CN116731500A - 一种电缆线路包覆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电缆线路包覆材料及其制备方法，包括30～60份呋喃衍生物改性聚氨酯树脂、10～20份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、1～5份的多酚衍生物、和1～5份邻苯二甲酸二酯。其制备方法为：1)将30～60质量份呋喃衍生物改性聚氨酯树脂和10～20质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线混合搅拌均匀得混合物Ⅰ；2)在混合物Ⅰ中加入1‑5质量份邻苯二甲酸二酯混合搅拌均匀得混合物Ⅱ；3)在混合物Ⅱ中加入15质量份的多酚衍生物，在60‑80℃混合搅拌10‑25分钟，造粒机180℃挤出后得到电缆包覆用材料。本发明制得的电缆线路包覆材料不仅具有较好的介电性能，而且具有较好的防切割性能。
Description
技术领域
本发明涉及电力工业领域，具体涉及一种电缆线路包覆材料及其制备方法。
背景技术
电力电缆由导线和绝缘层组成，用来传输电力。其中绝缘层大多采用绝缘材料涂覆在导线外周形成。用作电缆的绝缘材料具有较高的绝缘电阻，击穿电场强度，低的介质损耗介电常数。但是，其在面对尖锐物体，如极端天气的飞石，鸟的利爪，人为破坏时，抵御能力有限。
现有防切割复合弹性体，橡胶比较少见，大部分为填充防切割网络，一旦成型，不具备再加工性，从而丧失了宝贵的热塑性，由此变为不可再次回收利用的热固性材料。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种电缆线路包覆材料及其制备方法，得到的电缆线路包覆材料不仅具有较好的介电性能，而且防切割性能优异，且可重复热加工。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种电缆线路包覆材料，包括30～60份呋喃衍生物改性聚氨酯树脂、10～20份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、15份多酚衍生物、和1-5份邻苯二甲酸二酯；所述份为质量份。
进一步，所述呋喃衍生物改性聚氨酯树脂中呋喃衍生物结构单元的含量为5％～15％，数均分子量为80000～250000。
进一步，所述呋喃衍生物改性聚氨酯树脂酯中呋喃衍生物为β-二氢呋喃二元醇、马来酸酐四氢呋喃二元醇。
进一步，所述多酚衍生物为茶多酚棕榈酸酯、没食子酸丙酯。
进一步，一种电缆线路包覆材料的制备方法，采用所述的电缆线路包覆材料为原料，还包括以下步骤：
1)将30～60质量份呋喃衍生物改性聚氨酯树脂和10～20质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线混合搅拌均匀得混合物Ⅰ；
2)在混合物Ⅰ中加入10～20质量份的氢氧化镁和1～5质量份邻苯二甲酸二酯混合搅拌均匀得混合物Ⅱ；
3)在混合物Ⅱ中加入1～5质量份的多酚衍生物，在60～80℃混合搅拌10-25分钟，造粒机180℃挤出后得到电缆包覆用材料。
本发明的有益效果为：可通过对各组分结构、种类，含量的灵活调控，达到产品不同的需求。
通过对芳纶纳米线进行氰基甲硅烷表面改性，改善芳纶纳米线难分散的问题，
通过将呋喃衍生物引入到聚氨酯链中，利用呋喃基团与氰基甲硅烷改性芳纶纳米线的氰基团之间的共轭双烯反应，使得富电子的呋喃基团和缺电子的氰基甲硅烷基团之间能够形成可逆的共价键合，在70-80℃左右可形成动态交联结构，使得芳纶纳米线和聚氨酯基体相容性显著提高，界面粘结力增大，通过交联结构放大芳纶纳米线的防切割性能，加热至180℃后，温度使呋喃基团与氰基基团之间形成的共价交联断裂，使其具备传统交联材料所没有的重复加工性能，可对材料进行回收循环再利用，
通过将多酚衍生物引入到复合材料中，使聚酯主链引入了刚性的环结构，其可以改善聚酯耐热，耐紫外性差的通病；将芳纶纤维与聚氨酯交联，提高其强度及阻燃性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
45质量份分子量为150000，10％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、15质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、3质量份茶多酚棕榈酸酯、和3质量份邻苯二甲酸二酯。
上述电缆包覆用材料的制备方法：
1)将呋喃衍生物改性聚氨酯树脂和氰基甲硅烷改性芳纶纳米线混合搅拌均匀得混合物Ⅰ；
2)在混合物Ⅰ中加邻苯二甲酸二酯混合搅拌均匀得混合物Ⅱ；
3)在混合物Ⅱ中加入多酚衍生物，在70℃混合搅拌15分钟得到电缆包覆用材料,造粒机180℃挤出后得到电缆包覆用材料。
实施例2
45质量份分子量为150000，10％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、15质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、3质量份没食子酸丙酯、和3质量份邻苯二甲酸二酯。
制备方法同实施例1
实施例3
45质量份分子量为150000，10％马来酸酐四氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、10质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、3质量份茶多酚棕榈酸酯、和3质量份邻苯二甲酸二酯。制备方法同实施例1
实施例4
45质量份分子量为150000，10％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、15质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、3质量份多酚衍生物、和3质量份邻苯二甲酸二酯。
制备方法同实施例1
实施例4
45质量份分子量为150000，15％马来酸酐四氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、20质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、1质量份茶多酚棕榈酸酯、和1质量份邻苯二甲酸二酯。
制备方法同实施例1
实施例5
30质量份分子量为80000，5％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、10质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、3质量份茶多酚棕榈酸酯、和3质量份邻苯二甲酸二酯。制备方法同实施例1
实施例6
30质量份分子量为250000，10％马来酸酐四氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、10质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、5质量份茶多酚棕榈酸酯、和3质量份邻苯二甲酸二酯。
制备方法同实施例1
实施例7
60质量份分子量为150000，5％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、20质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、5质量份茶多酚棕榈酸酯、和1质量份邻苯二甲酸二酯。
制备方法同实施例1
实施例8
45质量份分子量为150000，10％马来酸酐四氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂、15质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、3质量份没食子酸丙酯、和5质量份邻苯二甲酸二酯。
制备方法同实施例1
比较例1
与实施例1不同的是，β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂的呋喃衍生物的结构单元含量为16％，分子量为70000。
工艺条件同实施例1。
比较例2
与实施例1不同的是，β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂的呋喃衍生物的结构单元含量为4％，分子量为260000。
工艺条件同实施例1。
比较例3
与实施例1不同的是，分子量为150000，10％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂为70质量份，氰基甲硅烷改性芳纶纳米线为9质量份。
工艺条件同实施例1。
比较例4
与实施例1不同的是，分子量为150000，10％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂为20质量份，氰基甲硅烷改性芳纶纳米线为21质量份。
工艺条件同实施例1。
比较例5
与实施例1不同的是，不添加多酚衍生物、邻苯二甲酸二酯为6质量份。
工艺条件同实施例1。
比较例6
与实施例1不同的是，茶多酚棕榈酸酯为6质量份、不添加邻苯二甲酸二酯。
工艺条件同实施例1。
比较例7
与实施例1不同的是，为分子量为15000的未改性聚氨酯树脂。
工艺条件同实施例1。
1、聚合物密度按照ISO1183测定，用g/cm表示。
2、粘结强度按照AFERA4001，用5mm宽的测试条以180剥离角进行测定的,用AFERA标准钢板作为测试基材。
3、解卷力按照DINEN1944在1OOmm/分钟的条件下测定。
4、重复加工性由熔融温度表征，表征样品制备完成后，是否可以再次热加工熔融流动，基于ISO11357—3:1999的方法进行测定。
5、低温测试基于ISOlDIS6722的方法，将样品缠绕在直径为10cm的纸筒轴上，在一定温度下静置5小时，然后目视检查卷材上是否有裂纹等缺陷。
6、击穿电压按ASTMD 1000进行测定，所取值是试样在一分钟内所能够承受电压的最高值。
7、燃烧性能测试是通过将试样包覆在5号钢芯铝绞线上，在不通风的室内，垂直固定后从下方用火焰外焰点燃10秒钟，如果钢芯铝绞线在10秒钟内发生自熄，则测试被通过。
8、伸展白化是，利用拉伸试验机将5m长的样品在10cm/分钟的条件下拉伸到原有长度的150％，然后通过目视来测定。
9.力学性能是，利用拉伸试验机按照GB/T 1040.1-2018测出力学性能。
10、老化程度是，利用氙灯老化箱，按照GBT16422.2-2014，在氙灯下照射5000h,利用拉伸试验机按照GB/T 1040.1-2018测出老化后的力学性能。
11、防切割性按照EN388测定，所取值为放切割等级。
表1.实施例性能表
表2.比较例性能表
根据表1，表2的测试结果得出以下结论：
(1)实施例1-8提出的架空线路绝缘材料在达到附着力、弹性、介质损耗等性能要求的同时，有着较好的力学与阻燃性能，其耐击穿电压可达40kV/mm，防切割等级均在3级以上，经过高温，低温,UV老化后，其力学性能下降小于35％，可满足使用需求，其使用寿命均能达到10年以上。实施例1相对于其他实施例属于本发明的优选例，通过对各组分结构、种类，含量的灵活调控，达到了最佳的性能。
(2)比较例1与实施例1的对比之处在于，比较例1，β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂的呋喃衍生物的结构单元含量为16％，分子量为70000。通过对呋喃衍生物结构单元含量进行调节，改善呋喃结构单元含量过大，导致交联密度大，导致不能重复热加工，且伸长率下降严重的问题，对改性聚氨酯分子量进行调控，改善了改性聚氨酯分子量过大时，加工性差，导致内外层聚合物含量不同，导致固化速率不同，导致拉伸强度，剪切强度过小的问题。
(3)比较例2与实施例1的对比之处在于，比较例2，β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂的呋喃衍生物的结构单元含量为4％，分子量为260000。通过对呋喃衍生物结构单元含量进行调节，改善呋喃结构单元含量过小，导致交联密度小，导致防切割能力差的问题，对改性聚氨酯分子量进行调控，改善了改性聚氨酯分子量过小时，导致力学性能差的问题。
(4)对比例3与实施例1的对比之处在于，比较例3，分子量为150000，10％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂为70质量份，氰基甲硅烷改性芳纶纳米线为9质量份。通过对β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂，氰基甲硅烷改性芳纶纳米线含量进行调控，改善了β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂过多，发脆，不耐低温的问题，氰基甲硅烷改性芳纶纳米线过少时防切割差，阻燃性能差的问题。
(5)比较例4与实施例1的对比之处，比较例4，分子量为150000，10％β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂为20质量份，氰基甲硅烷改性芳纶纳米线为21质量份。实施例1，双羟基四活泼氢不饱和硅氧烷的分子量为5500，质量份数为600份。通过对β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂，氰基甲硅烷改性芳纶纳米线含量进行调控，改善了β-二氢呋喃二元醇改性聚氨酯树脂过少，交联密度小，力学性能差的问题，氰基甲硅烷改性芳纶纳米线过多时，熔融温度高的问题。
(7)比较例5与实施例1的对比之处，比较例5，不添加多酚衍生物、邻苯二甲酸二酯为6质量份。通过对多酚衍生物含量进行调控，改善了多酚衍生物过少，耐热，耐紫外性能差的问题，邻苯二甲酸二酯过多时，力学性能差的问题。
(8)比较例6与实施例1的对比之处，比较例6，茶多酚棕榈酸酯为6质量份、不添加邻苯二甲酸二酯。通过对多酚衍生物含量进行调控，改善了多酚衍生物过多，刚性大，拉伸率小的问题，邻苯二甲酸二酯过少时，剪切强度低的问题。
(9)比较例7与实施例1的对比之处，比较例7，为分子量为15000的未改性聚氨酯树脂。通过对聚氨酯结构进行呋喃改性处理，改善了常规产品与芳纶纳米线为简单物理共混，无防切割能力的缺点。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。
Claims (5)
1.一种电缆线路包覆材料，其特征在于：包括30～60份呋喃衍生物改性聚氨酯树脂、10～20份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线、15份多酚衍生物、和1-5份邻苯二甲酸二酯；所述份为质量份。
2.根据权利要求1所述的一种电缆线路包覆材料，其特征在于：所述呋喃衍生物改性聚氨酯树脂中呋喃衍生物结构单元的含量为5％～15％，数均分子量为80000～250000。
3.根据权利要求2所述的一种电缆线路包覆材料，其特征在于：所述呋喃衍生物改性聚氨酯树脂酯中呋喃衍生物为β-二氢呋喃二元醇、马来酸酐四氢呋喃二元醇。
4.根据权利要求3所述的一种电缆线路包覆材料，其特征在于：所述多酚衍生物为茶多酚棕榈酸酯、没食子酸丙酯。
5.一种电缆线路包覆材料的制备方法，其特征在于，采用如权利要求1至4中任一项所述的电缆线路包覆材料为原料，还包括以下步骤：
将30～60质量份呋喃衍生物改性聚氨酯树脂和10～20质量份氰基甲硅烷改性芳纶纳米线混合搅拌均匀得混合物Ⅰ；
2)在混合物Ⅰ中加入10～20质量份的氢氧化镁和1～5质量份邻苯二甲酸二酯混合搅拌均匀得混合物Ⅱ；
3)在混合物Ⅱ中加入1～5质量份的多酚衍生物，在60～80℃混合搅拌10-25分钟，造粒机180℃挤出后得到电缆包覆用材料。
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