CN117116531A - 一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆及其制备方法 - Google Patents

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CN117116531A CN202311159043.XA CN202311159043A CN117116531A CN 117116531 A CN117116531 A CN 117116531A CN 202311159043 A CN202311159043 A CN 202311159043A CN 117116531 A CN117116531 A CN 117116531A
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曹家恒
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Abstract

本发明公开了一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套的原料均包括聚烯烃基料和辅料，所述聚烯烃基料为改性聚丙烯；所述改性聚丙烯具有优异的耐热性能、抗氧化性能和阻燃性能，经水解处理后还可赋予其优异的粘结性能和防水性能。本发明还提供了该绝缘电缆的制备方法。

Description

一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆及其制备方法。
背景技术
自1980年以来，我国就在配电网、工业装置或其它需大容量用电的相关领域广泛应用交联聚乙烯绝缘电缆，但该种电缆存在生产能耗大、加工工艺复杂、不可回收利用及过氧化物交联工艺产生杂质等问题。随着我国“双碳”目标的全面推进，节能减排势在必行，本领域技术人员通过技术改造提能增效，研发生产的环保型聚丙烯绝缘电缆具有绿色环保可回收、电气性能安全可靠、能耗低、经济性高等诸多优势，且生产过程无需交联、去气，实现了有害气体的零排放。
申请号为CN202011195881.9的专利提供了一种改性聚丙烯电缆，该电缆包括：至少一个导体以及至少一个围绕所述导体的电绝缘层；其中，所述电绝缘层的材料为至少一种接枝改性聚丙烯材料；所述接枝改性聚丙烯材料包括衍生自共聚聚丙烯的结构单元和衍生自丙烯酸酯类单体以及任选的丙烯酸类单体的结构单元，该电缆在较高的工作温度下仍能够保持较高的体积电阻率和耐击穿性能，同时其机械性能亦能满足电缆使用要求，但由于电缆安装、敷设及运行的环境恶劣等原因,易引起严重积水现象,水分在电场作用下会快速渗透到电缆细小缺陷处，产生水树老化现象，引起电缆断裂；此外，在现代的楼宇建设中电缆使用量越来越多，特别是楼层间或数据中心各设备间，当某一区域着火时，阻燃能力较差的电缆极有可能成为火焰蔓延的导火索，给楼宇火灾带来进一步的危害，直接或间接引起火灾。申请号为201810559915.的专利提供了一种抗干扰阻燃型电缆，括线芯导体和保护层，线芯导体在保护层内部，线芯导体外侧依次包覆有导体屏蔽层、绝缘层和内阻燃层；保护层由内向外依次包括屏蔽层、防水层、保护层和阻燃外皮；屏蔽层和绝缘层之间的间隙具有阻燃填充，该发明提供的电缆具有三重空间的阻燃保护，使得其电缆结构具有很强的阻燃性能，防水层的加入使得其阻水性能加强，但电缆长期在各种环境中使用，容易受到腐蚀的影响，影响其电气性能和使用寿命，且电缆原料中使用的聚丙烯在造粒加工、贮存和使用过程中，受热、氧、光的作用易老化降解，甚至失去优良的综合物理机械性能和使用价值。因此，为满足市场需求，迫切需要开发一种环保可再生，阻燃、防水、防腐蚀、耐候性能优异的绝缘电缆。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，该绝缘电缆环保可再生，具有优异的防水、阻燃、抗腐蚀和耐候性能；本发明还提供了该可再生环保类聚丙烯绝缘电缆的制备方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套的原料均包括聚烯烃基料和辅料，所述聚烯烃基料为改性聚丙烯，改性聚丙烯的制备方法为：
S1、在氮气气氛下，将聚丙烯分散于二甲苯中，搅拌升温至120-140℃，依次加入丙烯酸、过氧化二苯甲酰，继续搅拌2-4h，冷却至50-60℃，再加入丙酮，继续搅拌30-60min，冷却至室温，固液分离，取固体洗涤、干燥，得中间体1；
S2、将步骤S1所得中间体1分散于二甲苯中，搅拌升温至100-120℃，依次加入5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、乙酸铬，继续搅拌3-8h，冷却至50-60℃，再加入丙酮，继续搅拌30-60min，冷却至室温，固液分离，取固体洗涤、干燥，得中间体2；
S3、将步骤S2所得中间体2分散于二甲苯中，搅拌升温至105-115℃，依次加入3,8-二甲基喹啉-2-羧酸、对甲苯磺酸，继续搅拌2-6h，冷却至50-60℃，再加入丙酮，继续搅拌30-60min，冷却至室温，固液分离，取固体洗涤、干燥，即得改性聚丙烯；
改性聚丙烯的合成路线如下：
本发明以聚丙烯和丙烯酸为起始原料，以过氧化二苯甲酰为自由基引发剂，进行自由基接枝反应，得到中间体1；中间体1结构中含有羧基，在乙酸铬催化作用下，与5,6-环氧己基三乙氧基硅烷发生环氧化合物的开环反应，得到中间体2；在对甲苯磺酸作用下，中间体2与3,8-二甲基喹啉-2-羧酸进一步发生酯化反应，即得改性聚丙烯。
为了得到改性聚丙烯，并保证产物一致性，步骤S1中所述聚丙烯、丙烯酸、过氧化二苯甲酰的质量比为80-90:8-10:1-3，二甲苯中聚丙烯的加入量为40-50g/L；步骤S2中所述中间体1、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、乙酸铬的质量比为20-25:1-2:0.15-0.25，二甲苯中中间体1的加入量为44-52g/L；步骤S3中所述中间体2、3,8-二甲基喹啉-2-羧酸、对甲苯磺酸的质量比为20-25:1.1-1.7:0.2-0.4，二甲苯中中间体2的加入量为45-50g/L；步骤S1、S2与S3中所述二甲苯与丙酮的体积比均为1:1.2-1.8。
优选地，所述缆芯根数为2-5根，所述填充层采用填充绳，所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层，所述包带层为无纺布层，所述铠装层为不锈钢带层；所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料80-100份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物15-25份，导电炭黑20-25份，有机硅树脂7-10份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90-100份，石墨2-7份，顺丁橡胶25-35份，有机硅树脂3-8份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95-105份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物20-30份，导电炭黑15-30份，有机硅树脂5-8份；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100-120份，顺丁橡胶15-20份，导电炭黑10-15份，石墨2-5份，有机硅树脂5-15份；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料105-120份，顺丁橡胶25-30份，石墨5-10份，氢氧化镁8-12份，有机硅树脂10-20份。
本发明还提供一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别将内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套的聚烯烃基料和辅料混炼造粒；
(2)在绞合铜导体外表面依次包覆内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，得到缆芯；再在多根缆芯外表面填充形成填充层；然后在填充层外表面依次包覆包带层、内护套、铠装层、外护套，即得可再生环保类聚丙烯绝缘电缆。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明依次通过自由基接枝反应、环氧化合物开环反应和酯化反应得到改性聚丙烯，使聚丙烯在保持原有特性的同时，在其结构中引入酯基、喹啉环和硅氧烷结构，提高了聚丙烯的耐热性能、抗氧化性能和阻燃性能，经水解处理后还可赋予其优异的粘结性能和防水性能，聚丙烯的加工性能也得到了改善。
(2)有机硅树脂具有优异的热氧化稳定性、电绝缘性能、耐候性、防水、防盐雾、防霉菌、生物相容性等特性，本发明通过改性聚丙烯与弹性体材料、有机硅树脂、氢氧化镁协同作用，利用改进分子结构、提高相对分子质量、多组分共混等方式显著提高了电缆产品热稳定性、氧化稳定性、防水性、阻燃性和耐腐蚀性。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
聚丙烯，牌号K8303，燕山石化；氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，型号SEBS503T，巴陵石化；导电炭黑，品牌亿博瑞，购自天津亿博瑞化工有限公司；有机硅树脂，购自河北朵仕新材料科技有限公司；石墨，规格400目，比表面积1-20m2/g；顺丁橡胶，型号BR9000，购自广州市力本橡胶原料贸易有限公司；氢氧化镁，激光粒径D(50)/μm：0.5-1.5，购自无锡市泽镁新材料科技有限公司；苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物，型号G1701，购自武汉华翔科洁生物技术有限公司；下述实施例和对比例中所有原料均为普通市售产品。
实施例1
一种改性聚丙烯的制备方法，包括如下步骤：
S1、在氮气气氛下，将聚丙烯分散于二甲苯中，搅拌升温至125℃，依次加入丙烯酸、过氧化二苯甲酰，继续搅拌3h，冷却至55℃，再加入丙酮(丙酮与二甲苯的体积比为1:1.7)，继续搅拌40min，冷却至室温，固液分离，取固体，依次用丙酮和水洗涤，于60℃真空干燥24h，得中间体1，其中聚丙烯、丙烯酸、过氧化二苯甲酰的质量比为85:9:2，二甲苯中聚丙烯的加入量为45g/L；
S2、将步骤S1所得中间体1分散于二甲苯中，搅拌升温至110℃，依次加入5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、乙酸铬，继续搅拌6h，冷却至55℃，再加入丙酮(丙酮与二甲苯的体积比为1:1.7)，继续搅拌40min，冷却至室温，固液分离，取固体，用丙酮洗涤，于50℃真空干燥24h，得中间体2，其中中间体1、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、乙酸铬的质量比为25:1.5:0.18，二甲苯中中间体1的加入量为48g/L；
S3、将步骤S2所得中间体2分散于二甲苯中，搅拌升温至105℃，依次加入3,8-二甲基喹啉-2-羧酸、对甲苯磺酸，继续搅拌5h，冷却至55℃，再加入丙酮(丙酮与二甲苯的体积比为1:1.7)，继续搅拌40min，冷却至室温，固液分离，取固体，用丙酮洗涤，于50℃真空干燥24h，即得改性聚丙烯，其中中间体2、3,8-二甲基喹啉-2-羧酸、对甲苯磺酸的质量比为24:1.3:0.25，二甲苯中中间体2的加入量为46g/L。
实施例2
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份，导电炭黑20份，有机硅树脂8份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95份，石墨5份，顺丁橡胶30份，有机硅树脂6份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物25份，导电炭黑20份，有机硅树脂7份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述填充层采用填充绳；所述包带层为无纺布层；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶17份，导电炭黑13份，石墨3份，有机硅树脂10份；所述铠装层为不锈钢带层；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶27份，石墨8份，氢氧化镁10份，有机硅树脂15份；其中内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯。
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆的制备方法，包括以下步骤：
(1)内屏蔽层混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、导电炭黑、有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒；其中捏合机第一阶段捏合温度为95℃(捏合第一阶段加入水，水的加入量为聚烯烃基料、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、导电炭黑、有机硅树脂总质量的5％)，混炼时间为1h，第二阶段捏合温度为220℃，混炼时间为0.5h；双螺杆挤出机的双螺杆转速为150r/min，机头温度为260℃；
(2)聚烯烃绝缘层混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、石墨、顺丁橡胶、有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，其中捏合机第一阶段捏合温度为95℃(捏合第一阶段加入水，水的加入量为聚烯烃基料、石墨、顺丁橡胶、有机硅树脂总质量的5％)，混炼时间为1h，第二阶段捏合温度为220℃，混炼时间为0.5h；双螺杆挤出机的双螺杆转速为150r/min，机头温度为260℃；
(3)绝缘屏蔽层混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物、导电炭黑、有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，其中捏合机第一阶段捏合温度为95℃(捏合第一阶段加入水，水的加入量为聚烯烃基料、苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物、导电炭黑、有机硅树脂总质量的5％)，混炼时间为1h，第二阶段捏合温度为220℃，混炼时间为0.5h；双螺杆挤出机的双螺杆转速为150r/min，机头温度为260℃；
(4)内护套混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、顺丁橡胶、导电炭黑、石墨、有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，其中捏合机第一阶段捏合温度为95℃(捏合第一阶段加入水，水的加入量为聚烯烃基料、顺丁橡胶、导电炭黑、石墨、有机硅树脂总质量的5％)，混炼时间为1h，第二阶段捏合温度为220℃，混炼时间为0.5h；双螺杆挤出机的双螺杆转速为150r/min，机头温度为260℃；
(5)外护套混炼造粒：按重量配比称取聚烯烃基料、顺丁橡胶、石墨、氢氧化镁、有机硅树脂，加入捏合机中混炼，再投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，其中捏合机第一阶段捏合温度为95℃(捏合第一阶段加入水，水的加入量为聚烯烃基料、顺丁橡胶、石墨、氢氧化镁、有机硅树脂总质量的5％)，混炼时间为1h，第二阶段捏合温度为220℃，混炼时间为0.5h；双螺杆挤出机的双螺杆转速为150r/min，机头温度为260℃；
(6)在绞合铜导体外表面依次包覆内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，得到缆芯；再在多根缆芯外表面填充形成填充层；然后在填充层外表面依次包覆包带层、内护套、铠装层、外护套，即得可再生环保类聚丙烯绝缘电缆。
本实施例内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套混炼造粒过程中，捏合机捏合的第一阶段为水解缩合处理阶段，使各层原料混合均匀，并利用分子间脱水缩合、分子间氢键等作用力提高各层原料组分间的结合力，使其结合更加紧密，达到有效保护电缆内部结构的目的。
实施例3
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份，导电炭黑20份，有机硅树脂8份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，石墨5份，顺丁橡胶30份，有机硅树脂6份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物25份，导电炭黑20份，有机硅树脂7份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述填充层采用填充绳；所述包带层为无纺布层；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶17份，导电炭黑13份，石墨3份，有机硅树脂10份；所述铠装层为不锈钢带层；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料105份，顺丁橡胶27份，石墨8份，氢氧化镁10份，有机硅树脂15份；其中内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯。
与实施例2相比，实施例3的区别在于改变了聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、外护套中聚烯烃基料的重量份数，其他原料的重量份数保持不变。
实施例4
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份，导电炭黑20份，有机硅树脂8份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，石墨5份，顺丁橡胶30份，有机硅树脂6份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料105份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物25份，导电炭黑20份，有机硅树脂7份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述填充层采用填充绳；所述包带层为无纺布层；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶17份，导电炭黑13份，石墨3份，有机硅树脂10份；所述铠装层为不锈钢带层；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料120份，顺丁橡胶27份，石墨8份，氢氧化镁10份，有机硅树脂15份；其中内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯。
与实施例2相比，实施例4的区别在于改变了聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、外护套中聚烯烃基料的重量份数，其他原料的重量份数保持不变。
实施例5
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份，导电炭黑20份，有机硅树脂8份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95份，石墨5份，顺丁橡胶30份，有机硅树脂3份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物25份，导电炭黑20份，有机硅树脂5份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述填充层采用填充绳；所述包带层为无纺布层；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶17份，导电炭黑13份，石墨3份，有机硅树脂10份；所述铠装层为不锈钢带层；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶27份，石墨8份，氢氧化镁10份，有机硅树脂10份；其中内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯。
与实施例2相比，实施例5的区别在于改变了聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、外护套中有机硅树脂的重量份数，其他原料的重量份数保持不变。
实施例6
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份，导电炭黑20份，有机硅树脂8份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95份，石墨5份，顺丁橡胶25份，有机硅树脂6份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物20份，导电炭黑20份，有机硅树脂7份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述填充层采用填充绳；所述包带层为无纺布层；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶17份，导电炭黑13份，石墨3份，有机硅树脂10份；所述铠装层为不锈钢带层；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶25份，石墨8份，氢氧化镁10份，有机硅树脂15份；其中内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯。
与实施例2相比，实施例6的区别在于改变了聚烯烃绝缘层中顺丁橡胶、绝缘屏蔽层中苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物、外护套中顺丁橡胶的重量份数，其他原料的重量份数保持不变。
对比例1
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份，导电炭黑20份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95份，石墨5份，顺丁橡胶30份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物25份，导电炭黑20份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述填充层采用填充绳；所述包带层为无纺布层；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶17份，导电炭黑13份，石墨3份；所述铠装层为不锈钢带层；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶27份，石墨8份，氢氧化镁10份；其中内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中的聚烯烃基料均为实施例1所制备的改性聚丙烯。
与实施例2相比，对比例1的区别在于内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中均未添加有机硅树脂。
对比例2
一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯根数为3根，每根缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份，导电炭黑20份，有机硅树脂8份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95份，石墨5份，顺丁橡胶30份，有机硅树脂6份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物25份，导电炭黑20份，有机硅树脂7份；所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层；所述填充层采用填充绳；所述包带层为无纺布层；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶17份，导电炭黑13份，石墨3份，有机硅树脂10份；所述铠装层为不锈钢带层；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料110份，顺丁橡胶27份，石墨8份，氢氧化镁10份，有机硅树脂15份；其中内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中的聚烯烃基料均为聚丙烯。
与实施例2相比，对比例2的区别在于内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套原料中的聚烯烃基料均为聚丙烯。
实施例3-6及对比例1-2所述可再生环保类聚丙烯绝缘电缆均按照实施例2所述工艺制备而成。
对实施例2-6及对比例1-2所制得的可再生环保类聚丙烯绝缘电缆进行相关性能测试，其中耐腐蚀测试将电缆样品按照GB/T17650.2-2021《取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法》进行测试；浸水电压测试，电缆样品长20m，在(20±5)℃水中浸入时间3h后经7min电压测试(直流140kV)不击穿；耐臭氧测试试验箱温度为(45±2)℃，相对湿度(50±5)％，臭氧浓度(体积分数)(300±50)×10-6％，空气流量为0.2倍测试箱容积/min，电缆样品放置测试箱72h，进行弯曲测试后电缆护套表面不应有目力可见裂纹；垂直燃烧测试将电缆样品于(60±2)℃放置4h后，按照GB/T18380.12-2008《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验》的规定进行垂直燃烧测试；耐热性测试试验箱温度为(240±2)℃，将电缆样品放置测试箱96h，电缆护套表面不应收缩变形；测试结果如表1所示。从表中可以看出，实施例2-6所制备的可再生环保类聚丙烯绝缘电缆的耐腐蚀性、防水性、耐臭氧、耐热性和阻燃性能显著优于对比例1-2，聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、外护套原料中的聚烯烃基料、有机硅树脂、弹性体材料的质量百分数均会影响电缆的综合性能；与对比例1-2相比，在电缆原料中添加改性聚丙烯和有机硅树脂均会影响电缆的综合性能，改性聚丙烯与有机硅树脂协同作用对电缆性能的提升效果最为显著。
表1可再生环保类聚丙烯绝缘电缆性能测试结果
本发明以聚丙烯和丙烯酸为起始原料，以过氧化二苯甲酰为自由基引发剂，进行自由基接枝反应，得到中间体1；中间体1结构中含有羧基，在乙酸铬催化作用下，与5,6-环氧己基三乙氧基硅烷发生环氧化合物的开环反应，得到中间体2；在对甲苯磺酸作用下，中间体2与3,8-二甲基喹啉-2-羧酸进一步发生酯化反应，即得改性聚丙烯。有机硅树脂具有优异的热氧化稳定性、电绝缘性能、耐候性、防水、防盐雾、防霉菌、生物相容性等特性，本发明通过改性聚丙烯与弹性体材料、有机硅树脂、氢氧化镁协同作用，利用改进分子结构、提高相对分子质量、多组分共混等方式显著提高了电缆产品热稳定性、氧化稳定性、防水性、阻燃性和耐腐蚀性。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，其特征在于，包括由内至外的多根缆芯、包带层、内护套、铠装层、外护套，位于包带层内的多根缆芯之间设置有填充层；所述缆芯包括由内至外的绞合铜导体、内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；所述内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套的原料均包括聚烯烃基料和辅料，所述聚烯烃基料为改性聚丙烯，改性聚丙烯的制备方法为：
S1、在氮气气氛下，将聚丙烯分散于二甲苯中，搅拌升温至120-140℃，依次加入丙烯酸、过氧化二苯甲酰，继续搅拌2-4h，冷却至50-60℃，再加入丙酮，继续搅拌30-60min，冷却至室温，固液分离，取固体洗涤、干燥，得中间体1，中间体1的结构式为：
S2、将步骤S1所得中间体1分散于二甲苯中，搅拌升温至100-120℃，依次加入5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、乙酸铬，继续搅拌3-8h，冷却至50-60℃，再加入丙酮，继续搅拌30-60min，冷却至室温，固液分离，取固体洗涤、干燥，得中间体2，中间体2的结构式为：
S3、将步骤S2所得中间体2分散于二甲苯中，搅拌升温至105-115℃，依次加入3,8-二甲基喹啉-2-羧酸、对甲苯磺酸，继续搅拌2-6h，冷却至50-60℃，再加入丙酮，继续搅拌30-60min，冷却至室温，固液分离，取固体洗涤、干燥，即得改性聚丙烯，改性聚丙烯的结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，其特征在于，步骤S1中所述聚丙烯、丙烯酸、过氧化二苯甲酰的质量比为80-90:8-10:1-3，二甲苯中聚丙烯的加入量为40-50g/L。
3.根据权利要求1所述的一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，其特征在于，步骤S2中所述中间体1、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、乙酸铬的质量比为20-25:1-2:0.15-0.25，二甲苯中中间体1的加入量为44-52g/L。
4.根据权利要求1所述的一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，其特征在于，步骤S3中所述中间体2、3,8-二甲基喹啉-2-羧酸、对甲苯磺酸的质量比为20-25:1.1-1.7:0.2-0.4，二甲苯中中间体2的加入量为45-50g/L。
5.根据权利要求1所述的一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，其特征在于，步骤S1、S2与S3中所述二甲苯与丙酮的体积比均为1:1.2-1.8。
6.根据权利要求1所述的一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，其特征在于，所述缆芯根数为2-5根，所述填充层采用填充绳，所述金属屏蔽层为铜带屏蔽层，所述包带层为无纺布层，所述铠装层为不锈钢带层。
7.根据权利要求1所述的一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆，其特征在于，所述内屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料80-100份，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物15-25份，导电炭黑20-25份，有机硅树脂7-10份；所述聚烯烃绝缘层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料90-100份，石墨2-7份，顺丁橡胶25-35份，有机硅树脂3-8份；所述绝缘屏蔽层由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料95-105份，苯乙烯-乙烯-丙烯嵌段共聚物20-30份，导电炭黑15-30份，有机硅树脂5-8份；所述内护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料100-120份，顺丁橡胶15-20份，导电炭黑10-15份，石墨2-5份，有机硅树脂5-15份；所述外护套由以下重量份数的原料制成：聚烯烃基料105-120份，顺丁橡胶25-30份，石墨5-10份，氢氧化镁8-12份，有机硅树脂10-20份。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种可再生环保类聚丙烯绝缘电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别将内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层、内护套、外护套的聚烯烃基料和辅料混炼造粒；
(2)在绞合铜导体外表面依次包覆内屏蔽层、聚烯烃绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层，得到缆芯；再在多根缆芯外表面填充形成填充层；然后在填充层外表面依次包覆包带层、内护套、铠装层、外护套，即得可再生环保类聚丙烯绝缘电缆。
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