CN117690648A - 一种充电桩电缆用pp填充绳及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种充电桩电缆用PP填充绳及其生产工艺，属于电力电缆技术领域，其按照重量份计包括：聚丙烯母粒100份、耐压阻燃强化剂16‑22份、抗氧剂0.15‑0.2份和加工助剂0.4‑0.5份；耐压阻燃强化剂以低熔点玻璃微粉为核心，表面通过化学接枝具有酰胺结构的有机基团，对电子具有良好捕捉能力，在高温烧蚀下，其结构中的硫碳键断裂，形成的硫自由基促进低熔点玻璃微粉表面的有机硅结构分解，加之低熔点玻璃微粉自身软化，可在聚丙烯基体中快速形成硅氧化物层，阻碍燃烧的深入，表现出优异的阻燃性能，同时将酰胺结构脱落物锁定在硅氧化物层之间，充分发挥其耐压作用。
Description
技术领域
本发明属于电力电缆技术领域，具体地，涉及一种充电桩电缆用PP填充绳及其生产工艺。
背景技术
电缆一般由三相线以上组成，相与相之间有绝缘层，外层再包覆保护层和绝缘层，填充绳是用于填充各相线之间以及与防护层的间隙，使电缆保持圆整，提升电缆的整体结构稳定性，同时，填充绳也能辅助起到提高电缆抗拉伸、抗摇摆的作用。
聚丙烯(PP)具有较低的密度，良好的耐热性能，优良的抗弯曲疲劳性，优异的化学稳定性和电性能等优点，是制作电缆填充绳的优良材料；但是，传统的聚丙烯材料耐击穿性能一般，众所周知，在相同输电功率的情况下，电压越高电流就越小，电能传输损耗越小，在相同电流的情况下，电压越高输电的功率越高，随着电能交通工具的发展，快充及超快充设备不断研发，输电电压不断升高，目前，已经实现的特高压充电已然达到800V，传统的聚丙烯无法满足对特高压充电的绝缘防护需求，现有的技术手段是向聚丙烯中掺杂一定量的电压稳定助剂，在一定程度上可以提升聚丙烯填充材料的耐压性能，但是，该类电压稳定助剂在高温环境下易迁移偏析，导致耐击穿性能严重下降，作为电缆填充绳，最可能出现的灾害便是火灾，填充绳绝缘失效，给火灾的扑灭工作带来巨大安全隐患，因此，本申请基于聚丙烯材料，公开一种具有阻燃和耐高温击穿的聚丙烯填充绳。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种充电桩电缆用PP填充绳及其生产工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种充电桩电缆用PP填充绳，按照重量份计，包括如下原料：
聚丙烯母粒100份、耐压阻燃强化剂16-22份、抗氧剂0.15-0.2份和加工助剂0.4-0.5份；
其中，耐压阻燃强化剂由以下方法制备：
步骤A1：将对乙烯基苯甲酸和二氯甲烷混匀，升温至40±2℃回流，搅拌并加入氯化亚砜反应30-40min，之后减压蒸干并加入无水丙酮重溶，通入氮气保护，水浴控制温度为10-20℃，搅拌并间断加入间苯二胺，控制加入反应时间为6-8h，反应结束旋蒸脱除丙酮，得到耐压中间体；
进一步地，对乙烯基苯甲酸和间苯二胺的用量摩尔比为2：1，对乙烯基苯甲酸经氯化亚砜处理后形成酰氯化合物，之后与间苯二胺反应形成端部具有双键的酰胺化合物。
步骤A2：将硅烷偶联剂KH-580和乙醇-无氧水溶液在氮气保护下混匀，加入甲酸调节混合液的pH值为3.5-4.5，室温下搅拌水解1-1.5h，之后加入低熔点玻璃微粉，超声分散并加入氨水调节混合液至中性，静置12h，取底层沉淀真空干燥，得到偶联玻璃粉；
进一步地，低熔点玻璃微粉和硅烷偶联剂KH-580的用量比为50g：6-8mL，硅烷偶联剂KH-580在酸性条件下充分水解，之后与低熔点玻璃微粉缩合负载在其表面，对低熔点玻璃微粉表面改性，引入表面含巯基的有机基团；
进一步地，低熔点玻璃微粉的熔点为300-400℃，细度不低于2000目。
步骤A3：将耐压中间体、氯代癸烷和二甲基乙酰胺混匀，再加入偶联玻璃粉混合，升温至80-90℃，辅以300-400W/m2紫外辐照，搅拌辐照反应2-3h，离心取底层沉淀，水洗后干燥，得到耐压阻燃强化剂；
进一步地，偶联玻璃粉、耐压中间体和氯代癸烷的用量比为50g：15-20mmol：30-40mmol，在外辐照下，偶联玻璃粉表面接枝的巯基结构与耐压中间体的双键点击加成，将耐压中间体接枝负载到偶联玻璃粉表面，同时，氯代癸烷与耐压中间体中的仲胺结构反应，引入长链烷基，降低玻璃粉表面接枝有机基团的极性，提高与PP基体的相容性。
一种充电桩电缆用PP填充绳的生产工艺，具体包括如下工序：
工序S1：将各原料通过高混机充分混匀，转入转矩流变仪中，氮气保护下，在180±5℃下密炼至转矩稳定，挤出冷却、切粒，制成复合母粒；
工序S2：将复合母粒转入双螺杆挤出机，控制料筒温度为：一区温度180-190℃，二区温度为190-210℃，三区温度为210-230℃，四区温度为220-230℃，五区温度为210-220℃，模头温度为200-210℃，挤出后冷却定径，之后依次热拉伸定型、合股加捻，得到PP填充绳。
进一步地，抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168混合而成。
进一步地，加工助剂为微晶石蜡。
本发明的有益效果：
本发明以聚丙烯为基体，复配耐压阻燃强化剂和其他助剂制成填充绳，经测试，其具有优异的阻燃和高温耐电压特性，适用于对充电桩电缆防护；其中，耐压阻燃强化剂由对乙烯基苯甲酸经氯化亚砜处理后形成酰氯化合物，之后与间苯二胺反应形成端部具有双键的耐压中间体，再由硅烷偶联剂KH-580对低熔点玻璃微粉接枝改性，在表面引入含巯基的有机基团，制成偶联玻璃粉，之后在外辐照下，偶联玻璃粉表面接枝的巯基结构与耐压中间体的双键点击加成，将耐压中间体接枝负载到偶联玻璃粉表面，同时，氯代癸烷与耐压中间体中的仲胺结构反应，引入长链烷基，降低玻璃粉表面接枝有机基团的极性，提高与PP基体的相容性；耐压阻燃强化剂分散在聚丙烯基体中，未发生烧蚀时，低熔点玻璃微粉间形成曲折的电子通道，延长电子迁移击穿的路径，同时表面接枝的酰胺结构对电子具有捕捉能力，使得填充绳具有优异的初始绝缘性能；在发生烧蚀时，偶联玻璃粉和耐压中间体连接的低键能硫碳键断裂，形成的硫自由基促进低熔点玻璃微粉表面的有机硅结构分解，加之低熔点玻璃微粉自身软化，可在聚丙烯基体中快速形成硅氧化物层，阻碍燃烧的深入，表现出优异的阻燃性能；得益于快速响应形成的硅氧化物层，可将脱除的耐压中间体分子可被锁定在硅氧化物层之间，充分发挥其耐压作用，在测试中表现出优异的耐高温耐电压性能，在实际火灾发生中，该填充绳可发挥稳定的防护作用。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，制备充电桩电缆用PP填充绳，具体如下：
一、制备耐压阻燃强化剂
步骤A1：取对乙烯基苯甲酸投料并加入二氯甲烷搅拌混匀，升温至40±2℃回流，以120rpm搅拌，加入对乙烯基苯甲酸1.2倍摩尔量的氯化亚砜反应30min，一次反应结束后减压蒸干去除溶剂二氯甲烷和过量的氯化亚砜，向旋蒸底物中加入无水丙酮至完全重溶，通入氮气保护，水浴控制温度为20℃，以360rpm搅拌，取间苯二胺的等量分为三份，间断1h加入，完全加入后继续恒温搅拌反应，控制总加入反应时间为6h，反应中，对乙烯基苯甲酸和间苯二胺的用量摩尔比为2：1，反应结束旋蒸脱除丙酮，制得耐压中间体。
Claims (8)
1.一种充电桩电缆用PP填充绳，其特征在于，按照重量份计包括：
聚丙烯母粒100份、耐压阻燃强化剂16-22份、抗氧剂0.15-0.2份和加工助剂0.4-0.5份；
所述耐压阻燃强化剂由以下方法制备：
步骤A1：将对乙烯基苯甲酸和二氯甲烷混匀，升温至40±2℃回流，搅拌并加入氯化亚砜反应30-40min，之后减压蒸干并加入无水丙酮重溶，通入氮气保护，水浴控制温度为10-20℃，搅拌并间断加入间苯二胺，控制加入反应时间为6-8h，反应结束旋蒸脱除丙酮，得到耐压中间体；
步骤A2：将硅烷偶联剂KH-580和乙醇-无氧水溶液在氮气保护下混匀，加入甲酸调节混合液的pH值为3.5-4.5，室温下搅拌水解1-1.5h，之后加入低熔点玻璃微粉，超声分散并加入氨水调节混合液至中性，静置12h，取底层沉淀真空干燥，得到偶联玻璃粉；
步骤A3：将耐压中间体、氯代癸烷和二甲基乙酰胺混匀，再加入偶联玻璃粉混合，升温至80-90℃，辅以300-400W/m2紫外辐照，搅拌辐照反应2-3h，离心取底层沉淀，水洗后干燥，得到耐压阻燃强化剂。
2.根据权利要求1所述的一种充电桩电缆用PP填充绳，其特征在于，对乙烯基苯甲酸和间苯二胺的用量摩尔比为2：1。
3.根据权利要求2所述的一种充电桩电缆用PP填充绳，其特征在于，低熔点玻璃微粉和硅烷偶联剂KH-580的用量比为50g：6-8mL。
4.根据权利要求3所述的一种充电桩电缆用PP填充绳，其特征在于，低熔点玻璃微粉的熔点为300-400℃，细度不低于2000目。
5.根据权利要求4所述的一种充电桩电缆用PP填充绳，其特征在于，偶联玻璃粉、耐压中间体和氯代癸烷的用量比为50g：15-20mmol：30-40mmol。
6.根据权利要求1所述的一种充电桩电缆用PP填充绳的生产工艺，其特征在于，包括如下工序：
工序S1：将各原料通过高混机混匀，氮气保护下，在180±5℃下密炼至转矩稳定，挤出冷却、切粒，制成复合母粒；
工序S2：将复合母粒转入双螺杆挤出机，控制料筒温度为：一区温度180-190℃，二区温度为190-210℃，三区温度为210-230℃，四区温度为220-230℃，五区温度为210-220℃，模头温度为200-210℃，挤出后冷却定径，之后依次热拉伸定型、合股加捻，得到PP填充绳。
7.根据权利要求6所述的一种充电桩电缆用PP填充绳的生产工艺，其特征在于，抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168混合而成。
8.根据权利要求6所述的一种充电桩电缆用PP填充绳的生产工艺，其特征在于，加工助剂为微晶石蜡。
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