CN116013593A - 一种电缆及其护套组合物 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电缆及其护套组合物，该电缆包括：导体，位于所述导体外周的绝缘层，和位于所述绝缘层外周的护套，其中，所述绝缘层由交联聚烯烃形成。本申请电缆的结构简单，生产难度低，成本低，同时满足传统光伏电缆标准IEC 62930以及水上光伏项目用电缆对线缆防水性能的要求。
Description
技术领域
本申请涉及电缆以及用于电缆护套的护套组合物。
背景技术
作为最重要的清洁能源之一的光伏发电项目，近年来发展规模不断扩大，技术日益进步，发电成本也显著降低。但是，随着地面光伏项目地不断建设，占用土地资源的问题日益严重。目前，大力发展水上光伏项目成为其中的选择。因此，急需具有防水、阻燃和抗压等功能的能够用于水上光伏项目的的新型电缆。
发明内容
本申请提供优良的阻燃、防水、抗压等性能的电缆，其包括：
导体，
位于所述导体外周的绝缘层，和
位于所述绝缘层外周的护套，
其中，所述绝缘层由交联聚烯烃形成；
所述护套由护套组合物形成，所述护套组合物包含基于所述护套组合物总重量的以下组分：
本申请电缆具有优良的阻燃、防水、抗压等性能，并且结构简单，生产难度低，成本低，同时满足传统光伏电缆标准IEC 62930以及水上光伏项目用电缆对线缆防水性能的要求。
在一种实施方式中，所述无卤阻燃剂选自金属氢氧化物阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂及其组合。
在一种实施方式中，所述无卤阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、三聚氰胺及其组合；优选地，所述无卤阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、红磷和三聚氰胺的混合物，其中，氢氧化铝的用量为18-29wt％，氢氧化镁的用量为18-29wt％，红磷的用量为2-3.5wt％，和三聚氰胺的用量为2-3.5wt％，基于所述护套组合物的总重量。
在一种实施方式中，所述护套组合物还包含基于所述护套组合物总重量的以下组分中的一种或多种：
在一种实施方式中，所述交联聚烯烃不含阻燃剂。
在一种实施方式中，所述交联聚烯烃选自交联聚乙烯均聚物，交联聚乙烯共聚物，交联聚丙烯均聚物，交联聚丙烯共聚物及其组合。
在一种实施方式中，所述绝缘层的厚度为1.7mm±0.15mm，护套的厚度为2.0mm±0.2mm。
在一种实施方式中，所述电缆为水上光伏电缆。
本申请还提供用于电缆护套的护套组合物，包含基于所述护套组合物总重量的以下组分：
附图说明
图1示出本申请电缆的一种实施方式的截面图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本申请提供一种电缆，其包括：
导体11，
位于所述导体外周的绝缘层12，和
位于所述绝缘层外周的护套13。
该导体11可以为本领域使用的各种导体，例如铜导体例如镀锡铜丝等，铝导体以及铝合金导体等。
该绝缘层12位于导体外周，由交联聚烯烃形成。该绝缘层12主要为防水材料，绝缘比重小、绝缘电阻高，保证线缆的长期耐直流性能。绝缘层12主要起到绝缘及防水作用。绝缘层12采用100％的交联聚烯烃来制备，不含无卤阻燃剂及其他助剂，整体绝缘层材料中没有无机物与有机物的接触界面，几乎达到100％的阻水效果，从而绝缘具有优异的防水性能。
可用的聚烯烃可用选自聚乙烯均聚物，聚乙烯共聚物，聚丙烯均聚物，聚丙烯共聚物及其组合。聚乙烯共聚物例如可以为乙烯-α-烯烃共聚物，α-烯烃可以为丙烯、丁烯、己烯等。聚丙烯共聚物可以为丙烯-α-烯烃共聚物，α-烯烃可以为丁烯、己烯等。这些聚烯烃可以使用现有的各种市售产品。优选地，可用的聚烯烃为聚乙烯。作为能够适用的聚乙烯，例如可列举低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高密度聚乙烯等。该聚乙烯的重均分子量一般为20000-300000，密度为0.941-0.960g/cm3。
用于本申请的聚烯烃特别是聚乙烯需要进行交联。交联聚乙烯(XLPE)具有优异的绝缘性能、耐热性能及耐化学特性。XLPE保持了PE原有的良好绝缘特性，且绝缘电阻进一步增大；网状立体结构的XLPE具有十分优异的耐热性能。在200℃以下不会分解及碳化，长期工作温度可达90℃，热寿命可达40年；此外，XLPE还具有较强的耐酸碱和耐油性。具有优异防水性能的同时，具备良好的绝缘性能和耐热性能。
交联聚烯烃特别是交联聚乙烯可以通过对聚烯烃例如聚乙烯进行交联而制备得到，交联方法可以包括物理交联(辐射交联)和化学交联两种。辐射交联可以在由聚烯烃例如聚乙烯形成绝缘层之后用γ-射线、高能射线进行照射进行交联。交联度受辐射剂量及温度的影响，交联点随辐射剂量的增加而增加，因此通过控制辐射条件，可以获得具有一定交联度的交联聚乙烯制品。化学交联是通过化学交联剂使聚烯烃产生交联，可以使用过氧化物、硅烷交联剂等作为交联剂来进行。对于本申请，由于绝缘层通常较薄，因而一般使用辐射交联方法，即由聚烯烃例如聚乙烯形成绝缘层之后用γ-射线、高能射线进行照射进行交联。辐射交联的条件一般为：辐照剂量为5-15Mrad；辐照线缆的速度可以为150m/min。
在一种实施方式中，所述绝缘层的厚度可以为1.7mm±0.15mm。
护套13位于所述绝缘层外周，主要起到保护、阻燃及绝缘作用，可以由护套组合物形成。在一种实施方式中，护套13的厚度为2.0mm±0.2mm。
该护套组合物包含基于所述护套组合物总重量的以下组分：
该护套组合物具有高含量的聚乙烯，在电缆线径不加粗的同时，可以保证电缆电容达标。因聚乙烯无极性，所以具有介电损耗低、介电强度大的电性能优异，具有较高的绝缘电阻，使得护套13具有良好的绝缘性能。作为能够适用的聚乙烯，例如可列举低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高密度聚乙烯等。该聚乙烯的重均分子量一般为20000-300000，密度为0.941-0.960g/cm3。在本申请中，聚乙烯的用量为50-60wt％，基于所述护套组合物总重量。
该护套组合物包含无卤阻燃剂，该无卤组合物可以选自金属氢氧化物阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂及其组合。在一种实施方式中，所述无卤阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、三聚氰胺及其组合；优选地，所述无卤阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、红磷和三聚氰胺的混合物，其中，氢氧化铝的用量为18-29wt％，氢氧化镁的用量为18-29wt％，红磷的用量为2-3.5wt％，和三聚氰胺的用量为2-3.5wt％，基于所述护套组合物的总重量。在该混合阻燃剂体系中，除了常规阻燃剂氢氧化铝、氢氧化镁，还包含磷系阻燃剂红磷和氮系阻燃剂三聚氰胺。红磷和三聚氰胺阻燃等级高，在聚乙烯中使用效果显著，氢氧化铝、氢氧化镁、红磷和三聚氰胺混合使用，极大地提高了护套的阻燃性能；红磷和三聚氰胺与氢氧化铝、氢氧化镁一样，为无卤阻燃剂，燃烧后满足标准要求。在本申请中，无卤阻燃剂的用量为40-65wt％，基于所述护套组合物总重量。
碳纳米纤维(CNF)是圆柱形纳米结构，石墨烯层排列为堆叠的圆锥、杯或板，其以热、电、电磁屏蔽和机械性能增强而著称。护套材料中加入少量碳纳米纤维可提高材料层间力学性能，显著增强护套的机械强度；调节热膨胀系数，提高振动阻尼，使得护套材料结构处于健康状态。在本申请中，碳纳米纤维的用量为5-8wt％，基于所述护套组合物总重量。
环氧丙烯酸酯树脂可以由环氧树脂和丙烯酸或甲基丙烯酸经过酯化反应而制得。护套材料中加入少量环氧丙烯酸酯树脂，可提高护套材料间的粘结，并且显著增强护套的韧性。在本申请中，环氧丙烯酸酯树脂的用量为5-10wt％，基于所述护套组合物总重量。环氧丙烯酸酯树脂的密度1.2±0.1g/cm3。这些环氧丙烯酸酯树脂可以使用各种市售的环氧丙烯酸酯树脂，例如Ebecryl 3700、Ebecryl3701、Ebecryl 3702、Ebecryl 3708、Ebecryl6040等。
聚乙烯具有良好的化学稳定性，在常温下耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀，但不耐强氧化剂如发烟硫酸、浓硝酸和铬酸等，并且日晒、雨淋都会引起老化。因此，在护套中加入一定量的助剂例如抗氧剂和光稳定剂等，以改善护套材料的化学稳定性和耐老化性能。改善后的护套具有优异的化学稳定性，常温和高温下都耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀。另外，从利于加工的角度，护套组合物还可以含有一定量的润滑剂和增塑剂等。这些助剂例如抗氧剂、光稳定剂、润滑剂以及增塑剂等均可以使用本领域常用的各种物质，本申请不再赘述。
在一种实施方式中，所述护套组合物还包含基于所述护套组合物总重量的以下组分中的一种或多种：
本申请的电缆具有良好的防水、阻燃、抗压等性能，特别适合作为水上光伏电缆使用，同时满足传统光伏电缆标准IEC 62930以及水上光伏项目用电缆对线缆防水性能的要求。
该电缆的制备方法可以包括：在导体外周形成绝缘层和护套，即可以得到该电缆。
形成绝缘层和形成护套可以分别进行，先在导体外周形成交联聚烯烃的绝缘层，之后由护套组合物形成护套。例如，可以如下进行：
S1按配方量将聚乙烯、阻燃剂、纳米碳纤维、环氧丙烯酸酯、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和增塑剂进行混合后，使用密炼机进行熔融共混，再通过单螺杆挤出机挤出，得到共混颗粒；
S2将纯聚烯烃例如聚乙烯加入挤出机中，与导体一起挤出，冷却成型后得到绝缘层线缆。
S3将S1得到的共混颗粒加入至挤出机，与绝缘层线缆一起通过挤出机挤出，形成护套，冷却成型后得到电缆。
S4使用电子加速器对所述线材进行辐照交联，辐照剂量为5-15Mrad。
形成绝缘层和形成护套可以同时进行，即可以将聚烯烃例如聚乙烯以及上述的共混颗粒与导体一起共挤出，在导体外周一步形成绝缘层和护套，之后使用电子加速器进行辐照交联，辐照剂量为5-15Mrad，从而得到本申请的电缆。
下面通过实施例进一步说明本申请，但本申请并不限于此。
实施例1
导体：铜导体
绝缘层材料：100份纯聚乙烯，其中该聚乙烯购自于大庆石化，商品名为5300E；
护套材料：聚乙烯60％、阻燃剂65％、纳米碳纤维8％、环氧丙烯酸酯10％、抗氧剂2％、光稳定剂2％、润滑剂2％、增塑剂3％。其中，阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、红磷和三聚氰胺的混合物，分别为29％、29％、3.5％和3.5％，以上重量百分比均基于护套材料的总重量。其中，聚乙烯购自于大庆石化，商品名为5300E；纳米碳纤维购自于北京德科岛金科技，商品名为CNT100；环氧丙烯酸酯购自于湛新树脂，商品名为EBECRYL 3701；抗氧剂为抗氧剂1010，光稳定剂为光稳定剂944，润滑剂为聚乙烯蜡、增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯(DMP)。
S1按配方量将聚乙烯、阻燃剂、纳米碳纤维、环氧丙烯酸酯、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和增塑剂进行混合后，使用密炼机进行熔融共混，再通过单螺杆挤出机挤出，得到共混颗粒；
S2将纯聚乙烯加入挤出机中，与导体一起挤出，冷却成型后得到绝缘层线缆。
S3将S1得到的共混颗粒加入至挤出机，与绝缘层线缆一起通过挤出机挤出，形成护套，冷却成型后得到电缆。
S4使用电子加速器对所述线材进行辐照交联，辐照剂量为5 15Mrad。辐照后即得到成品线缆。
实施例2
导体：铜导体
绝缘层材料：100份纯聚乙烯；
护套材料：聚乙烯50％、阻燃剂40％、纳米碳纤维5％、环氧丙烯酸酯5％、抗氧剂1％、光稳定剂1％、润滑剂1％、增塑剂2％。其中，阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、红磷和三聚氰胺的混合物，分别为18％、18％、2％和2％。
本实施例的原料来源同实施例1。
S1按配方量将聚乙烯、阻燃剂、纳米碳纤维、环氧丙烯酸酯、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂和增塑剂进行混合后，使用密炼机进行熔融共混，再通过单螺杆挤出机挤出，得到共混颗粒；
S2将纯聚乙烯加入挤出机中，与导体一起挤出，冷却成型后得到绝缘层线缆。
S3将S1得到的共混颗粒加入至挤出机，与绝缘层线缆一起通过挤出机挤出，形成护套，冷却成型后得到电缆。
S4使用电子加速器对所述线材进行辐照交联，辐照剂量为5 15Mrad。辐照后即得到成品线缆。
测试过程
对所得的电缆进行如下测试，结果如表1所示：
单根电缆火焰垂直燃烧试验：根据IEC 62930：2017进行测试；
电容变化率(浸泡在水中)：根据
Rheinland 2 PfG 2750/09.20进行测试；
长期直流电压(浸泡在10g/L的NaCl溶液)：根据
Rheinland 2 PfG 2750/09.20进行测试。
表1
实施例1和实施例2的阻燃性能和防水性能良好。
以上结合了优选的实施方式对本申请进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。
Claims (12)
1.一种电缆，其包括：
导体，
位于所述导体外周的绝缘层，和
位于所述绝缘层外周的护套，
其中，所述绝缘层由交联聚烯烃形成；
所述护套由护套组合物形成，所述护套组合物包含基于所述护套组合物总重量的以下组分：
聚乙烯50-60wt％，
无卤阻燃剂40-65wt％，
碳纳米纤维5-8wt％，和
环氧丙烯酸酯树脂5-10wt％。
2.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述无卤阻燃剂选自金属氢氧化物阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂及其组合。
3.根据权利要求2所述的电缆，其中，所述无卤阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、三聚氰胺及其组合；优选地，所述无卤阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、红磷和三聚氰胺的混合物，其中，氢氧化铝的用量为18-29wt％，氢氧化镁的用量为18-29wt％，红磷的用量为2-3.5wt％，和三聚氰胺的用量为2-3.5wt％，基于所述护套组合物的总重量。
4.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述护套组合物还包含基于所述护套组合物总重量的以下组分中的一种或多种：
抗氧剂1-2wt％，
光稳定剂1-2wt％，
润滑剂1-2wt％，
增塑剂2-3wt％。
5.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述交联聚烯烃不含阻燃剂。
6.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述交联聚烯烃选自交联聚乙烯均聚物，交联聚乙烯共聚物，交联聚丙烯均聚物，交联聚丙烯共聚物及其组合。
7.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述绝缘层的厚度为1.7mm±0.15mm，护套的厚度为2.0mm±0.2mm。
8.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述电缆为水上光伏电缆。
9.用于电缆护套的护套组合物，包含基于所述护套组合物总重量的以下组分：
10.根据权利要求9所述的护套组合物，其中，所述无卤阻燃剂选自金属氢氧化物阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂及其组合。
11.根据权利要求10所述的护套组合物，其中，所述无卤阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、三聚氰胺及其组分；优选地，所述无卤阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、红磷和三聚氰胺的混合物，其中，氢氧化铝的用量为18-29wt％，氢氧化镁的用量为18-29wt％，红磷的用量为2-3.5wt％，和三聚氰胺的用量为2-3.5wt％，基于所述护套组合物的总重量。
12.根据权利要求9所述的护套组合物，其中，所述护套组合物还包含基于所述护套组合物总重量的以下组分中的一种或多种：
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- 2022-10-13 CN CN202211255199.3A patent/CN116013593A/zh active Pending
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