CN118126436A - 一种绝缘架空电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆技术领域，提出了一种绝缘架空电缆及其制备方法。一种绝缘架空电缆，由内至外依次包括导体、屏蔽层、绝缘层；所述绝缘层的原料包括以下质量份组分：聚乙烯100份、增塑剂7~12份、引发剂0.07~0.15份、抗氧剂0.2~0.5份、光稳定剂0.1~0.3份、改性炭黑5~11份、催化剂0.04~0.09份、HDPE‑g‑MAH 1~3份；所述改性炭黑包括巯基硅氧烷改性炭黑和/或氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑。通过上述技术方案，解决了现有技术中的炭黑难以分散在高分子基体中，同时与高分子基体相容性差，导致绝缘架空电缆机械强度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体的，涉及一种绝缘架空电缆及其制备方法。
背景技术
电线、电缆常见的类型包括漆包线、通讯用电线及电缆、绝缘架空电缆等。其中绝缘架空电缆是架在空中的用于电力传输的绝缘电缆，由于绝缘架空电缆具有维护便捷、高安全性和高可靠性的优势，而被广泛用于城市、乡镇和绿化地带的电力传输。
绝缘架空电缆结构中的芯材通常采用铝合金或金属铜，绝缘材料多采用氯磺化聚乙烯、硅橡胶、聚氯乙烯、交联聚乙烯等。其中采用交联聚乙烯作为绝缘材料的电缆具有良好的耐热性，可在90℃长期工作，能承受的瞬时短路温度高达170~250℃，但耐光氧老化性差。目前普遍通过添加抗紫外线剂和炭黑来解决交联聚乙烯作为绝缘材料耐光氧老化性差的问题，但当炭黑的加入量在2%以上时难以分散在高分子基体中，同时存在与高分子基体相容性差的问题，导致绝缘架空电缆的机械强度下降。
发明内容
本发明提出一种绝缘架空电缆及其制备方法，解决了相关技术中的炭黑难以分散在高分子基体中，同时与高分子基体相容性差，导致绝缘架空电缆机械强度低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种绝缘架空电缆，由内至外依次包括导体、屏蔽层、绝缘层；所述绝缘层的原料包括以下质量份组分：聚乙烯100份、增塑剂7~12份、引发剂0.07~0.15份、抗氧剂0.2~0.5份、光稳定剂0.1~0.3份、改性炭黑5~11份、催化剂0.04~0.09份、HDPE-g-MAH 1~3份；所述改性炭黑包括巯基硅氧烷改性炭黑和/或氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑。
HDPE-g-MAH为马来酸酐接枝高密度聚乙烯。
作为进一步的技术方案，所述绝缘层的厚度为3.4mm；所述屏蔽层的厚度为0.6mm；电缆的外径为31.8mm。
作为进一步的技术方案，所述改性炭黑包括巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑时，巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的质量比为1:0.6~7。
本发明采用质量比为1:0.6~7的巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑配合使用，进一步提高了绝缘架空电缆的机械强度和耐高温老化性。
作为进一步的技术方案，所述巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的质量比为1:1~3。
本发明将巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的质量比限定为1:1~3，进一步提高了绝缘架空电缆的机械强度和耐高温老化性。
作为进一步的技术方案，所述巯基硅氧烷改性炭黑的原料包括质量比为1:0.1~0.5的炭黑和巯基硅氧烷。
作为进一步的技术方案，所述氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的原料包括质量比为1:0.05~0.25的炭黑和氨基氯化咪唑类化合物。
作为进一步的技术方案，所述氨基氯化咪唑类化合物可以为任意含有氨基的氯化咪唑类化合物，优选为1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物。
作为进一步的技术方案，所述巯基硅氧烷改性炭黑的制备方法包括以下步骤：将炭黑分散在溶剂中，加入巯基硅氧烷进行改性，得到巯基硅氧烷改性炭黑。
作为进一步的技术方案，所述氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的制备方法包括以下步骤：将炭黑与氨基氯化咪唑类化合物混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑。
作为进一步的技术方案，所述巯基硅氧烷包括巯丙基甲基二甲氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
作为进一步的技术方案，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种；
所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1024中的一种或多种；
所述光稳定剂包括光稳定剂HS-112、光稳定剂770DF中的一种或两种。
作为进一步的技术方案，所述引发剂为过氧化二异丙苯；
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
本发明还提出了一种绝缘架空电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S2、将所述绝缘层的原料混合均匀后，进行熔融挤出，包覆于所述半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
本发明的工作原理及有益效果为：
本发明中巯基硅氧烷改性炭黑和/或氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑提高了炭黑在高分子基体中的分散性，并提高了炭黑与高分子基体的相容性，从而提高了绝缘架空电缆的机械强度和耐高温老化性。原因在于：巯基硅氧烷与炭黑表面的羟基作用后，可以赋予炭黑表面巯基，巯基在电缆加工的过程中可与聚乙烯的不饱和键加成反应形成共价键。此外，氨基氯化咪唑类化合物中的Cl-与炭黑表面的羟基形成氢键，从而对炭黑进行改性，改性后的炭黑表面含有氨基，氨基可与HDPE-g-MAH中的酸酐发生反应。因此，添加巯基硅氧烷改性炭黑和/或氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑后，可以达到提高绝缘架空电缆的机械强度和耐高温老化性的效果。
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他实施例，都涉及本发明保护的范围。
以下实施例及对比例中：绝缘架空电缆的绝缘层的厚度为3.4mm；屏蔽层的厚度为0.6mm；外径为31.8mm；
HDPE-g-MAH为马来酸酐接枝高密度聚乙烯，接枝率为1%，美国陶氏GR 205。
实施例1
S1、将炭黑N660 15g与水300mL混合后，30℃超声20min分散均匀，升温至50℃边搅拌边加入巯丙基三甲氧基硅烷4.5g继续搅拌2.5h，过滤，水洗，干燥，得到巯基硅氧烷改性炭黑；
S2、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S3、将巯基硅氧烷改性炭黑8份、HDPE-g-MAH 2份在50℃、1000r/min混合5min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H 15份、邻苯二甲酸二辛酯10份、抗氧剂1010 0.35份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.1份、二月桂酸二丁基锡0.06份继续混合8min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例2
S1、将炭黑N660 15g与1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物2.25g混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑；
S2、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S3、将氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑8份、HDPE-g-MAH 2份在50℃、1000r/min混合5min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H 15份、邻苯二甲酸二辛酯10份、抗氧剂1010 0.35份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.1份、二月桂酸二丁基锡0.06份继续混合8min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例3
S1、将炭黑N330 15g与水300mL混合后，30℃超声20min分散均匀，升温至50℃边搅拌边加入巯丙基三甲氧基硅烷1.5g继续搅拌2h，过滤，水洗，干燥，得到巯基硅氧烷改性炭黑；
S2、将炭黑N330 15g与1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物0.75g混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑；
S3、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S4、将巯基硅氧烷改性炭黑4份、氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑1份、HDPE-g-MAH1份在50℃、1000r/min混合3min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H15份、己二酸二辛酯7份、抗氧剂1024 0.2份、光稳定剂770DF 0.1份、过氧化二异丙苯0.07份、二月桂酸二丁基锡0.04份继续混合7min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例4
S1、将炭黑N220 15g与水300mL混合后，30℃超声20min分散均匀，升温至50℃边搅拌边加入巯丙基三甲氧基硅烷7.5g继续搅拌3h，过滤，水洗，干燥，得到巯基硅氧烷改性炭黑；
S2、将炭黑N220 15g与1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物3.75g混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑；
S2、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S3、将巯基硅氧烷改性炭黑1.1份、氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑9.9份、HDPE-g-MAH 3份在50℃、1000r/min混合6min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE2426H 15份、己二酸二辛酯7份、邻苯二甲酸二丁酯5份、抗氧剂168 0.5份、光稳定剂770DF0.1份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.15份、二月桂酸二丁基锡0.09份继续混合10min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例5
S1、将炭黑N660 15g与水300mL混合后，30℃超声20min分散均匀，升温至50℃边搅拌边加入巯丙基三甲氧基硅烷4.5g继续搅拌2.5h，过滤，水洗，干燥，得到巯基硅氧烷改性炭黑；
S2、将炭黑N660 15g与1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物2.25g混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑；
S3、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S4、将巯基硅氧烷改性炭黑1份、氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑7份、HDPE-g-MAH2份在50℃、1000r/min混合5min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H15份、邻苯二甲酸二辛酯10份、抗氧剂1010 0.35份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.1份、二月桂酸二丁基锡0.06份继续混合8min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例6
S1、将炭黑N660 15g与水300mL混合后，30℃超声20min分散均匀，升温至50℃边搅拌边加入巯丙基三甲氧基硅烷4.5g继续搅拌2.5h，过滤，水洗，干燥，得到巯基硅氧烷改性炭黑；
S2、将炭黑N660 15g与1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物2.25g混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑；
S3、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S4、将巯基硅氧烷改性炭黑2份、氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑6份、HDPE-g-MAH2份在50℃、1000r/min混合5min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H15份、邻苯二甲酸二辛酯10份、抗氧剂1010 0.35份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.1份、二月桂酸二丁基锡0.06份继续混合8min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例7
S1、将炭黑N660 15g与水300mL混合后，30℃超声20min分散均匀，升温至50℃边搅拌边加入巯丙基三甲氧基硅烷4.5g继续搅拌2.5h，过滤，水洗，干燥，得到巯基硅氧烷改性炭黑；
S2、将炭黑N660 15g与1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物2.25g混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑；
S3、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S4、将巯基硅氧烷改性炭黑3份、氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑5份、HDPE-g-MAH2份在50℃、1000r/min混合5min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H15份、邻苯二甲酸二辛酯10份、抗氧剂1010 0.35份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.1份、二月桂酸二丁基锡0.06份继续混合8min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例8
S1、将炭黑N660 15g与水300mL混合后，30℃超声20min分散均匀，升温至50℃边搅拌边加入巯丙基三甲氧基硅烷4.5g继续搅拌2.5h，过滤，水洗，干燥，得到巯基硅氧烷改性炭黑；
S2、将炭黑N660 15g与1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物2.25g混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑；
S3、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S4、将巯基硅氧烷改性炭黑4份、氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑4份、HDPE-g-MAH2份在50℃、1000r/min混合5min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H15份、邻苯二甲酸二辛酯10份、抗氧剂1010 0.35份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.1份、二月桂酸二丁基锡0.06份继续混合8min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例9
S1、将炭黑N660 15g与水300mL混合后，30℃超声20min分散均匀，升温至50℃边搅拌边加入巯丙基三甲氧基硅烷4.5g继续搅拌2.5h，过滤，水洗，干燥，得到巯基硅氧烷改性炭黑；
S2、将炭黑N660 15g与1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑氯化物2.25g混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑；
S3、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S4、将巯基硅氧烷改性炭黑5份、氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑3份、HDPE-g-MAH2份在50℃、1000r/min混合5min后，加入LLDPE 7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H15份、邻苯二甲酸二辛酯10份、抗氧剂1010 0.35份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.1份、二月桂酸二丁基锡0.06份继续混合8min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
对比例1
S1、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S2、将炭黑N660 8份、HDPE-g-MAH 2份在50℃、1000r/min混合5min后，加入LLDPE7042 65份、LLDPE 7144 20份、LDPE 2426H 15份、邻苯二甲酸二辛酯10份、抗氧剂10100.35份、光稳定剂 HS-112 0.2份、过氧化二异丙苯0.1份、二月桂酸二丁基锡0.06份继续混合8min，转移至双螺杆挤出机于170℃熔融挤出，包覆于半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
实施例1~9及对比例1得到的绝缘层的机械强度和耐高温老化性：参考GB/T2951.11-2008中的方法测试老化前抗张强度；参考GB/T 2951.12-2008中的方法在135℃进行168h空气烘箱老化试验后，测试老化后抗张强度，并根据以下公式计算抗张强度变化率：
抗张强度变化率（%）=（老化后抗张强度-老化前抗张强度）÷老化前抗张强度×100；
结果记录在表1。
表1绝缘层的机械强度和耐高温老化性
由表1可以看出，本发明提供的绝缘层具有高的机械强度和良好的耐高温老化性，从而提供了一种机械强度高、耐高温老化性好的绝缘架空电缆。
实施例1~9与对比例1相比，实施例1~9中使用的巯基硅氧烷改性炭黑和/或氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑，对比例1中使用的炭黑，实施例1~9得到的绝缘层的机械强度和耐高温老化性好于对比例1，说明使用巯基硅氧烷改性炭黑和/或氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑可以提高绝缘层的机械强度和耐高温老化性，从而进一步提高了绝缘架空电缆的机械强度和耐高温老化性。
实施例5~9得到的绝缘层的机械强度和耐高温老化性好于实施例1~2，说明质量比为1:0.6~7的巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑配合使用，可以进一步提高绝缘层的机械强度和耐高温老化性，从而进一步提高了绝缘架空电缆的机械强度和耐高温老化性。
以上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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种绝缘架空电缆，其特征在于，由内至外依次包括导体、屏蔽层、绝缘层；所述绝缘层的原料包括以下质量份组分：聚乙烯100份、增塑剂7~12份、引发剂0.07~0.15份、抗氧剂0.2~0.5份、光稳定剂0.1~0.3份、改性炭黑5~11份、催化剂0.04~0.09份、HDPE-g-MAH 1~3份；所述改性炭黑包括巯基硅氧烷改性炭黑和/或氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘架空电缆，其特征在于，所述改性炭黑包括巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑时，巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的质量比为1:0.6~7。
3.根据权利要求2所述的一种绝缘架空电缆，其特征在于，所述巯基硅氧烷改性炭黑和氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的质量比为1:1~3。
4.根据权利要求2所述的一种绝缘架空电缆，其特征在于，所述巯基硅氧烷改性炭黑的原料包括质量比为1:0.1~0.5的炭黑和巯基硅氧烷。
5.根据权利要求2所述的一种绝缘架空电缆，其特征在于，所述氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的原料包括质量比为1:0.05~0.25的炭黑和氨基氯化咪唑类化合物。
6.根据权利要求4所述的一种绝缘架空电缆，其特征在于，所述巯基硅氧烷改性炭黑的制备方法包括以下步骤：将炭黑分散在溶剂中，加入巯基硅氧烷进行改性，得到巯基硅氧烷改性炭黑。
7.根据权利要求5所述的一种绝缘架空电缆，其特征在于，所述氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑的制备方法包括以下步骤：将炭黑与氨基氯化咪唑类化合物混合均匀，得到氨基氯化咪唑类化合物改性炭黑。
8.根据权利要求4所述的一种绝缘架空电缆，其特征在于，所述巯基硅氧烷包括巯丙基甲基二甲氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种绝缘架空电缆，其特征在于，所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种；
所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1024中的一种或多种；
所述光稳定剂包括光稳定剂HS-112、光稳定剂770DF中的一种或两种。
10.根据权利要求1~9任意一项所述的一种绝缘架空电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将屏蔽层包覆于导体外侧，得到半成品；
S2、将所述绝缘层的原料混合均匀后，进行熔融挤出，包覆于所述半成品外侧，得到绝缘架空电缆。
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