CN116515197B - 高压电缆用绝缘电缆护套材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆护套技术领域，提出了高压电缆用绝缘电缆护套材料，原料按照重量份包括以下组分：聚乙烯30‑40份、丙烯酸酯橡胶10‑20份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物40‑50份、阻燃剂45‑64份、相容剂10‑20份、抗氧剂1‑4份、润滑剂1‑4份；所述阻燃剂包括磷酸锆和羟基锡酸锌，两者的质量比为1:2‑4。通过上述技术方案，解决了现有技术中的高压电缆护套通常阻燃性差且耐老化性较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电缆护套材料技术领域，具体的，涉及高压电缆用绝缘电缆护套材料及其制备方法。
背景技术
高压电缆通常用于输送高压电能，一般由导体、绝缘层和护套组成，护套主要起到保护绝缘层和导体的作用，对保障高压电缆的安全运行发挥着重要的作用，以确保电缆在各种环境下的安全可靠运行。电缆护套损坏，轻则引起电缆金属护层环流增大，降低电缆线路的传输能力，重则使金属护套受到腐蚀，进而危及电缆的主绝缘，直至绝缘击穿发生事故。
高压电缆的护套应具有良好的绝缘性能，以保证电缆在高压下不会漏电等问题，需要承受高低温环境，以保证电缆在各种极端环境下的正常运行。它还需要具有良好的耐腐蚀性，以避免在潮湿和腐蚀性环境中损坏。
传统的高压电缆护套通常由聚乙烯、聚氯乙烯等材料制成，这些材料具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。但聚乙烯和聚氯乙烯的阻燃性较差，且在燃烧过程中会释放出大量有害气体，对人体健康和环境造成威胁。聚乙烯耐老化性较差，影响其使用寿命和性能。
发明内容
本发明提出高压电缆用绝缘电缆护套材料及其制备方法，解决了相关技术中的高压电缆护套通常阻燃性差且耐老化性较差的问题。
本发明的技术方案如下：
高压电缆用绝缘电缆护套材料，原料按照重量份包括以下组分：聚乙烯30-40份、丙烯酸酯橡胶10-20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物40-50份、阻燃剂45-64份、相容剂10-20份、抗氧剂1-4份、润滑剂1-4份；所述阻燃剂包括磷酸锆和羟基锡酸锌，两者的质量比为1:2-4。
作为进一步的技术方案，所述阻燃剂的制备方法包括以下步骤：
S1、将磷酸锆与羟基锡酸锌、水混合均匀；
S2、加入甲胺溶液继续混合均匀；
S3、然后加入月桂胺二亚丙基二胺混合均匀；
S4、离心、洗涤、烘干得到阻燃剂。
本发明发现，当采用甲胺和月桂胺二亚丙基二胺对阻燃剂进行改性处理后，阻燃效果更优，且其他性能也有所提高。
作为进一步的技术方案，所述磷酸锆与甲胺的质量比为1:2-3。
作为进一步的技术方案，所述甲胺溶液的质量浓度为40%。
作为进一步的技术方案，所述磷酸锆与月桂胺二亚丙基二胺的质量比为1:1-2。
作为进一步的技术方案，所述阻燃剂的制备方法包括以下步骤：
S1、将磷酸锆与羟基锡酸锌、水混合均匀；
S2、加入甲胺溶液继续搅拌30-40min；
S3、然后加入月桂胺二亚丙基二胺，升温至50-60℃，混合搅拌3-4h；
S4、离心、洗涤、烘干得到阻燃剂。
作为进一步的技术方案，所述聚乙烯包括高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯，两者的质量比为4：1。
本发明中采用高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯复合使用，能够使得护套料的力学性能和耐热老化性能更佳，更能够满足高压电缆的使用需求。
作为进一步的技术方案，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量为5wt%-40wt%。
作为进一步的技术方案，所述相容剂为POE-g-GMA。
作为进一步的技术方案，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或两种。
作为进一步的技术方案，所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、芥酸酰胺中的一种或多种。
本发明还提出一种高压电缆用绝缘电缆护套材料的制备方法，包括以下步骤：
A1、将聚乙烯、丙烯酸酯橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物混炼至熔融；
A2、加入剩余原料，混炼均匀后出料；
A3、加压硫化，冷却至室温出模，即得绝缘电缆护套材料。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明聚乙烯、丙烯酸酯橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物三者作为高分子基料，三者复合使用后，既能保证材料的绝缘性能满足要求，也能使得高分子基体与无机填料的相容性相比于常用的聚乙烯护套料较好。高分子基体与阻燃剂等助剂共同作用，使得护套料的拉伸强度可达19.2-23.2MPa，断裂伸长率可达332%-396%，氧指数高至32.1%-36.4%，耐热老化性优异。
2、本发明中采用磷酸锆和羟基锡酸锌复配作为阻燃剂，起到了协同阻燃的作用，使得护套材料的氧指数较高，而且本发明中的阻燃剂相比于常用的氢氧化铝阻燃剂，使用量也有所减少，能够避免阻燃剂用量过大导致的其他性能下降的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都涉及本发明保护的范围。
本发明中部分原料的厂家型号信息如下：
高密度聚乙烯：大庆石化 DGDB-6097；
超高分子量聚乙烯：九鼎化工 U-PE350-Ⅱ；
丙烯酸酯橡胶：Zeon Nipol AR31；
乙烯-醋酸乙烯共聚：日本三井 EVAEV180；
POE-g-GMA：佳易容 SOG-03。
实施例1
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯24份、超高分子量聚乙烯6份、丙烯酸酯橡胶10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物40份、磷酸锆15份、羟基锡酸锌30份、POE-g-GMA 10份、抗氧剂1010 1份、芥酸酰胺1份；
制备方法如下：
A1、将高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、丙烯酸酯橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物混炼至熔融；
A2、加入剩余原料，混炼均匀后出料；
A3、加压硫化，冷却至室温出模，即得绝缘电缆护套材料。
实施例2
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯32份、超高分子量聚乙烯8份、丙烯酸酯橡胶20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物50份、磷酸锆16份、羟基锡酸锌48份、POE-g-GMA 20份、抗氧剂168 4份、硬脂酸锌4份；
制备方法同实施例1。
实施例3
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯28份、超高分子量聚乙烯7份、丙烯酸酯橡胶15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物45份、磷酸锆10份、羟基锡酸锌40份、POE-g-GMA 15份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份；
制备方法同实施例1。
实施例4
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯35份、丙烯酸酯橡胶15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物45份、磷酸锆10份、羟基锡酸锌40份、POE-g-GMA 15份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份；
制备方法同实施例1。
实施例5
高压电缆用绝缘电缆护套材料的制备方法：
S1、将磷酸锆10份、羟基锡酸锌40份、300份水混合搅拌15min；
S2、加入50份40wt%甲胺溶液搅拌30min；
S3、然后加入10份月桂胺二亚丙基二胺，升温至60℃，混合搅拌3h；
S4、离心、水洗、烘干得到阻燃剂；
S5、将高密度聚乙烯28份、超高分子量聚乙烯7份、丙烯酸酯橡胶15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物45份混炼至熔融；
S6、加入S4所得阻燃剂、POE-g-GMA 15份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份混炼均匀后出料；
S7、加压硫化，冷却至室温出模，即得绝缘电缆护套材料。
实施例6
高压电缆用绝缘电缆护套材料的制备方法：
S1、将磷酸锆10份、羟基锡酸锌40份、300份水混合搅拌15min；
S2、加入75份40wt%甲胺溶液40min；
S3、然后加入20份月桂胺二亚丙基二胺，升温至60℃，混合搅拌4h；
S4、离心、水洗、烘干得到阻燃剂；
S5、高密度聚乙烯28份、超高分子量聚乙烯7份、丙烯酸酯橡胶18份、乙烯-醋酸乙烯共聚物42份混炼至熔融；
S6、加入S4所得阻燃剂、POE-g-GMA 18份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份混炼均匀后出料；
S7、加压硫化，冷却至室温出模，即得绝缘电缆护套材料。
实施例7
与实施例5相比，步骤S3中不进行升温，其他与实施例5均相同。
实施例8
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯30份、超高分子量聚乙烯5份、丙烯酸酯橡胶15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物45份、磷酸锆10份、羟基锡酸锌40份、POE-g-GMA 15份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份；
制备方法同实施例1。
对比例1
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯28份、超高分子量聚乙烯7份、丙烯酸酯橡胶15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物45份、POE-g-GMA 15份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份；
制备方法同实施例1。
对比例2
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯28份、超高分子量聚乙烯7份、丙烯酸酯橡胶15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物45份、磷酸锆50份、POE-g-GMA 15份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份；
制备方法同实施例1。
对比例3
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯28份、超高分子量聚乙烯7份、丙烯酸酯橡胶15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物45份、羟基锡酸锌50份、POE-g-GMA 15份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份；
制备方法同实施例1。
对比例4
高压电缆用绝缘电缆护套材料的原料：高密度聚乙烯28份、超高分子量聚乙烯7份、丙烯酸酯橡胶15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物45份、氢氧化铝80份、POE-g-GMA 15份、抗氧剂168 3份、硬脂酸钙3份；
制备方法同实施例1。
对以上实施例和对比例进行性能测试：
力学性能按照《GB/T 2951.11-2008 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分：通用试验方法 厚度和外形尺寸测量 机械性能试验》进行测试；
氧指数按照《GB/T 2406.2-2009 塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》进行测试；
热老化性能按照《GB/T 2951.12-2008 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第12部分：通用试验方法 热老化试验方法》进行测试（158℃×168h）。
表1 实施例和对比例的护套材料的性能测试
对比例1中不添加阻燃剂，得到的护套料的阻燃性较差，仅为22.5%，对比例2中采用磷酸锆作为阻燃剂，对比例3中采用羟基锡酸锌作为阻燃剂，阻燃性能相比于对比例1都大幅度提高，但是相比于本发明的实施例3，仍然较低。根据协同阻燃的数学关系式：
YPe为各阻燃剂复配并用后的阻燃性能；YPl为各阻燃剂线性加和后的阻燃性能，为第i种阻燃剂占总阻燃剂的百分比，/>为第i种阻燃剂单独使用时的阻燃性能。
计算后发现，本发明中的磷酸锆和羟基锡酸锌存在协同阻燃效应。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.高压电缆用绝缘电缆护套材料，其特征在于，原料按照重量份包括以下组分：聚乙烯30-40份、丙烯酸酯橡胶10-20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物40-50份、阻燃剂45-64份、相容剂10-20份、抗氧剂1-4份、润滑剂1-4份；所述阻燃剂包括磷酸锆和羟基锡酸锌，磷酸锆与羟基锡酸锌的质量比为1:2-4；所述阻燃剂的制备方法包括以下步骤：
S1、将磷酸锆与羟基锡酸锌、水混合均匀；
S2、加入甲胺溶液继续混合均匀；
S3、然后加入月桂胺二亚丙基二胺混合均匀；
S4、离心、洗涤、烘干得到阻燃剂；
所述聚乙烯包括质量比为4：1的高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯的混合物。
2.根据权利要求1所述的高压电缆用绝缘电缆护套材料，其特征在于，所述磷酸锆与甲胺的质量比为1:2-3。
3.根据权利要求1所述的高压电缆用绝缘电缆护套材料，其特征在于，所述磷酸锆与月桂胺二亚丙基二胺的质量比为1:1-2。
4.根据权利要求1所述的高压电缆用绝缘电缆护套材料，其特征在于， 所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量为5wt%-40wt%。
5.根据权利要求1所述的高压电缆用绝缘电缆护套材料，其特征在于，所述相容剂为POE-g-GMA。
6.根据权利要求1所述的高压电缆用绝缘电缆护套材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的高压电缆用绝缘电缆护套材料，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、芥酸酰胺中的一种或多种。
8.如权利要求1-7任意一项所述的高压电缆用绝缘电缆护套材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、将聚乙烯、丙烯酸酯橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物混炼至熔融；
A2、加入剩余原料，混炼均匀后出料；
A3、加压硫化，冷却至室温出模，即得绝缘电缆护套材料。
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