CN116153575A - 一种光伏电缆及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电线电缆技术领域，公开了一种光伏电缆及其制备工艺；一种光伏电缆，包括导电线芯，导电线芯外侧包覆有绝缘层，绝缘层外侧包覆有阻燃层，阻燃层外侧包覆有外护套，其中，阻燃层包括以下质量份数的原料组分：酚醛树脂60‑80份、聚氯乙烯树脂30‑40份、环氧树脂5‑8份、腰果酚10‑20份、水滑石6‑12份、稀土氧化物4‑7份、偶联剂1‑3份、助剂1‑3份以及抗氧剂2‑5份；本申请中通过对光伏电缆的阻燃层原料进行改进，使制备得到的光伏电缆的极限氧指数大于40%，阻燃效果好，有效提高了产品的阻燃性能。

Description

一种光伏电缆及其制备工艺
技术领域
本发明涉及电线电缆技术领域，尤其是涉及一种光伏电缆及其制备工艺。
背景技术
随着新能源的开发和利用，光伏发电作为一种绿色清洁可再生能源越来越普及，在光伏发电站大量建设过程中，光伏发电站的安全运行及使用寿命设计显得尤为重要。
由于太阳能系统常常安装在恶劣环境条件下，比如高温、紫外线辐射、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀等，因此，光伏电缆不仅要能抵御恶劣气候环境和经受机械冲击，而且还需要具有阻燃作用，可以有效防止在传输电能过程中引发光伏电缆燃烧，减少对生命财产造成损害。
光伏电缆在进行制备时，使用的高分子材料属于易燃材料，因此，为了提升光伏电缆的阻燃性能，现有企业在对光伏电缆的原料进行生产时，通常都是通过加入阻燃剂来提升产品的阻燃性能，虽然加入的阻燃剂在一定的程度上对产品的阻燃性能有了一定的改善，但是电缆材料阻燃效率低，制备得到的光伏电缆无法满足生产的需要。
因此，如何制备得到具有较好阻燃性能的光伏电缆，成为众多厂家所要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本申请的目的在于一种光伏电缆及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种光伏电缆，采用如下的技术方案：
一种光伏电缆，包括导电线芯，导电线芯外侧包覆有绝缘层，绝缘层外侧包覆有阻燃层，阻燃层外侧包覆有外护套，其中，阻燃层包括以下质量份数的原料组分：酚醛树脂60-80份、聚氯乙烯树脂30-40份、环氧树脂5-8份、腰果酚10-20份、水滑石6-12份、稀土氧化物4-7份、偶联剂1-3份、助剂1-3份以及抗氧剂2-5份。
通过采用上述技术方案，本申请中通过对阻燃层的原料进行改进，加入腰果酚，腰果酚的化学结构中兼具苯环结构、酚羟基和含不饱和双键的碳十五直链，其中，苯环具有刚性，碳十五直链具有良好的韧性；本申请中加入的腰果酚，与酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂进行混合后，不仅可以有效提高原料的阻燃性能，而且也提高了原料的增韧性能。
本申请中通过对阻燃层的原料进行改进，加入水滑石，水滑石受热后能分解释放出大量水和二氧化碳，并吸收大量热，使原料进行热分解，降低燃烧速率，能有效提高原料的阻燃性、热稳定性以及抑烟性能。
本申请中通过对阻燃层的原料进行改进，加入稀土氧化物，稀土氧化物中的稀土元素可以与水滑石中的部分金属离子进行反应组成稀土氧化物，起到一定的阻燃作用，另外，稀土元素能与渗入的氧进行反应，生成稀土氧化物，从而能有效提高原料的阻燃性。
在一个具体的可实施方案中，阻燃层还包括5-15质量份的硅橡胶泡沫。
通过采用上述技术方案，本申请中通过对阻燃层的原料进行改进，加入具有耐高低温、耐辐射、耐老化的硅橡胶泡沫，不仅可以提高原料的耐高低温、耐辐射、耐老化性能，而且加入的硅橡胶泡沫与水滑石进行反应后，得到具有热稳定性以及阻燃抑烟性能的原料，大大提高了原料的阻燃性能；其次，硅橡胶泡沫内部具有孔洞结构，大大提升光伏电缆的空气流通性，可以提升散热性能。
优选的，稀土氧化物为氧化铈、氧化镧、氧化钕的混合物。
优选的，氧化铈、氧化镧、氧化钕的质量比为6:(1-4)：1。
通过采用上述技术方案，加入的稀土元素可以与水滑石中的部分金属离子进行反应组成稀土氧化物，而且对加入的稀土元素对光伏电缆能起到独特的增效改性作用，可使原料的性能全面提升。
优选的，偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
优选的，助剂为环己烷、甲苯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中至少一种。
优选的，抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1024。
第二方面，本申请提供一种光伏电缆的制备方法，采用如下的技术方案：
一种光伏电缆的制备方法，步骤如下：
(1)按配比称取光伏电缆的原料；
(2)将酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂混合后，升温至熔融后进行混炼70-90分钟；
(3)向步骤(2)制备得到混合物中，加入腰果酚、水滑石、稀土氧化物、偶联剂、助剂、抗氧剂、硅橡胶泡沫进混炼40-60分钟后，再进行硫化8-15min；
(4)将步骤(3)制备得到的混合物进行微波处理后，再进行超声波辐射，即可得到阻燃层原料，将阻燃层原料压延得到阻燃层；
(5)向导电线芯外侧从内向外依次包覆绝缘层、阻燃层以及外护套，即可得到光伏电缆。
优选的，步骤(3)中硫化温度为130-160℃。
优选的，步骤(4)中微波处理的时间为40-80秒，超声波辐射的时间为40-50分钟。
本申请中采用微波处理后再进行超声波辐射处理，可以使阻燃原料混合的更加均匀，大大提升了原料的阻燃性能。
本申请中通过对光伏电缆的阻燃层原料进行改进，加入的腰果酚、水滑石、稀土氧化物、助剂、抗氧剂、硅橡胶泡沫在偶联剂的作用下，与酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂进行反应，并在酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂的混合树脂的表面形成一层阻燃层，从而有效提高了光伏电缆的阻燃性能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、本申请中通过对光伏电缆的阻燃层原料进行改进，加入的腰果酚、水滑石、稀土氧化物、助剂、抗氧剂、硅橡胶泡沫在偶联剂的作用下，与酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂进行反应，并在酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂的混合树脂的表面形成一层具有阻燃作用的阻燃层，从而有效提高了光伏电缆的阻燃性能。
2、本申请中通过对光伏电缆的阻燃层原料进行改进，使制备得到的光伏电缆的极限氧指数大于40％，阻燃效果好，有效提高了产品的阻燃性能。
具体实施方式
本申请涉及的原料均采用市售产品，其中，氧化铈、氧化镧、氧化钕、腰果酚购自于江苏润丰合成科技有限公司；水滑石购自于江苏泽辉镁基新材料科技有限公司；硅橡胶泡沫购自于合肥亿利久顺橡塑有限公司。
酚醛树脂的CAS登录号为9003-35-4；聚氯乙烯树脂的CAS登录号为9002-86-2；环氧树脂的CAS登录号为61788-97-4。
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
制备例：
稀土氧化物的制备：
制备例1-3：
如表1所示，制备例1-3的主要区别在于原料不同。
以下以制备例1为例进行说明。
稀土氧化物的制备步骤如下：将氧化铈、氧化镧、氧化钕、甘油50g进行混合，即可得到稀土氧化物。
表1稀土氧化物的原料配比表(单位：g)
原料 制备例1 制备例2 制备例3
氧化铈 6 6 6
氧化镧 1 2.5 4
氧化钕 1 1 1
实施例：
实施例1-3：
如表2所示，实施例1-3的主要区别在于原料不同。
以下以实施例1为例进行说明。
一种光伏电缆的制备方法，步骤如下：
(1)按配比称取光伏电缆的原料；
(2)将酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂混合后，升温至熔融后，在85℃下进行混炼80分钟；
(3)向步骤(2)制备得到混合物中，加入腰果酚、水滑石、稀土氧化物、偶联剂、助剂、抗氧剂，在87℃下进混炼50分钟后，再进行硫化10min；其中，硫化温度为150℃；
(4)将步骤(3)制备得到的混合物进行微波处理后，再进行超声波辐射，即可得到阻燃层原料，将阻燃层原料压延得到阻燃层；其中，微波处理的功率为0.7千瓦，微波处理的时间为60秒，超声波辐射的时间为45分钟；
(5)向导电线芯外侧从内向外依次包覆绝缘层、阻燃层、外护套，即可得到光伏电缆。
其中，偶联剂为硅烷偶联剂KH550；助剂为甲苯；抗氧剂为抗氧剂1010。
表2阻燃层的原料配比表(单位：g)
原料 实施例1 实施例2 实施例3
酚醛树脂 60 70 80
聚氯乙烯树脂 30 35 40
环氧树脂 5 7 8
腰果酚 10 15 20
水滑石 6 9 12
稀土氧化物(制备例1) 4 6 7
偶联剂 1 2 3
助剂 1 2 3
抗氧剂 2 3 5
实施例4-5
实施例4-5与实施例2的区别之处在于：各实施例中所用的稀土氧化物是由不同制备例得到，其他制备条件均与实施例2相同，具体的对应关系如下表所示：
表3对照关系表
实施例4 制备例2制备得到的稀土氧化物
实施例5 制备例3制备得到的稀土氧化物
实施例6-8
如表4所示，实施例6-8的主要区别在于原料不同。
以下以实施例6为例进行说明。
一种光伏电缆的制备方法，步骤如下：
(1)按配比称取光伏电缆的原料；
(2)将酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂混合后，升温至熔融后，在85℃下进行混炼80分钟；
(3)向步骤(2)制备得到混合物中，加入腰果酚、水滑石、稀土氧化物、偶联剂、助剂、抗氧剂、硅橡胶泡沫，在87℃下进混炼50分钟后，再进行硫化10min其中，硫化温度为150℃；
(4)将步骤(3)制备得到的混合物进行微波处理后，再进行超声波辐射，即可得到阻燃层原料，将阻燃层原料压延得到阻燃层；其中，微波处理的功率为0.7千瓦，微波处理的时间为60秒，超声波辐射的时间为45分钟；
(5)向导电线芯外侧从内向外依次包覆绝缘层、阻燃层、外护套，即可得到光伏电缆。
其中，偶联剂为硅烷偶联剂KH550；助剂为甲苯；抗氧剂为抗氧剂1010。
表4阻燃层的原料配比表(单位：g)
原料 实施例6 实施例7 实施例8
酚醛树脂 70 70 70
聚氯乙烯树脂 35 35 35
环氧树脂 7 7 7
腰果酚 15 15 15
水滑石 10 10 10
稀土氧化物(制备例1得到) 6 6 6
偶联剂 2 2 2
助剂 2 2 2
抗氧剂 3 3 3
硅橡胶泡沫 5 10 15
实施例9-10
实施例9-10与实施例7的区别之处在于：各实施例中所用的稀土氧化物是由不同制备例得到，其他制备条件均与实施例7相同，具体的对应关系如下表所示：
表5阻燃层的原料配比表(单位：g)
实施例9 制备例2制备得到的稀土氧化物
实施例10 制备例3制备得到的稀土氧化物
对比例
对比例1：
与实施例2的区别之处在于：不加入腰果酚。
对比例2：
与实施例2的区别之处在于：不加入水滑石。
对比例3：
与实施例2的区别之处在于：不加入稀土氧化物。
对比例4：
与实施例7的区别之处在于：不加入腰果酚。
对比例5：
与实施例7的区别之处在于：不加入水滑石。
对比例6：
与实施例7的区别之处在于：不加入稀土氧化物。
性能检测
将实施例1-10制备得到的光伏电缆，对比例1-6制备得到的样品的阻燃性进行性能检测。
测试方法如下：采用GB/T2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为》，在JF-3型氧指数测试仪上测试，测试结果如表6所示。
表6测试结果
极限氧指数(％)
实施例1 40.3
实施例2 40.8
实施例3 40.1
实施例4 40.2
实施例5 40.3
实施例6 41.8
实施例7 42.1
实施例8 41.9
实施例9 41.7
实施例10 41.5
对比例1 17.5
对比例2 19.3
对比例3 20.6
对比例4 23.4
对比例5 25.7
对比例6 26.1
结合表6、实施例1-10，对比例1-6可知，实施例1-10制备得到的光伏电缆，其极限氧指数优于对比例1-6制备得到的样品的极限氧指数，说明本申请通过对制备工艺的改进，提升了光伏电缆的阻燃性能。
结合实施例1-5、实施例6-10可知，实施例6-10制备得到的光伏电缆，其极限氧指数优于实施例1-5制备得到的光伏电缆的极限氧指数，说明不加入硅橡胶泡沫，会影响光伏电缆的阻燃性；本申请中加入具有耐高低温、耐辐射、耐老化的硅橡胶泡沫，不仅可以提高原料的耐高低温、耐辐射、耐老化性能，而且加入的硅橡胶泡沫与水滑石进行反应后，得到具有热稳定性以及阻燃抑烟性能的原料，大大提高了原料的阻燃性能。
结合实施例2与对比例1可知，实施例2制备得到的光伏电缆，其极限氧指数优于对比例1制备得到的样品的极限氧指数，说明不加入腰果酚，会影响光伏电缆的阻燃性，本申请中加入腰果酚，与酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂进行混合后，可以有效提高原料的阻燃性能。
结合实施例2与对比例2可知，实施例2制备得到的光伏电缆，其极限氧指数优于对比例2制备得到的样品的极限氧指数，说明不加水滑石，会影响光伏电缆的阻燃性，本申请中加入水滑石，使原料进行热分解，降低燃烧速率，能有效提高原料的阻燃性、热稳定性以及抑烟性能。
结合实施例2与对比例3可知，实施例2制备得到的光伏电缆，其极限氧指数优于对比例3制备得到的样品的极限氧指数，说明不加入稀土氧化物，会影响光伏电缆的阻燃性，本申请中加入的稀土氧化物中的稀土元素可以与水滑石中的部分金属离子进行反应组成稀土氧化物，起到一定的阻燃作用，大大提升了光伏电缆的阻燃性能。
结合实施例7与对比例4可知，实施例7制备得到的光伏电缆，其极限氧指数优于对比例4制备得到的样品的极限氧指数，说明不加入腰果酚，会影响光伏电缆的阻燃性，本申请中加入腰果酚，与酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂进行混合后，可以有效提高原料的阻燃性能。
结合实施例7与对比例5可知，实施例7制备得到的光伏电缆，其极限氧指数优于对比例5制备得到的样品的极限氧指数，说明不加入水滑石，会影响光伏电缆的阻燃性，本申请中加入水滑石，能有效提高原料的阻燃性、热稳定性以及抑烟性能。
结合实施例7与对比例6可知，实施例7制备得到的光伏电缆，其极限氧指数优于对比例6制备得到的样品的极限氧指数，说明不加入稀土氧化物，会影响光伏电缆的阻燃性，本申请中加入稀土氧化物，稀土氧化物中的稀土元素可以与水滑石中的部分金属离子进行反应组成稀土氧化物，起到一定的阻燃作用，大大提升了产品的阻燃性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种光伏电缆，其特征在于：包括导电线芯，导电线芯外侧包覆有绝缘层，绝缘层外侧包覆有阻燃层，阻燃层外侧包覆有外护套，其中，阻燃层包括以下质量份数的原料组分：酚醛树脂60-80份、聚氯乙烯树脂30-40份、环氧树脂5-8份、腰果酚10-20份、水滑石6-12份、稀土氧化物4-7份、偶联剂1-3份、助剂1-3份以及抗氧剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电缆，其特征在于：阻燃层还包括5-15质量份的硅橡胶泡沫。
3.根据权利要求1所述的一种光伏电缆，其特征在于：稀土氧化物为氧化铈、氧化镧、氧化钕的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种光伏电缆，其特征在于：氧化铈、氧化镧、氧化钕的质量比为6:（1-4）：1。
5.根据权利要求1所述的一种光伏电缆，其特征在于：偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
6.根据权利要求1所述的一种光伏电缆，其特征在于：助剂为环己烷、甲苯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种光伏电缆，其特征在于：抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1024。
8.一种用于制备权利要求1-7中任一项所述光伏电缆的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）按配比称取光伏电缆的原料；
（2）将酚醛树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂混合后，升温至熔融后进行混炼70-90分钟；
（3）向步骤（2）制备得到混合物中，加入腰果酚、水滑石、稀土氧化物、偶联剂、助剂、抗氧剂、硅橡胶泡沫进混炼40-60分钟后，再进行硫化8-15min；
（4）将步骤（3）制备得到的混合物进行微波处理后，再进行超声波辐射，即可得到阻燃层原料，将阻燃层原料压延得到阻燃层；
（5）向导电线芯外侧从内向外依次包覆绝缘层、阻燃层、外护套，即可得到光伏电缆。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中硫化温度为130-160℃。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中微波处理的时间为40-80秒，超声波辐射的时间为40-50分钟。
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