CN116948299A - 光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料及其制备方法。本发明提供的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，以乙烯‑丙烯共聚物、高密度聚乙烯和茂金属催化低密度聚乙烯作为基体树脂材料，并添加低温陶瓷釉粉、金属氧化物、硼酸锌和氟改性有机硅烷共同作为护套料的耐电痕性能提升及改善的功能助剂，使制得的护套料同时具有优异的电气绝缘性能、较高的耐电痕等级和良好的疏水性，20℃的体积电阻率均在3.00×1014Ω•m以上，耐电痕等级可达1A3.5或1A4.5，憎水等级最低为HC2，拓宽了现有护套料的应用领域；本发明提供的高性价比护套料的制备方法操作简单，易实现规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料及其制备方法。
背景技术
随着电力传输和通信传输在人们日常生活中的应用愈加广泛，人们对电力传输和通信传输的安全性也愈发重视。以光电线缆为例，在光电线缆的布置和敷设区域内，由于外界环境的不断变化（比如起雾、潮湿、雨雪等），线缆表面会形成不同电压等级的空间电位差，进而在线缆表面形成漏电电流，经过不断的变化和积累过程，最终造成线缆材料表面被击穿和破坏，这不仅会影响线缆的使用寿命，而且可能引发短路、电气火灾或其他安全事故。因此，在线缆的使用过程中，线缆外护套材料的耐电痕化性能就变得尤为重要，尤其是当线缆处于空间电位差在12kV及以上的环境中时，普通的护套材料或者未经专门的耐电痕性能设计的护套材料已经无法满足安全使用的要求。
聚烯烃和其他树脂材料在经过交联、固化后，其耐电痕性能具有一定的提升，同时配合不同的改性助剂，可以得到具有不同耐电痕等级的复合材料，常见的比如硅烷交联聚乙烯、热固性环氧树脂或其他热固性材料等，但是这些均属于交联型材料，并不完全符合线缆材料的使用要求及线缆材料的加工制造要求。
在线缆的制造及应用领域内，研究人员针对依托于热塑性聚烯烃材料、聚氯乙烯树脂材料或TPEE等新型工程塑料的非交联型材料开展了相关的耐电痕性能的研究，从而获得具有不同耐电痕等级的非交联型护套材料，如1A2.5、1A3.5等护套材料。但是由于线缆实际的应用环境是复杂多变的，湿热、盐雾、浸渍等现象时有发生，仅具有良好的耐电痕性能已不能满足线缆的使用要求，复杂多变的使用环境对线缆护套材料的性能提出了更高的要求。因此，除具有优良的耐电痕性能之外，光电线缆的护套材料还应具有能够满足光电线缆在复杂多变的环境中使用时所需的其他性能。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料及其制备方法，该非交联型耐电痕聚烯烃护套料不仅具有优异的电气绝缘性能和较高的耐电痕等级，同时还具有良好的疏水性。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，以质量份数计，包括以下组成：
乙烯-丙烯共聚物30-60份；
高密度聚乙烯20-60份；
茂金属催化低密度聚乙烯10-40份；
低温陶瓷釉粉2-8份；
金属氧化物4-20份；
硼酸锌2-16份；
氟改性有机硅烷0.4-1.5份；
紫外线吸收剂0.4-1.0份。
本发明提供的非交联型耐电痕聚烯烃护套料，以乙烯-丙烯共聚物、高密度聚乙烯和茂金属催化低密度聚乙烯作为基体树脂材料，保证由其制得的线缆护套料具有优良的加工性能；低温陶瓷釉粉、金属氧化物、硼酸锌和氟改性有机硅烷共同作为护套料的耐电痕性能提升及改善的功能助剂，可以发挥主导和协效作用：低温陶瓷釉粉和金属氧化物以及硼酸锌的复合使用使护套料具有优异的耐电痕性能，耐电痕等级可达1A3.5或1A4.5，氟改性有机硅烷的添加可增强护套料表面的疏水功能，从而拓宽护套料的应用领域或应用范围，使得该护套料具有更高的性价比；紫外线吸收剂用于提高护套料的抗老化性，使所得护套料具有更长的使用寿命。
结合第一方面，光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料以质量份数计，还包括以下组成：
抗氧剂0.4-1.0份；
PE蜡0.2-0.8份；
硅酮母料0.6-1.0份。
抗氧剂的添加可以使所得护套料的抗氧化性进一步提高，PE蜡和硅酮母料的加入可以使护套料具有更好的加工制造性能。
结合第一方面，所述乙烯-丙烯共聚物中丙烯单体的含量为20%~60%，该丙烯含量范围有利于护套料的加工性能的提高。
结合第一方面，所述高密度聚乙烯的熔融指数在1.0g/10min以上，优选为1.0g/10min~2.0g/10min。
结合第一方面，所述茂金属催化低密度聚乙烯包括SP 0540、SP0510或SP 1540中的至少一种，茂金属催化低密度聚乙烯较普通低密度聚乙烯具有更好的电气绝缘性能，可以更好地满足护套料在复杂多变环境中的使用要求。
结合第一方面，所述低温陶瓷釉粉的起始熔点不高于400℃。
结合第一方面，所述低温陶瓷釉粉的中位粒径不大于2.5μm，以使与其他原料的混合更加充分。
结合第一方面，所述金属氧化物为氧化铝或氧化锌中的至少一种，氧化铝和氧化锌可以任意比例混合使用。
结合第一方面，所述金属氧化物的中位粒径小于1.2μm，以使与其他原料的混合更加充分。
结合第一方面，所述硼酸锌的中位粒径小于1.5μm，以使与其他原料的混合更加充分。
结合第一方面，所述氟改性有机硅烷包括三氟丙基甲基环三硅烷。
结合第一方面，所述抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTP复配得到，所述抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTP的质量比为1：0.2~0.5：0.2~0.4，抗氧剂的复配使用可以使护套料在不同的使用环境中均具有较好的抗氧化性能。
本发明的第二方面提供一种所述光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料的制备方法，具体包括：将设计量的原辅料于搅拌机内混合均匀，采用双螺杆挤出机进行熔融塑化，之后挤出造粒，即得护套料颗粒。
本发明提供的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料的制备方法，采用常规的双螺杆挤出造粒工艺，即可获得护套料成品颗粒，其中，挤出造粒可采用拉条后水冷切粒，也可通过水环热切的方式水下切粒。该制备方法操作简单，易实现规模化生产。
结合第二方面，所述熔融塑化的温度范围为120℃~180℃，其中，双螺杆挤出机的温度分段为：输送段120℃~135℃，压缩段140℃~180℃，均化段150℃~160℃，此温度范围的设定可以实现原料正常的加工挤出过程。
本发明提供的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，通过选用非交联型材料乙烯-丙烯共聚物、高密度聚乙烯和茂金属催化低密度聚乙烯作为主要原料，保证了所得护套料具有良好的加工性能；将多种特定功能助剂配合使用并与上述原料混合制备护套料，所得护套料同时具有优异的电气绝缘性能、较高的耐电痕等级和良好的疏水性，即使在被热水浸湿后仍具有可满足使用要求的体积电阻率；本发明提供的护套料由于同时含有多种特定功能助剂，可以有效抑制护套料在电痕化试验过程中导电通道的形成与扩大，进而减少安全隐患。
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，以下结合具体实施例，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仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面分多个实施例对本发明实施方式进行进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其各组分的质量份数如表1所示，具体制备方法如下：
将设计量的物料加入低速搅拌机内充分混合，将混合均匀的物料加入双阶双螺杆挤出机进行熔融挤出，再经挤出切粒即得护套料成品颗粒。
其中，熔融挤出时双螺杆挤出机各区段的温度设置依次为：输送段：120℃～135℃，压缩段：140℃～150℃、150℃～165℃、165℃～175℃、170℃～180℃、170℃～180℃、160℃～170℃，均化段：155℃～160℃、150℃～160℃。
实施例2~4
实施例2~4分别提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其各组分的质量份数如表1所示，即：所用助剂的种类和用量与实施例1相同，但是主要原料的用量与实施例1有所不同；具体制备方法同实施例1。
实施例5~7
实施例5~7分别提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其各组分的质量份数如表1所示，即：主要原料的用量与实施例4相同，但所用助剂的种类和用量与实施例4有所不同；具体制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其各组分的质量份数如表1所示，即：主要原料的用量与实施例2相同，但所用助剂中不含低温陶瓷釉粉和硼酸锌；具体制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其各组分的质量份数如表1所示，即：主要原料的用量与实施例2相同，但所用助剂中不含金属氧化物；具体制备方法同实施例1。
对比例3
本对比例提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其各组分的质量份数如表1所示，即：主要原料的用量与实施例2相同，但所用助剂中不含低温陶瓷釉粉；具体制备方法同实施例1。
对比例4
本对比例提供一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其各组分的质量份数如表1所示，即：主要原料的用量与实施例2相同，但所用助剂中不含氟改性有机硅烷；具体制备方法同实施例1。
表1 实施例1~7和对比例1~4的组分及其质量份数
。
检验例
对实施例1~7以及对比例1~4所得的护套料成品颗粒按照团体标准《T/CPPIA 19-2022 ADSS光缆用耐电痕聚烯烃护套料》进行制片，再根据表2所示的测试标准进行力学性能、耐电痕性能及电气性能等指标的测试，各项性能测试结果如表3所示。
表2 各项性能的测试标准
。
表3 实施例1~7及对比例1~4所得护套料的各项性能测试结果
。
通过表3的测试结果可以看出，本发明提供的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，将低温陶瓷釉粉、金属氧化物、硼酸锌和氟改性有机硅烷复配用于非交联型基体树脂材料中，制得的护套料均具有优异的耐电痕性能，耐电痕等级可达1A3.5或1A4.5，可根据实际需要选择不同耐电痕等级的护套料；且20℃时的体积电阻率均在3.00×1014（Ω•m）以上，拉伸强度均在20MPa以上，断裂伸长率均在700%以上，而且由于氟改性有机硅烷的添加，所得护套料的憎水等级为HC2或HC1，满足团体标准《T/CPPIA 19-2022 ADSS光缆用耐电痕聚烯烃护套料》中的要求。
以上所述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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其特征在于，以质量份数计，包括以下原料：
乙烯-丙烯共聚物30-60份；
高密度聚乙烯20-60份；
茂金属催化低密度聚乙烯10-40份；
低温陶瓷釉粉2-8份；
金属氧化物4-20份；
硼酸锌2-16份；
氟改性有机硅烷0.4-1.5份；
紫外线吸收剂0.4-1.0份。
2.如权利要求1所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其特征在于，以质量份数计，还包括以下原料：
抗氧剂0.4-1.0份；
PE蜡0.2-0.8份；
硅酮母料0.6-1.0份。
3.如权利要求1所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其特征在于，所述乙烯-丙烯共聚物中丙烯单体的含量为20%~60%；和/或
所述高密度聚乙烯的熔融指数在1.0g/10min以上。
4.如权利要求1所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其特征在于，所述茂金属催化低密度聚乙烯包括SP 0540、SP0510或SP 1540中的至少一种。
5.如权利要求1所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其特征在于，所述低温陶瓷釉粉的起始熔点不高于400℃；和/或
所述低温陶瓷釉粉的中位粒径不大于2.5μm。
6.如权利要求1所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其特征在于，所述金属氧化物为氧化铝或氧化锌中的至少一种；和/或
所述金属氧化物的中位粒径小于1.2μm；和/或
所述硼酸锌的中位粒径小于1.5μm。
7.如权利要求1所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其特征在于，所述氟改性有机硅烷包括三氟丙基甲基环三硅烷。
8.如权利要求2所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料，其特征在于，所述抗氧剂由抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTP复配得到，所述抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTP的质量比为1：0.2~0.5：0.2~0.4。
9.一种权利要求1~8任一项所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料的制备方法，其特征在于，具体包括：将设计量的原辅料于搅拌机内混合均匀，采用双螺杆挤出机进行熔融塑化，之后挤出造粒，即得护套料颗粒。
10.如权利要求9所述的光电线缆用非交联型耐电痕聚烯烃护套料的制备方法，其特征在于，所述熔融塑化的温度范围为120℃~180℃。
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