞击块质量200g，下落高度100mm，表面不应有目力可见裂纹；测试结果如表1所示。
表1电力电缆性能测试结果
由表1结果可知，由实施例2-6制备的低烟无卤电力电缆的卤素含量、烟密度、耐热性、浸水电压、低温冲击、耐腐蚀和垂直燃烧性能均明显优于对比例1-4，其中实施例2制备的低烟无卤电力电缆综合性能最好；由实施例2-6的数据可以看出，聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层的原料中聚烯烃基料、弹性体材料和添加剂的质量分数会影响电力电缆的综合性能；由实施例2与对比例1-3相比，聚丙烯与弹性体材料、添加剂复配，对电力电缆综合性能提升作用不明显，而对聚丙烯进行化学改性，再与弹性体材料、添加剂复配增效，能显著提高电力电缆的烟密度、耐热性、浸水电压、低温冲击、耐腐蚀和垂直燃烧性能。
本发明所述聚烯烃基料选用改性聚丙烯，具有良好的电气性能、耐热性能和加工性能；对聚丙烯进行化学改性，在聚丙烯结构中引入丙烯酸酯和硅氧烷，不仅能够增加材料老化寿命、柔韧性和抗冲击性能，而且使材料兼具防水性、粘结性和分散性；改性聚丙烯与弹性体材料、添加剂复配，显著增强了电力电缆的柔韧性、耐热、耐腐蚀、防水、防潮、耐低温、高阻燃、抗冲击等性能；本发明所述电缆生产过程无需交联，工艺简单，生产周期短，生产能耗低，电缆料可循环使用，且该电缆料在150℃、15kV/mm下的体积电阻率＜2.3Ω·m，150℃下的击穿场强≥230kV/mm；该电缆可作为高压电力电缆，在150℃环境温度下长期使用。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种低烟无卤电力电缆，其特征在于，包括由内至外的多根缆芯、钢带铠装层和聚烯烃外护套，位于钢带铠装层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯包括由内至外的绞合铜导体、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层、半导电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层的原料均包括聚烯烃基料、弹性体材料和添加剂；所述聚烯烃基料为改性聚丙烯，改性聚丙烯的制备方法如下：
S1、将过氧化苯甲酰溶于丙烯酸羟乙酯和二甲苯的混合溶液中，得到混合液1；在氮气氛围下，向反应器中加入聚丙烯，搅拌升温至110-130℃，再滴加混合液1，继续搅拌1-3h，冷却至室温，固液分离，取固体，于140-150℃溶解于二甲苯中，搅拌回流0.5-1.5h，加入丙酮，继续搅拌20-40min，冷却至室温，过滤，取滤渣洗涤、干燥，得中间体1，中间体1的结构式为：
S2、向反应器中依次加入步骤S1所得中间体1、1,3-双(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷、对甲苯磺酸、二甲苯和环己烷，升温至125-140℃，搅拌回流3-4h，冷却至室温，过滤，取滤渣洗涤、干燥，即得改性聚丙烯，改性聚丙烯的结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种低烟无卤电力电缆，其特征在于，步骤S1中所述聚丙烯、丙烯酸羟乙酯与过氧化苯甲酰的质量比为95-115:8-10:0.3-0.8。
3.根据权利要求1所述的一种低烟无卤电力电缆，其特征在于，步骤S1中所述过氧化苯甲酰与二甲苯的质量体积比为0.15-0.30g/L，混合液1滴加时间为30-45min。
4.根据权利要求1所述的一种低烟无卤电力电缆，其特征在于，步骤S2中所述中间体1、1,3-双(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷与对甲苯磺酸的质量比为95-100:0.8-1.5:0.1-0.4。
5.根据权利要求1所述的一种低烟无卤电力电缆，其特征在于，步骤S2中所述对甲苯磺酸与二甲苯的质量体积比为0.05-0.20g/L，环己烷与二甲苯的体积比为1:2.0-2.5。
6.根据权利要求1所述的一种低烟无卤电力电缆，其特征在于，步骤S1与S2中所述干燥均是于50-60℃真空干燥24-36h。
7.根据权利要求1所述的一种低烟无卤电力电缆，其特征在于，所述半导电导体屏蔽层的原料中弹性体材料为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，添加剂为导电炭黑和有机硅树脂；所述聚烯烃绝缘层的原料中弹性体材料为三元乙丙橡胶，添加剂为有机硅树脂；所述半导电绝缘屏蔽层的原料中弹性体材料为乙烯-辛烯共聚物，添加剂为导电炭黑和有机硅树脂；所述聚烯烃外护套的原料中弹性体材料为三元乙丙橡胶，添加剂为氢氧化镁和有机硅树脂。
8.根据权利要求7所述的一种低烟无卤电力电缆，其特征在于，所述缆芯根数为2-4根；所述半导电导体屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料80-95份，氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物30-35份，导电炭黑20-30份，有机硅树脂5-8份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100-110份，三元乙丙橡胶30-40份，有机硅树脂4-10份；所述半导电绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90-95份，乙烯-辛烯共聚物40-45份，导电炭黑15-20份，有机硅树脂6-9份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层或铜丝屏蔽层；所述聚烯烃外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90-120份，三元乙丙橡胶35-45份，氢氧化镁10-15份，有机硅树脂8-10份。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种低烟无卤电力电缆的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别将聚烯烃外护套、半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层的原料混炼造粒；
(2)将半导电导体屏蔽层、聚烯烃绝缘层和半导电绝缘屏蔽层通过三层共挤工艺挤包于绞合铜导体外表面，再在半导电绝缘屏蔽层外表面包覆金属屏蔽层，制得缆芯；然后在多根缆芯外表面填充形成填充层；最后在填充层外表面依次包覆钢带铠装层和聚烯烃外护套，即得低烟无卤电力电缆。
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