CN117895413A - 一种聚乙烯电缆导管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乙烯电缆导管及其制备方法，涉及到电力电缆附件制备的技术领域。一种聚乙烯电缆导管，包括导管内管以及设置在导管内管外表面的保护层，其中导管内管包括由高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯相互交联挤出制成，而保护层包括由外层保护液等涂覆在导管内管的表面并交联固化形成，具体的，外层保护液包括以下重量份原料：8‑12份乙烯基端封甲基苯基硅油、0.24‑0.48份甲基含氢硅油、0.06‑0.1份铂催化剂、50‑55份外层填料，通过利用乙烯基端封甲基苯基硅油在导管内管的表面形成具有高强度的有机硅橡胶保护层，有利于提高电缆导管的抗冲击性、表面耐磨性以及耐热老化性。
Description
技术领域
本发明涉及电力电缆附件制备的技术领域，尤其是涉及一种聚乙烯电缆导管及其制备方法。
背景技术
随着电力事业的发展，与之配套的电缆导管的使用也逐渐增加。电缆导管在使用过程中，通常是将电线电缆穿设在电缆导管的内部，然后工作人员会将电缆导管埋入地下或者砌入墙体中，因此对电缆导管的耐磨、抗冲击、耐腐蚀等性能要求较高。
目前，市面上常见的电缆导管多数以聚乙烯作为基体材料，并通过一体挤出成型制备，结构单一。虽然聚乙烯为无惰性材料，能耐各种酸碱腐蚀，重量轻造价低，但是由于聚乙烯自身的特性，导致成型后的聚乙烯管材的力学强度较差，在受到外界冲击、高压力的情况下，聚乙烯管材容易出现磨损、形变甚至破裂，这不仅会影响电缆导管的使用，而且在严重情况下还会影响内部的电线电缆等的正常输电，造成击穿或漏电。因此，提高电缆导管的力学强度，改善电缆导管的综合性能具有重大意义。
发明内容
为了提高聚乙烯电缆导管的力学强度，预防聚乙烯电缆导管容易出现磨损形变或者破裂，并改善聚乙烯电缆导管的综合性能，本申请提供一种聚乙烯电缆导管及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种聚乙烯电缆导管采用如下的技术方案：
一种聚乙烯电缆导管，包括导管内管以及设置在所述导管内管外表面的保护层，所述导管内管包括高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯相互交联挤出制成，所述保护层包括由外层保护液等涂覆在所述导管内管的表面并交联固化形成，所述外层保护液包括以下重量份原料：
乙烯基端封甲基苯基硅油：8-12份；
甲基含氢硅油：0.24-0.48份；
铂催化剂：0.06-0.1份；
外层填料：50-55份；
其中，所述乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为1％-5％；
其中，所述甲基含氢硅油的氢质量分数为1％-1.5％；
其中，所述外层填料包括气相二氧化硅、或氧化铝和石墨粉中的任意一种或多种与气相二氧化硅混合，并经过硅烷偶联处理制得。
通过采用上述技术方案，乙烯基端封甲基苯基硅油在甲基含氢硅油和铂催化剂的引发和催化作用下，能在导管内管的表面形成具有高强度的有机硅橡胶保护层，再配合外层填料的补强作用，使保护层能具有优异的韧性、耐磨性和耐热老化性，有利于提高电缆导管的抗冲击性和表面耐磨性，而且保护层能有效为导管内管隔绝外界氧气和紫外光，延长导管内管的老化时间，从而有利于进一步提高电缆导管的整体耐热老化性。
可选的，所述乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为2％-3％。
通过采用上述技术方案，当乙烯基端封甲基苯基硅油中的乙烯基质量分数在2％-3％的范围内时，有利于使保护层具有优良的硬度、表面耐磨性和拉伸强度，从而有利于改善电缆导管的环刚度、表面耐磨性以及拉伸强度。而且还能预防因保护层的交联度过高而导致保护层的韧性和粘结力下降，有利于使保护层不易发生开裂，且不易从导管内管上脱离。
可选的，所述外层填料选用所述气相二氧化硅、所述氧化铝以及石墨粉的三种混合，所述气相二氧化硅、所述氧化铝以及所述石墨粉的混合重量比为1:(0.25-0.3)：(0.005-0.008)。
通过采用上述技术方案，氧化铝和石墨粉相互配合，能进一步提高保护层的耐磨性以及力学强度，配合气相二氧化硅的补强作用，能有效提高保护层的表面耐磨性以及力学强度，从而有利于提高电缆导管的表面耐磨性以及环刚度。
可选的，所述外层填料的硅烷偶联处理包括以下步骤：
C1、将KH560型硅烷偶联剂加入一定浓度的乙醇溶液，然后加热至40-50℃持续反应60-90min，最后缓慢加入外层填料，保持温度并持续搅拌反应30-60min，过滤，得到硅烷偶联处理的外层填料。
通过采用上述技术方案，利用一定浓度的乙醇溶液对KH560硅烷偶联剂进行先加热处理，能使KH560硅烷偶联剂发生充分水解，并充分产生硅羟基，从而使外层填料能与KH560硅烷偶联剂充分结合，有利于进一步提高外层填料的界面相容性，使外层填料能在外层保护液中充分分散，从而有利于充分提高保护层的强度。
可选的，所述导管内管包括以下重量份原料：
混合母料：100-120份；
硅烷交联剂：1.2-1.8份；
过氧化物引发剂：0.08-0.14份；
催化剂：0.15-0.25份；
抗氧化剂：0.25-0.5份；
氮化硼：16-25份；
硅烷偶联剂：6-12份；
其中，所述混合母料包括高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的两种混合，所述高密度聚乙烯与所述低密度聚乙烯的重量比为1:(0.15-0.25)。
通过采用上述技术方案，利用高密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯混合交联，能提高的导管内管的韧性和抗冲击性。其次加入氮化硼能弥补加入线性低密度聚乙烯后导管内管所降低的力学强度，对导管内管起到一定的补强作用，有利于提高导管内管的力学强度。而且当高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的混合重量比在1:(0.15-0.25)的范围内时，有利于预防因线性低密度聚乙烯添加量过多导致导管内管的力学强度下降，有利于使制得的电缆导管既能具有更良好的抗冲击性能和韧性，也具有良好的拉伸强度，综合性能更好。
可选的，所述硅烷交联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷以及乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的任意一种；所述过氧化物引发剂包括过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯中的任意一种。
通过采用上述技术方案，乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的三种硅烷交联剂均具有较高的反应活性，有利于与聚乙烯链段充分交联连接，形成三维网状结构，从而提高管材的力学强度以及改善其综合性能；而过氧化二苯甲酰和过氧化二异丙苯均能引发高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯发生交联反应，而且能少量提高混合后聚乙烯的绝缘性和加工性能，使制得的导管内管更适用于电缆导管。
可选的，所述氮化硼在添加混合前经过羟基化处理，所述羟基化处理包括以下步骤：B1、先将氮化硼浸泡在酸性溶液中，加热至70-85℃，充分搅拌反应5-8h，过滤得到滤渣，再利用水将滤渣重复浸泡和过滤，直至滤液呈中性，得到最后过滤的滤渣为酸处理氮化硼；B2、将步骤B1中得到的酸处理氮化硼在浸泡在3-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷溶液中，加热至80-110℃，充分搅拌并持续浸泡4-6h，取出后烘干，得到羟基化改性氮化硼。
通过采用上述技术方案，利用酸性溶液对氮化硼进行酸化预处理，能使氮化硼表面产生酸蚀的凹坑，从而增加了氮化硼的比表面积，然后再将氮化硼浸泡在3-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷溶液中，在氮化硼表面充分形成羟基位点，不仅能有效改善氮化硼的界面相容性，而且使氮化硼能与硅烷偶联剂充分结合，进而使氮化硼能在体系中充分分散，并提高氮化硼与混合母料混合时的结合强度，有利于进一步提高导管内管的力学强度，从而提高电缆导管的抗冲击性和拉伸强度。
可选的，所述抗氧化剂包括由抗氧化剂1010和抗氧化剂168按比例混合；所述抗氧化剂1010与所述抗氧化剂168的混合重量比为1：(1.5-2.5)。
通过采用上述技术方案，当导管内管中的抗氧化剂选用抗氧化剂1010与抗氧化剂168相互配合混合，且混合重量比在1：(1.5-2.5)范围内时，抗氧化剂1010与抗氧化剂168之间能产生一定的协同作用，使导管内管具有更好的耐热老化性，有利于进一步提高电缆导管的耐热老化性。
可选的，所述导管内管的表面设置有若干条凸条，若干条所述凸条沿所述导管内管的圆周均匀分布，且沿所述导管内管的长度方向延伸，相邻的所述凸条之间形成凹槽。
通过采用上述技术方案，在涂覆外层保护液时，外层保护液渗入凹槽中并固化，使保护层与导管内管的表面相互卡接，增大保护层与导管内管的接触面积，有利于提高保护层与导管内管之间的连接强度。其次，导管内管外表面的凸条能作为加强筋，能进一步加强导管内管的横向承载力，有利于使导管内管不易发生弯曲，从而有利于提高电缆导管的环刚度。
第二方面，本申请提供的一种聚乙烯电缆导管的制备方法采用如下的技术方案：
一种聚乙烯电缆导管的制备方法，包括以下步骤：
S1、将高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯按比例充分混合，得到混合母料，然后按照(9-9.5):(0.5-1)的比例将混合母料分成A1料和B1料，往A初料中加入硅烷交联剂和过氧化物引发剂，充分混合得到A2料，往B1料中加入催化剂和抗氧化剂，充分混合得到B2料，分别将A2料和B2料通过熔融挤出造粒，得到的A母料和B母料；
S2、将A母料、B母料、硅烷偶联剂以及氮化硼充分混合，然后通过挤出成型出内管半成品；
S3、将步骤S2中得到的内管半成品利用水蒸气进行熏蒸12-24h后取出，然后烘干，得到导管内管；
S4、将乙烯基端封甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、铂催化剂以及外层填料充分混合，得到外层保护液，将外层保护液充分涂覆在步骤S3中得到的导管内管外表面，涂覆时导管内管不断绕中心轴进行转动，然后保持转动在55-65℃下固化2-4h，最后在导管内管的外表面形成光滑的保护层，则得到电缆导管。
通过采用上述技术方案，先制得导管内管，然后再在导管内管的表面涂覆外层保护液，最后经过加热固化便得到电缆导管，生产工艺简单，而且导管内管以及保护层均是通过化学交联固化，所需的设备投资较少、成本低，有利于后续大批量生产。
综上所述，本申请技术方案至少具备以下任意一项有益效果：
1、通过在导管内管的外表面设置有机硅橡胶形成的保护层，有利于提高电缆导管的抗冲击性和表面耐磨性，而且保护层能有效为导管内管隔绝外界氧气和紫外光，延长导管内管的老化时间，从而有利于进一步提高电缆导管的整体耐热老化性。
2、通过利用高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯相互混合交联制备导管内管，能提高的导管内管的韧性和抗冲击性，从而有利于提高电缆导管的抗冲击性能。
3、通过在导管内管的表面设置若干条凸条，凸条能作为加强筋，有利于提高导管内管的横向承载力，从而使导管内管不易发生弯曲，有利于提高电缆导管的环刚度。
附图说明
图1是本申请实施例1中的电缆导管的截面结构示意图。
图2是本申请实施例6中的电缆导管的截面结构示意图。
图3是图2中a的局部放大图。
附图标记说明：
1、导管内管；11、凸条；12、凹槽；2、保护层。
具体实施方式
以下结合附图、制备例、实施例以及对比例对本申请作进一步详细说明。
高密度聚乙烯选购自燕山石化，牌号为6380M，其中该牌号的高密度聚乙烯的熔融流动速率为0.5g/10min，密度为0.949g/cm3，屈服拉伸强度≥22MPa，断裂拉伸强度≥33MPa，拉伸模量为800MPa。
线性低密度聚乙烯选购自埃克森美孚，牌号为LL 1002YB，其中该牌号的线性低密度聚乙烯的熔融流动速率为2.0g/10min，密度为0.918g/cm3，屈服拉伸强度为12MPa，断裂拉伸强度为17MPa，拉伸模量为300MPa。
制备例
【制备例1-1】
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1，包括以下原料：
混合母料120kg、硅烷交联剂1.8kg、过氧化物引发剂0.14kg、催化剂0.2kg、抗氧化剂0.45kg、氮化硼20kg、硅烷偶联剂10kg。
其中，混合母料中包括高密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯混合而成，高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的重量比为1:0.2，即在本实施例中，高密度聚乙烯的添加量为100kg，线性低密度聚乙烯的添加量为20kg。
其中，硅烷交联剂为乙烯基三甲氧基硅烷，引发剂为过氧化二苯甲酰，催化剂为二月桂酸二丁锡，抗氧化剂为抗氧化剂1010，氮化硼为直径在10-15μm范围内的片状微米六方氮化硼，偶联剂为KH570型硅烷偶联剂。
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1的制备方法，包括以下步骤：
A1、将高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯按比例充分混合，得到混合母料，然后按照9.5:0.5的比例将混合母料分成A1料和B1料，往A1料中加入硅烷交联剂和过氧化物引发剂，充分混合得到A2料，往B1料中加入催化剂和抗氧化剂，充分混合得到B2料，分别将A2料和B2料通过熔融挤出造粒，得到的A母料和B母料；
A2、将步骤A1中得到的A母料、B母料、硅烷偶联剂以及氮化硼充分混合，然后通过挤出成型出内管半成品；
A3、将步骤A2中得到的内管半成品利用水蒸气进行熏蒸12h后取出，然后在85℃下烘干，得到导管内管1。
【制备例1-2】
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1，包括以下原料：
混合母料100kg、硅烷交联剂1kg、过氧化物引发剂0.08kg、催化剂0.15kg、抗氧化剂0.5kg、氮化硼16kg、硅烷偶联剂6kg。
其中，混合母料中包括高密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯混合而成，高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的重量比为1:0.176，即在本实施例中，高密度聚乙烯的添加量为85kg，线性低密度聚乙烯的添加量为15kg。
其中，硅烷交联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，引发剂为过氧化二苯甲酰，催化剂为二月桂酸二丁锡，氮化硼为直径在10-15μm范围内的片状微米六方氮化硼，偶联剂为KH570型硅烷偶联剂。
其中，抗氧化剂为抗氧化剂1010和抗氧化剂168的混合，具体的，抗氧化剂1010与抗氧化剂168的混合重量比为1:1.5，即在本实施例中，抗氧化剂1010的添加量为0.2kg，抗氧化剂168的添加量为0.3kg。
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1的制备方法，包括以下步骤：
A1、将高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯按比例充分混合，得到混合母料，然后按照9.5:0.5的比例将混合母料分成A1料和B1料，往A1料中加入硅烷交联剂和过氧化物引发剂，充分混合得到A2料，往B1料中加入催化剂和抗氧化剂，充分混合得到B2料，分别将A2料和B2料通过熔融挤出造粒，得到的A母料和B母料；
A2、将步骤A1中得到的A母料、B母料、硅烷偶联剂以及氮化硼充分混合，然后通过挤出成型出内管半成品；
A3、将步骤A2中得到的内管半成品利用水蒸气进行熏蒸16h后取出，然后在85℃下烘干，得到导管内管1。
【制备例1-3】
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1，包括以下原料：
混合母料115kg、硅烷交联剂1.5kg、过氧化物引发剂0.12kg、催化剂0.12kg、抗氧化剂0.4kg、氮化硼25kg、硅烷偶联剂12kg。
其中，混合母料中包括高密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯混合而成，高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的重量比为1:0.21，即在本实施例中，高密度聚乙烯的添加量为95kg，线性低密度聚乙烯的添加量为20kg。
其中，硅烷交联剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，引发剂为过氧化二异丙苯，催化剂为二月桂酸二丁锡，抗氧化剂为抗氧化剂168，氮化硼为直径在10-15μm范围内的片状微米六方氮化硼，偶联剂为KH570型硅烷偶联剂。
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1的制备方法，包括以下步骤：
A1、将高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯按比例充分混合，得到混合母料，然后按照9:1的比例将混合母料分成A1料和B1料，往A1料中加入硅烷交联剂和过氧化物引发剂，充分混合得到A2料，往B1料中加入催化剂和抗氧化剂，充分混合得到B2料，分别将A2料和B2料通过熔融挤出造粒，得到的A母料和B母料；
A2、将步骤A1中得到的母料、B母料、硅烷偶联剂以及氮化硼充分混合，然后通过挤出成型出内管半成品；
A3、将步骤A2中得到的内管半成品利用水蒸气进行熏蒸24h后取出，然后在85℃下烘干，得到导管内管1。
【制备例1-4】
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1，与【制备例1-1】的区别在于：抗氧化剂的不同。
在本制备例中，抗氧化剂等量替换成抗氧化剂1010和抗氧化剂168的混合，具体的，抗氧化剂1010与抗氧化剂168的混合重量比为1:2，即在本制中，抗氧化剂1010的添加量为0.15kg，抗氧化剂168的添加量为0.3kg。
【制备例1-5】
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1，与【制备例1-4】的区别在于：内管填料的不同。
在本制备例中，氮化硼在混合添加前经过羟基化改性，具体的，羟基化改性步骤包括：
B1、先将氮化硼浸泡在混合酸性溶液中，其中混合酸性溶液包括由30％硝酸溶液以及10％硫酸溶液混合，加热至85℃，充分搅拌反应8h，过滤得到滤渣，再利用水将滤渣重复浸泡和过滤，直至滤液呈中性，得到最后过滤的滤渣为酸处理氮化硼；
B2、将步骤B1中得到的酸处理氮化硼在浸泡在3-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷溶液中，加热至110℃，充分搅拌并持续浸泡4h，取出后烘干，得到羟基化改性氮化硼。
【制备例1-6】
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1，与【制备例1-5】的区别在于：导管内管1的外表面结构不同。
在本制备例中，导管内管1的表面设置有若干条凸条11，凸条11沿导管内管1的圆周均匀分布，且沿导管内管1的长度延伸，相邻的凸条11之间形成凹槽12。
【制备例1-7】
一种聚乙烯电缆导管的导管内管1，与【制备例1-1】的区别在于：混合母料中的线性低密度聚乙烯等量替换成高密度聚乙烯。
在本制备例中，混合母料中只添加高密度聚乙烯，即高密度聚乙烯的添加量为120kg。
【制备例2-1】
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液，包括以下原料：
乙烯基端封甲基苯基硅油10kg、甲基含氢硅油0.4kg、铂催化剂0.1kg、外层填料50kg。
其中，乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为3％，甲基含氢硅油中的含氢质量分数为1.5％，铂催化剂选用氯铂酸，外层填料选用气相二氧化硅。
其中，外层填料经过硅烷偶联处理，包括以下步骤：
C1、将KH560型硅烷偶联剂加入95％的乙醇溶液中，然后加热至50℃持续反应60min，最后缓慢加入外层填料，保持温度并持续搅拌反应60min，过滤，得到硅烷偶联处理的外层填料。
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液的制备方法，包括以下步骤：
D1、将乙烯基端封甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、铂催化剂以及外层填料充分混合，得到外层保护液。
【制备例2-2】
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液，包括以下原料：
乙烯基端封甲基苯基硅油12kg、甲基含氢硅油0.48kg、铂催化剂0.1kg、外层填料52kg。
其中，乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为2％，甲基含氢硅油中的含氢质量分数为1％，铂催化剂选用氯铂酸。
其中，外层填料选用气相二氧化硅与氧化铝两种混合，具体的，气相二氧化硅与氧化铝按照1:0.25的重量比混合，即气相二氧化硅的添加量为40kg，氧化铝的添加量为10kg。
其中，外层填料经过硅烷偶联处理，包括以下步骤：
C1、将KH560型硅烷偶联剂加入95％的乙醇溶液中，然后加热至40℃持续反应90min，最后缓慢加入外层填料，保持温度并持续搅拌反应60min，过滤，得到硅烷偶联处理的外层填料。
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液的制备方法，包括以下步骤：
D1、将乙烯基端封甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、铂催化剂以及外层填料充分混合，得到外层保护液。
【制备例2-3】
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液，包括以下原料：
乙烯基端封甲基苯基硅油8kg、甲基含氢硅油0.24kg、铂催化剂0.08kg、外层填料50.25kg。
其中，乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为1％，甲基含氢硅油中的含氢质量分数为1.5％，铂催化剂选用氯铂酸。
其中，外层填料选用气相二氧化硅与石墨粉两种混合，具体的，气相二氧化硅与石墨粉按照1:0.005的重量比混合，即气相二氧化硅的添加量为50kg，石墨粉的添加量为0.25kg。
其中，外层填料经过硅烷偶联处理，包括以下步骤：
C1、将KH560型硅烷偶联剂加入95％的乙醇溶液中，然后加热至60℃持续反应90min，最后缓慢加入外层填料，保持温度并持续搅拌反应30min，过滤，得到硅烷偶联处理的外层填料。
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液的制备方法，包括以下步骤：
D1、将乙烯基端封甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、铂催化剂以及外层填料充分混合，得到外层保护液。
【制备例2-4】
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液，与【制备例2-1】的区别在于，乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为5％。
【制备例2-5】
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液，与【制备例2-1】的区别在于，外层填料不同。
在本制备例中，外层填料添加量为50kg，且外层填料选用气相二氧化硅与氧化铝两种混合，具体的，气相二氧化硅与氧化铝按照1:0.3的重量比混合，即气相二氧化硅的添加量为40kg，氧化铝的添加量为12kg。
【制备例2-6】
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液，与【制备例2-1】的区别在于，外层填料不同。
在本制备例中，外层填料添加量为50.32kg，且外层填料选用气相二氧化硅、氧化铝与石墨粉三种混合，具体的，气相二氧化硅、氧化铝与石墨粉按照1:0.25:0.008的重量比混合，即气相二氧化硅的添加量为40kg，氧化铝的添加量为10kg，石墨粉的添加量为0.32。
【制备例2-7】
一种聚乙烯电缆导管的外层保护液，与【制备例2-1】的区别在于，乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为10％。
实施例
【实施例1】
一种聚乙烯电缆导管，包括导管内管1以及设置在导管内管1外表面的保护层2，其中，导管内管1选用【制备例1-1】所制得的导管内管1，保护层2采用【制备例2-1】所制得的外层保护液涂覆在导管内管1的表面，并通过交联固化形成，并形成如图1所示的电缆导管。
一种聚乙烯电缆导管的制备方法，包括以下步骤：
S1、将外层保护液充分涂覆在导管内管1的外表面，涂覆时导管内管1不断绕中心轴进行转动，然后保持转动在65℃下固化2h，最后在导管内管1的外表面形成表面光滑且厚度平均为2-3mm的保护层2，得到电缆导管。
【实施例2】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例1】的区别在于：导管内管1选用【制备例1-2】所制得的导管内管1，保护层2采用【制备例2-2】所制得的外层保护液涂覆在导管内管1的表面，并通过交联固化形成。
【实施例3】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例1】的区别在于：导管内管1选用【制备例1-3】所制得的导管内管1，保护层2采用【制备例2-3】所制得的外层保护液涂覆在导管内管1的表面，并通过交联固化形成。
【实施例4】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例1】的区别在于：导管内管1选用【制备例1-4】所制得的导管内管1。
【实施例5】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例1】的区别在于：导管内管1选用【制备例1-5】所制得的导管内管1。
【实施例6】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例1】的区别在于：导管内管1选用【制备例1-6】所制得的导管内管1，并形成如图2和图3所示的电缆导管。
【实施例7】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例6】的区别在于：保护层2采用【制备例2-4】所制得的外层保护液涂覆在导管内管1的表面，并通过交联固化形成。
【实施例8】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例6】的区别在于：保护层2采用【制备例2-5】所制得的外层保护液涂覆在导管内管1的表面，并通过交联固化形成。
【实施例9】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例6】的区别在于：保护层2采用【制备例2-6】所制得的外层保护液涂覆在导管内管1的表面，并通过交联固化形成。
对比例
【对比例1】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例1】的区别在于：导管内管1的外表面不设置有保护层2，并保持厚度与【实施例1】中的电缆导管的整体厚度相同。
【对比例2】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例1】的区别在于：导管内管1选用【制备例1-7】所制得的导管内管1。
【对比例3】
一种聚乙烯电缆导管，与【实施例1】的区别在于：保护层2采用【制备例2-7】所制得的外层保护液涂覆在导管内管1的表面，并通过交联固化形成。
性能试验数据
1、抗冲击性能测试：根据《GB/T 18743.1-2022热塑性塑料管材简支梁冲击强度的测定第1部分：通用实验方法》以及《GB/T 18743.2-2022热塑性塑料管材简支梁冲击强度的测定第2部分：不同材料管材的试验条件》中的方法B中试样类型6的规定进行单缺口冲击测试，并记录各实施例和对比例的平均单缺口冲击强度(kJ/mm2)。
2、表面耐磨性测试：根据泰伯磨损试验进行测试，将试样固定在旋转平台上，试样的外表面朝上，以一定的负载降低两个砂轮，使其刚好接触样品的表面，设置转速为60r/min，砂轮选用CS-10砂轮，测试时间1h，并记录各实施例和对比例的试样磨损后的重量损耗(mg)。
3、抗压性测试：根据《T/SGX 009-2021埋地电力电缆用高密度聚乙烯(HDPE)塑料套管》中的6.4节以及《GB/T 9647-2015热塑性塑料管材环刚度的测定》进行环刚度测试，并记录各实施例和对比例的环刚度(kN/m2)。
4、扁平测试：根据《T/SGX 009-2021埋地电力电缆用高密度聚乙烯(HDPE)塑料套管》中的6.7节进行扁平实验，并记录各实施例和对比例的保护层和导管内管的破裂或分脱情况。
5、耐热老化性能测试：根据《GB/T 2951.12-2008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》第9.1.7拉力试验步骤进行测试，然后根据《GB/T 2951.11-2008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》中进行耐热老化测试，试样以管状的形态进行热老化处理，两端封端，在80℃循环热风烘烤240h，并记录热老化处理前后的拉伸强度(MPa)。
表1管材物理性能测试数据
表2管材耐热老化测试数据
结合实施例1与对比例1并结合表1和表2中的数据可知，利用有机硅制成的外层保护液，通过涂覆在导管内管表面并固化形成保护层，能明显提高制得的电缆导管的抗冲击性、表面耐磨性以及耐热老化性。这可能是因为乙烯基端封甲基苯基硅油在甲基含氢硅油和铂催化剂的共同作用下发生交联反应，形成三维网状结构的有机硅橡胶，并充分包覆在导管内管的表面，而交联固化后有机硅橡胶表现为高强度的弹性体，具有优异的韧性、耐磨性和耐老化性，从而有利于提高电缆导管的整体抗冲击性和表面耐磨性；而且保护层能有效隔绝外界氧气或紫外光，延长导管内管的老化时间，从而有利于提高电缆导管的整体耐热老化性。但是保护层对电缆导管的整体环刚度提升不大，这可能是因为保护层呈现高强度弹性体，硬度不高，对电缆导管的整体支撑强度影响不大，从而电缆导管的环刚度仍以导管内管的环刚度为主。
结合实施例1与对比例2并结合表1中的数据可知，利用高密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯混合交联，能明显提高的电缆导管的抗冲击性，但环刚度、拉伸强度会有所下降。这可能是由于线性低密度聚乙烯具有较低的模量和强度，加入了线性低密度聚乙烯后，会根据高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯在混合体系中的占比，从而使混合母料具有不同的力学强度，随着线性低密度聚乙烯的添加量越多，混合交联后的导管内管的韧性和抗冲击性能会提高，有利于提高电缆导管的抗冲击性，而导管内管的硬度和拉伸强度会相对下降，从而导致电缆导管的环刚度、拉伸强度有所下降。
结合实施例1与实施例4并结合表1中的数据可知，当导管内管中的抗氧化剂由抗氧化剂1010和抗氧化剂168相互混合，且混合重量比在1:(1.5-2.5)范围内时，相比只添加单一一种抗氧化剂，电缆导管的耐热老化性更好。这可能是由于抗氧化剂1010是受阻酚类抗氧化剂，抗氧化剂168是亚磷酸酯类抗氧剂，两者具有不同的抗氧化机制和作用方式，从而产生协同作用，使导管内管具有更好的耐热老化性，从而有利于提高电缆导管的耐热老化性。
结合实施例1与实施例5并结合表1中的数据可知，将氮化硼进行羟基化改性后，能有效提高电缆导管的抗冲击性和拉伸强度。这可能是由于氮化硼在经过羟基化改性后，氮化硼的表面接入大量的羟基反应位点，不仅能有效改善氮化硼的界面相容性，而且使氮化硼能与硅烷偶联剂充分结合，进而使氮化硼能在体系中充分分散，并提高氮化硼与混合母料混合时的结合强度，有利于进一步提高导管内管的力学强度，从而提高电缆导管的抗冲击性和拉伸强度。
结合实施例1与实施例6并结合表1中的数据可知，通过在导管内管的表面设置有凸条，相邻的凸条之间形成凹槽，在涂覆外层保护液时，外层保护液渗入凹槽中并固化，能有效提高电缆导管的环刚度。这可能因为在这种结构下，凸条能作为导管内管的加强筋，能进一步加强导管内管的横向承载力，使导管内管不易发生弯曲，有利于提高电缆导管的环刚度。
结合实施例1与对比例3、实施例6与实施例7并结合表1中的数据可知，当乙烯基端封甲基苯基硅油中的乙烯基质量分数在2％-3％的范围内时，电缆导管能具有优良的表面耐磨性和拉伸强度，以及较好的综合性能。这可能是因为随着乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯即质量分数的提高，保护层的交联程度进一步提高，交联密度增加，进而能提高保护层的硬度、表面耐磨性和拉伸强度，有利于改善电缆导管的环刚度、表面耐磨性以及拉伸强度。而当乙烯基端封甲基苯基硅油中的乙烯基质量分数越来越高时，保护层与导管内管之间的连接强度下降，并容易脱开，而且保护层容易发生开裂，这可能是因为随着保护层的交联度上升，保护层的韧性和粘结力下降，并且在交联度过高时甚至会表现出脆性，从而使保护层容易发生开裂，并容易从导管内管的表面脱离。
结合实施例6与实施例8-9、并结合表1中的数据可知，当外层填料选用气相二氧化硅、氧化铝以及石墨粉的三种混合，且气相二氧化硅、氧化铝以及石墨粉的混合重量比在1:(0.25-0.3)：(0.005-0.008)范围内时，能提高电缆导管的表面耐磨性以及环刚度。这可能是因为氧化铝的晶相稳定、硬度高且具有优良耐磨性，而石墨粉常用作填料来提高高分子材料的强度和耐磨性，所以当气相二氧化硅、氧化铝以及石墨粉按照本申请的混合比例混合时，氧化铝和石墨粉相互配合，产生一定的协同作用，进一步提高保护层的耐磨性以及力学强度，从而有利于提高电缆导管的表面耐磨性以及环刚度。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：包括导管内管（1）以及设置在所述导管内管（1）外表面的保护层（2），所述导管内管（1）包括高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯相互交联挤出制成，所述保护层（2）包括由外层保护液等涂覆在所述导管内管（1）的表面并交联固化形成，所述外层保护液包括以下重量份原料：
乙烯基端封甲基苯基硅油：8-12份；
甲基含氢硅油：0.24-0.48份；
铂催化剂：0.06-0.1份；
外层填料：50-55份；
其中，所述乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为1%-5%；
其中，所述甲基含氢硅油的氢质量分数为1%-1.5%；
其中，所述外层填料包括气相二氧化硅、或氧化铝和石墨粉中的任意一种或多种与气相二氧化硅混合，并经过硅烷偶联处理制得。
2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：所述乙烯基端封甲基苯基硅油的乙烯基质量分数为2%-3%。
3.根据权利要求1所述的一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：所述外层填料选用所述气相二氧化硅、所述氧化铝以及石墨粉的三种混合，所述气相二氧化硅、所述氧化铝以及所述石墨粉的混合重量比为1:（0.25-0.3）：（0.005-0.008）。
4.根据权利要求1所述的一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：所述外层填料的硅烷偶联处理包括以下步骤：
C1、将KH560型硅烷偶联剂加入一定浓度的乙醇溶液中，然后加热至40-50℃持续反应60-90min，最后缓慢加入外层填料，保持温度并持续搅拌反应30-60min，过滤，得到硅烷偶联处理的外层填料。
5.根据权利要求1所述的一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：所述导管内管（1）包括以下重量份原料：
混合母料：100-120份；
硅烷交联剂：1.2-1.8份；
过氧化物引发剂：0.08-0.14份；
催化剂：0.15-0.25份；
抗氧化剂：0.25-0.5份；
氮化硼：16-25份；
硅烷偶联剂：6-12份；
其中，所述混合母料包括高密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯的两种混合，所述高密度聚乙烯与所述低密度聚乙烯的混合重量比为1:（0.15-0.25）。
6.根据权利要求5所述的一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：所述硅烷交联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷以及乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的任意一种；所述过氧化物引发剂包括过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：所述氮化硼在添加混合前经过羟基化处理，所述羟基化处理包括以下步骤：
B1、先将氮化硼浸泡在酸性溶液中，加热至70-85℃，充分搅拌反应5-8h，过滤得到滤渣，再利用水将滤渣重复浸泡和过滤，直至滤液呈中性，得到最后过滤的滤渣为酸处理氮化硼；
B2、将步骤B1中得到的酸处理氮化硼在浸泡在3-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷溶液中，加热至80-110℃，充分搅拌并持续浸泡4-6h，过滤取出后烘干，得到羟基化改性氮化硼。
8.根据权利要求5所述的一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：所述抗氧化剂包括由抗氧化剂1010和抗氧化剂168按比例混合，所述抗氧化剂1010与所述抗氧化剂168的混合重量比为1：（1.5-2.5）。
9.根据权利要求1所述的一种聚乙烯电缆导管，其特征在于：所述导管内管（1）的表面设置有若干条凸条（11），若干条所述凸条（11）沿所述导管内管（1）的圆周均匀分布，且沿所述导管内管（1）的长度方向延伸，相邻的所述凸条（11）之间形成凹槽（12）。
10.权利要求1-9所述的一种聚乙烯电缆导管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯按比例充分混合，得到混合母料，然后按照(9-9.5):（0.5-1）的比例将混合母料分成A1料和B1料，往A初料中加入硅烷交联剂和过氧化物引发剂，充分混合得到A2料，往B1料中加入催化剂和抗氧化剂，充分混合得到B2料，分别将A2料和B2料通过熔融挤出造粒，得到的A母料和B母料；
S2、将A母料、B母料、硅烷偶联剂以及氮化硼充分混合，然后通过挤出成型出内管半成品；
S3、将步骤S2中得到的内管半成品利用水蒸气进行熏蒸12-24h后取出，然后烘干，得到导管内管（1）；
S4、将乙烯基端封甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、铂催化剂以及外层填料充分混合，得到外层保护液，将外层保护液充分涂覆在步骤S3中得到的导管内管（1）外表面，涂覆时导管内管（1）不断绕中心轴进行转动，然后保持转动在55-65℃下固化2-4h， 最后在导管内管（1）的外表面形成光滑的保护层（2），则得到电缆导管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410060750.1A CN117895413B (zh) | 2024-01-15 | 一种聚乙烯电缆导管及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117895413A true CN117895413A (zh) | 2024-04-16 |
| CN117895413B CN117895413B (zh) | 2024-06-21 |
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