CN118155930A - 一种新能源光伏系统用铜合金光伏线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,属于光伏线加工技术领域,用于解决现有技术中光伏线的生产成本高,光伏线在使用过程中的抗日光老化性能与机械性能有待进一步提高和光伏线的阻燃性能差的技术问题;本发明包括线芯和包覆在线芯外部的护套层,线芯由若干根铜合金导体绞合而成,护套层由复合型阻燃电缆料挤出成型后,再经紫外辐照交联后得到,本发明是通过优化线芯的结构和电缆料的组成,不仅有效降低了光伏线的生产成本,提高了光伏线的导电性能、体积电阻率,还提高了光伏线的抗张抗拉强度、耐老化与阻燃性能。

Description

一种新能源光伏系统用铜合金光伏线
技术领域
本发明涉及光伏线加工技术领域,具体涉及一种新能源光伏系统用铜合金光伏线。
背景技术
随着全球能源结构的转型和升级,可再生能源的利用逐渐占据主导地位,其中光伏发电以其清洁、可再生、无污染等优势,受到了广泛关注和应用,光伏系统作为将太阳能转换为电能的关键设备,其性能的稳定性和高效性直接影响到能源的产出和使用效果。
在传统的光伏系统中,常用的电线材料主要为铜线、铝线或铜合金,然而铝线导电性差、容易氧化,导致线路损耗大,降低了系统的发电效率,铜合金作为一种优良的导电材料,具有良好的导电性和热导性,同时具有一定的耐腐蚀性能,但是铜合金中铜含量较高,并且铜合金中往往含有较多的稀有金属,生产工艺复杂,而传统的光伏线通常以铜线为导体。
即现有技术中的光伏线虽然以铜线为基材具有良好的导电性,但是成本较高,对于大规模应用的光伏系统来说不够经济,并且,光伏线通常敷设在室外用于大负载的电量传输,在长期的使用过程中,光伏线受环境影响,尤其是受到外界环境紫外光线照射和自身在大负载传输过程中产生大量热量,容易造成光伏线护套层老化,导致光伏线的力学性能与阻燃性能降低,在使用移动光伏线时,容易造成光伏线表层的绝缘护套层损坏,引发触电短路或燃烧的危险,为提高光伏线的抗日光老化性能,通常的会向电缆料中加入紫外线吸收剂,但是,一方面,现有技术中的紫外线吸收剂通常为小分子结构,在使用过程中溶液迁移挥发,另一方面,受到物质相容性的影响,紫外线吸收剂在电缆料的分散性较差,导致光伏线在使用过程中的抗日光老化性能与机械性能有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,用于解决现有技术中光伏线的生产成本高,光伏线在使用过程中的抗日光老化性能与机械性能有待进一步提高和光伏线的阻燃性能差的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,包括线芯和包覆在线芯外部的护套层,所述线芯由若干根铜合金导体绞合而成,所述护套层由复合型阻燃电缆料挤出成型后,再经紫外辐照交联后得到;
所述复合型阻燃电缆料包括按重量份的以下组成:低密度聚乙烯100-120份、乙烯-辛烯共聚物25-30份、改性硼酸锌15-25份、改性聚硅氧烷12-14份和抗氧剂0.5-0.8份;
所述铜合金导体包括铝质线芯和铜箔层,所述铜箔层采用包覆焊接的方式包覆在铝质线芯的外部,所述铝质线芯由铝合金或铝材料制成。
进一步的,所述改性硼酸锌由以下步骤加工得到:
A1、将3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮、丙酮加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至50-55℃,向反应釜中加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷,保温反应4-5h,后处理得到改性二苯甲酮;
改性二苯甲酮的合成反应式为:
合成反应原理为:通过异氰酸丙基三乙氧基硅烷上的异氰酸酯基与3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮上的羟基进行缩合反应生成改性二苯甲酮。
A2、将硼酸锌、改性二苯甲酮、无水乙醇加入到反应釜中,超声分散40-60min,搅拌,反应釜温度升高至50-60℃,向反应釜中加入纯化水,保温反应4-6h,后处理得到改性硼酸锌。
改性硼酸锌的合成反应式为:
式中,为硼酸锌。
合成反应原理为:通过对乙醇-水混合体系进行加热,改性二苯甲酮上的硅氧烷键水解与硼酸锌表面的活性基团反应,在硼酸锌表面形成化学修饰,生成具有改性二苯甲酮修饰的改性硼酸锌。
进一步的,步骤A1中,所述3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮和异氰酸丙基三乙氧基硅烷的用量比为1mol:1mol,所述3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮和丙酮的用量比为1g:7mL,所述后处理操作包括:反应完成之后,减压蒸除溶剂,得到改性二苯甲酮;步骤A2中,所述硼酸锌、改性二苯甲酮、无水乙醇和纯化水的用量比为3g:2g:20mL:6mL,所述硼酸锌的粒径为2-5μm,所述后处理操作包括:反应完成之后,反应釜温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤3-5次后抽干,滤饼转移到温度为70-80℃的干燥箱中,真空干燥至恒重,得到改性硼酸锌。
进一步的,所述改性聚硅氧烷由以下步骤加工得到:
B1、将烯丙基二甲氧基硅烷、1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷、(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷和无水乙醇加入到反应釜中搅拌,反应釜温度升高至55-65℃,向反应釜中加入氢氧化钠溶液,保温反应4-6h,后处理得到聚硅氧烷;
聚硅氧烷的合成反应式为:
合成反应原理为:通过以烯丙基二甲氧基硅烷、1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷、(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷为聚硅氧烷的基础原料,在碱性条件下,基础原料上硅氧烷键水解重组,生成具有巯基与烯烃双键修饰的聚硅氧烷。
B2、将聚硅氧烷、交联剂、N,N-二甲基甲酰胺加入到氮气保护的反应釜中搅拌均匀,向反应釜中加入催化剂,反应釜温度升高至70-80℃,保温反应8-12h,后处理得到改性聚硅氧烷。
改性聚硅氧烷的合成反应式为:
合成反应原理为:通过聚硅氧烷修饰的烯烃双键与交联剂上的活性氢在催化剂的条件下进行加成反应,促进聚硅氧烷发生交联,生成具有磷酸修饰的改性聚硅氧烷。
进一步的,步骤B1中,所述烯丙基二甲氧基硅烷、1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷、(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷的用量比为2mol:3mol:1mol,所述1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷、无水乙醇和氢氧化钠溶液的用量比为1g:5mL:1mL,所述氢氧化钠溶液的质量分数为10-20%,所述后处理操作包括:反应完成之后,反应釜温度降低至室温,向反应釜中加入0.1mol/L盐酸,调节体系pH=7,减压蒸除溶剂,向反应釜中加入无水乙醇,抽滤,滤液转移到水浴温度为65-75℃的旋转蒸发器中,减压蒸除乙醇,得到聚硅氧烷;步骤B2中,所述聚硅氧烷、交联剂、N,N-二甲基甲酰胺和催化剂的用量比为10g:2g:35mL:0.1g,所述催化剂为铂炭,所述后处理操作包括:反应完成之后,反应釜温度降低至室温,抽滤,滤液转移到反应釜中,反应釜温度升高至90-100℃,减压蒸除N,N-二甲基甲酰胺,得到改性聚硅氧烷。
进一步的,所述交联剂由以下步骤加工得到:
C1、将季戊四醇、三氯氧磷加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至100-105℃,保温反应8-10h,反应完成之后,后处理得到中间体I;
中间体I的合成反应式为:
中间体I的合成反应原理为:通过以三氯氧磷和季戊四醇为反应原料,控制三氯氧磷过量并作为溶剂环境,利用在高温环境下,季戊四醇中的羟基表现出亲核性,而三氯氧磷中的磷原子由于电负性较小,表现出电正性,季戊四醇上的羟基进攻三氯氧磷上的磷原子,发生亲核取代反应,生成中间体I。
C2、将中间体I、甲酸、N,N-二甲基甲酰胺、催化剂加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至65-75℃,保温反应3-5h,后处理得到交联剂。
交联剂的合成反应式为:
交联剂的合成反应原理为:在催化剂的条件下,甲酸中的甲酸根离子作为亲核试剂,攻击中间体I分子上的磷原子,发生亲核取代反应后发生质子化反应,将中间体I上的卤素转变成氢,制备得到交联剂。
进一步的,步骤C1中,所述季戊四醇、三氯氧磷的用量比为1mol:4mol,所述后处理操作包括:反完成之后,反应釜温度降低至70-80℃,减压蒸除低沸点物质,反应釜温度降低至50-70℃,向反应釜中加入甲苯,搅拌40-60min,抽滤,滤饼使用甲苯淋洗后抽干,滤饼转移到温度65-75℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到中间体I;步骤C2中,所述中间体I、甲酸、N,N-二甲基甲酰胺、催化剂的用量比为2g:1g:7mL:0.2g,所述催化剂为吡啶,所述后处理操作包括:反应完成之后,反应釜温度降低至室温,向反应釜中加入乙醚,室温下搅拌20-30min,抽滤,滤饼用乙醚洗涤3-5次后抽干,滤饼转移到温度为50-60℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到交联剂。
进一步的,所述复合型阻燃电缆料的成型方法为:将低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂加入到温度为140-150℃的开放式塑炼机中,混炼8-10min,然后向开放式塑炼机中分批次加入改性硼酸锌和改性聚硅氧烷,保温混炼20-30min,切粒,得到复合型阻燃电缆料。
进一步的,所述护套层的成型方法为:
D1、将复合型阻燃电缆料加入到双螺杆挤出机中,熔融挤出包覆在线芯的外部,降温固化,得到光伏线粗品;
D2、将光伏线粗品转移到装有紫外灯的辐射交联设备中进行紫外辐照交联,在线芯的外部形成护套层。
进一步的,步骤D1中,所述双螺杆挤出机从进料端朝向出料端的8个温度区段的温度依次为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃、175℃、180℃,双螺杆挤出机的主轴转速为10r/min,降温固化方式为水冷固化;步骤D2中,所述紫外辐照交联的温度为70-80℃,紫外灯的输出功率为3kW,辐照交联时间为25-35min。
本发明具备下述有益效果:
1、本申请的铜合金光伏线,通过以铜箔包覆铝质线芯制备成铜合金导体,并将多股铜合金导体以绞合的形式形成线芯,在铝质线芯的外部包覆铜箔,以放大铜合金导体的有效截面来达到铜电缆的导电性能,在保证铜合金光伏线对电力输送性能的同时,以铝合金材料替代部分铜材料,降低了铜合金光伏线的生产成本,并且,铝质线芯材料则具有较好的延展性和韧性,可以在一定程度上吸收变形能量,使得铜合金光伏线在受到拉力作用时不易断裂,提高了铜合金光伏线的抗拉强度,通过在铜合金光伏线的外部包覆由复合型阻燃电缆料组成的护套层,对导体进行保护,使得铜合金光伏线在新能源产业中应用时,具有良好的绝缘、阻燃与抗老化性能。
2、本申请的铜合金光伏线,在加工过程中使用的复合型电缆料,由低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、改性硼酸锌、改性聚硅氧烷和抗氧剂组成,通过在硼酸锌表面修饰改性二苯甲酮并控制硼酸锌的粒径,增加改性硼酸锌的表面极性,使得硼酸锌在电缆料中更加容易分散,并且,二苯甲酮还能够作为紫外交联聚合的光引发剂,其通过化学键合伴随硼酸锌在电缆料均匀分散,能够有效的避免在高温紫外交联过程中光引发剂挥发牵引的问题,提高光引发剂在电缆料的稳定性,改性聚硅氧烷上修饰的巯基和磷酸基团增加了其反应性和极性,使其改性聚硅氧烷能够通过氢键、配位键或范德华力等分子间作用力与低密度聚乙烯或乙烯-辛烯共聚物产生相互作用,从而提高它们在混合物中的分散性,并且改性后的聚硅氧烷具有的高反应性与极性能够通过氢键、配位键或范德华力等作用与改性硼酸锌相互结合,进一步的提高改性硼酸锌在电缆料中的分散性,硼酸锌本身是一种无机阻燃剂,经过改性修饰处理,增强了硼酸锌与有机聚合物之间的相互作用,与含磷的改性聚硅氧烷相互配合,以聚硅氧烷的高热稳定性与阻燃性能,在护套层上形成紧密交联的阻燃网络,在电缆料中形成有效的阻燃屏障,减少火焰的传播和蔓延,提高光伏线的阻燃性能。
3、本申请的铜合金光伏线,复合型电缆料中的改性聚硅氧烷与无机阻燃剂硼酸锌均具有较高的热稳定性,并能够减少护套层上电荷迁移和泄漏现象,从而提高光伏线的绝缘性能与抗热收缩性能,改性硼酸锌和改性聚硅氧烷都具有出色的热稳定性,能够抵抗高温下的氧化和降解,同时,低密度聚乙烯和乙烯-辛烯共聚物作为基体材料,也具有良好的耐热老化性能,这些组分的协同作用使得电缆护套层能够在高温环境下长时间使用而不发生显著的老化,经过改性后的硼酸锌与改性聚硅氧烷在低密度聚乙烯和乙烯-辛烯共聚物中的分散性好,并与低密度聚乙烯和乙烯-辛烯共聚物产生氢键、配位键或范德华力等作用,提高光伏线护套层的力学性能,改性聚硅氧烷与改性硼酸锌上修饰的二苯甲酮能够提高护套层整体的耐日光老化性能,通过在高温环境下,对光伏线护套层进行紫外辐照交联,控制辐照交联的温度与时间,促进电缆料各组分之间相互交联,提高护套层的交联度,使得护套层聚合物链之间的连接更为紧密,进一步的提高护套层的绝缘性能、耐热收缩性能与绝缘抗张强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明铜合金光伏线整体的立体结构示意图;
图2为本发明铜合金光伏线的截面结构示意图;
图3为本发明铜合金导体的截面结构示意图。
图中:100、线芯;101、铜合金导体;1011、铝质线芯;1012、铜箔层;200、护套层。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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做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。
本发明使用低密度聚乙烯的密度为0.91-0.92g/cm3,结晶度为48-52%,分子量为25000-5000;乙烯-辛烯共聚物中辛烯含量为35-45%,门尼粘度为15-30;铝合金材料符合国家标准GB/T 30552-2014;所涉及的铜合金导体符合国家标准GB/T29197-2012中提到的10A、15A、20A的要求;铜合金导体的对应规格符合国家标准GB/T 3956-2008的铜电缆对应规格的导体电阻要求,通过铜合金导体放大有效截面来达到铜电缆的截面(规格)。
实施例1
本实施例提供一种新能源光伏系统用铜合金光伏线用复合型阻燃电缆料的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备改性硼酸锌
称取:3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮23.8g、丙酮166.6mL加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至50℃,向反应釜中加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷24.7g,保温反应4h,反应完成之后,减压蒸除溶剂,得到改性二苯甲酮;
称取:硼酸锌60g、改性二苯甲酮40g、无水乙醇400mL加入到反应釜中,超声分散40min,搅拌,反应釜温度升高至50℃,向反应釜中加入纯化水120mL,保温反应4h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤3次后抽干,滤饼转移到温度为70℃的干燥箱中,真空干燥至恒重,得到改性硼酸锌,其中,硼酸锌的粒径为2-5μm。
S2、制备交联剂
称取:季戊四醇27.2g、三氯氧磷121.5g加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至100℃,保温反应8h,反应完成之后,反应釜温度降低至70℃,减压蒸除低沸点物质,反应釜温度降低至50℃,向反应釜中加入甲苯100mL,搅拌40min,抽滤,滤饼使用甲苯淋洗后抽干,滤饼转移到温度65℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到中间体I;
称取:中间体I 30g、甲酸15g、N,N-二甲基甲酰胺105mL、吡啶3g加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至65℃,保温反应3h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,向反应釜中加入乙醚315mL,室温下搅拌20min,抽滤,滤饼用乙醚洗涤3次后抽干,滤饼转移到温度为50℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到交联剂。
S3、制备改性聚硅氧烷
称取:烯丙基二甲氧基硅烷132.2g、1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷514.0g、(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷112.2g和无水乙醇2570mL加入到反应釜中搅拌,反应釜温度升高至55℃,向反应釜中加入10wt%氢氧化钠溶液514mL,保温反应4h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,向反应釜中加入0.1mol/L盐酸,调节体系pH=7,减压蒸除溶剂,向反应釜中加入无水乙醇700mL,抽滤,滤液转移到水浴温度为65℃的旋转蒸发器中,减压蒸除乙醇,得到聚硅氧烷;
称取:聚硅氧烷200g、交联剂40g、N,N-二甲基甲酰胺700mL加入到氮气保护的反应釜中搅拌均匀,向反应釜中加入铂炭催化剂2g,反应釜温度升高至70℃,保温反应8h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,抽滤,滤液转移到反应釜中,反应釜温度升高至90℃,减压蒸除N,N-二甲基甲酰胺,得到改性聚硅氧烷。
S4、制备复合型阻燃电缆料
称取:低密度聚乙烯10kg、乙烯-辛烯共聚物2.5kg、50g抗氧剂1010加入到温度为140℃的开放式塑炼机中,混炼8min,然后向开放式塑炼机中分批次加入改性硼酸锌1.5kg和改性聚硅氧烷1.2kg,保温混炼20min,切粒,得到复合型阻燃电缆料。
实施例2
本实施例提供一种新能源光伏系统用铜合金光伏线用复合型阻燃电缆料的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备改性硼酸锌
称取:3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮23.8g、丙酮166.6mL加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至53℃,向反应釜中加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷24.7g,保温反应4.5h,反应完成之后,减压蒸除溶剂,得到改性二苯甲酮;
称取:硼酸锌60g、改性二苯甲酮40g、无水乙醇400mL加入到反应釜中,超声分散50min,搅拌,反应釜温度升高至55℃,向反应釜中加入纯化水120mL,保温反应5h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤4次后抽干,滤饼转移到温度为75℃的干燥箱中,真空干燥至恒重,得到改性硼酸锌,其中,硼酸锌的粒径为2-5μm。
S2、制备交联剂
称取:季戊四醇27.2g、三氯氧磷121.5g加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至103℃,保温反应9h,反应完成之后,反应釜温度降低至75℃,减压蒸除低沸点物质,反应釜温度降低至60℃,向反应釜中加入甲苯100mL,搅拌50min,抽滤,滤饼使用甲苯淋洗后抽干,滤饼转移到温度70℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到中间体I;
称取:中间体I 30g、甲酸15g、N,N-二甲基甲酰胺105mL、吡啶3g加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至70℃,保温反应4h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,向反应釜中加入乙醚315mL,室温下搅拌25min,抽滤,滤饼用乙醚洗涤5次后抽干,滤饼转移到温度为55℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到交联剂。
S3、制备改性聚硅氧烷
称取:烯丙基二甲氧基硅烷132.2g、1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷514.0g、(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷112.2g和无水乙醇2570mL加入到反应釜中搅拌,反应釜温度升高至60℃,向反应釜中加入15wt%氢氧化钠溶液514mL,保温反应5h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,向反应釜中加入0.1mol/L盐酸,调节体系pH=7,减压蒸除溶剂,向反应釜中加入无水乙醇700mL,抽滤,滤液转移到水浴温度为70℃的旋转蒸发器中,减压蒸除乙醇,得到聚硅氧烷;
称取:聚硅氧烷200g、交联剂40g、N,N-二甲基甲酰胺700mL加入到氮气保护的反应釜中搅拌均匀,向反应釜中加入铂炭催化剂2g,反应釜温度升高至75℃,保温反应10h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,抽滤,滤液转移到反应釜中,反应釜温度升高至95℃,减压蒸除N,N-二甲基甲酰胺,得到改性聚硅氧烷。
S4、制备复合型阻燃电缆料
称取:低密度聚乙烯11kg、乙烯-辛烯共聚物2.8kg、65g抗氧剂1076加入到温度为145℃的开放式塑炼机中,混炼9min,然后向开放式塑炼机中分批次加入改性硼酸锌2.0kg和改性聚硅氧烷1.3kg,保温混炼25min,切粒,得到复合型阻燃电缆料。
实施例3
本实施例提供一种新能源光伏系统用铜合金光伏线用复合型阻燃电缆料的制备方法,包括以下步骤:
S1、制备改性硼酸锌
称取:3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮23.8g、丙酮166.6mL加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至55℃,向反应釜中加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷24.7g,保温反应5h,反应完成之后,减压蒸除溶剂,得到改性二苯甲酮;
称取:硼酸锌60g、改性二苯甲酮40g、无水乙醇400mL加入到反应釜中,超声分散60min,搅拌,反应釜温度升高至60℃,向反应釜中加入纯化水120mL,保温反应6h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,抽滤,滤饼用纯化水洗涤5次后抽干,滤饼转移到温度为80℃的干燥箱中,真空干燥至恒重,得到改性硼酸锌,其中,硼酸锌的粒径为2-5μm。
S2、制备交联剂
称取:季戊四醇27.2g、三氯氧磷121.5g加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至105℃,保温反应10h,反应完成之后,反应釜温度降低至80℃,减压蒸除低沸点物质,反应釜温度降低至70℃,向反应釜中加入甲苯100mL,搅拌60min,抽滤,滤饼使用甲苯淋洗后抽干,滤饼转移到温度75℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到中间体I;
称取:中间体I 30g、甲酸15g、N,N-二甲基甲酰胺105mL、吡啶3g加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至75℃,保温反应5h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,向反应釜中加入乙醚315mL,室温下搅拌30min,抽滤,滤饼用乙醚洗涤5次后抽干,滤饼转移到温度为60℃的干燥箱中,干燥至恒重,得到交联剂。
S3、制备改性聚硅氧烷
称取:烯丙基二甲氧基硅烷132.2g、1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷514.0g、(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷112.2g和无水乙醇2570mL加入到反应釜中搅拌,反应釜温度升高至65℃,向反应釜中加入20wt%氢氧化钠溶液514mL,保温反应6h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,向反应釜中加入0.1mol/L盐酸,调节体系pH=7,减压蒸除溶剂,向反应釜中加入无水乙醇700mL,抽滤,滤液转移到水浴温度为75℃的旋转蒸发器中,减压蒸除乙醇,得到聚硅氧烷;
称取:聚硅氧烷200g、交联剂40g、N,N-二甲基甲酰胺700mL加入到氮气保护的反应釜中搅拌均匀,向反应釜中加入铂炭催化剂2g,反应釜温度升高至80℃,保温反应12h,反应完成之后,反应釜温度降低至室温,抽滤,滤液转移到反应釜中,反应釜温度升高至100℃,减压蒸除N,N-二甲基甲酰胺,得到改性聚硅氧烷。
S4、制备复合型阻燃电缆料
称取:低密度聚乙烯12kg、乙烯-辛烯共聚物3kg、80g抗氧剂1010加入到温度为150℃的开放式塑炼机中,混炼10min,然后向开放式塑炼机中分批次加入改性硼酸锌2.5kg和改性聚硅氧烷1.4kg,保温混炼30min,切粒,得到复合型阻燃电缆料。
实施例4
请参阅图1-3,本实施例提供一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,包括:线芯100和包覆在线芯100外部的护套层200;
线芯100由若干根铜合金导体101绞合而成,铜合金导体101包括铝质线芯1011和铜箔层1012,铜箔层1012采用包覆焊接的方式包覆在铝质线芯1011的外部,其中,铝质线芯1011由铝合金材料制成。
护套层200的成型方法为:
将实施例1制备的复合型阻燃电缆料加入到双螺杆挤出机中,熔融挤出包覆在线芯的外部,水冷固化,制备得到光伏线粗品,其中,双螺杆挤出机从进料端朝向出料端的8个温度区段的温度依次为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃、175℃、180℃,双螺杆挤出机的主轴转速为10r/min;
将光伏线粗品转移到装有紫外灯的辐射交联设备中,在温度为70℃环境下进行紫外辐照交联25min,在线芯100的外部形成护套层200,其中,紫外灯的输出功率为3kW。
实施例5
请参阅图1-3,本实施例提供一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,包括:线芯100和包覆在线芯100外部的护套层200;
线芯100由若干根铜合金导体101绞合而成,铜合金导体101包括铝质线芯1011和铜箔层1012,铜箔层1012采用包覆焊接的方式包覆在铝质线芯1011的外部,其中,铝质线芯1011由铝材料制成。
护套层200的成型方法为:
将实施例2制备的复合型阻燃电缆料加入到双螺杆挤出机中,熔融挤出包覆在线芯的外部,水冷固化,制备得到光伏线粗品,其中,双螺杆挤出机从进料端朝向出料端的8个温度区段的温度依次为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃、175℃、180℃,双螺杆挤出机的主轴转速为10r/min;
将光伏线粗品转移到装有紫外灯的辐射交联设备中,在温度为75℃环境下进行紫外辐照交联30min,在线芯100的外部形成护套层200,其中,紫外灯的输出功率为3kW。
实施例6
请参阅图1-3,本实施例提供一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,包括:线芯100和包覆在线芯100外部的护套层200;
线芯100由若干根铜合金导体101绞合而成,铜合金导体101包括铝质线芯1011和铜箔层1012,铜箔层1012采用包覆焊接的方式包覆在铝质线芯1011的外部,其中,铝质线芯1011由铝合金材料制成。
护套层200的成型方法为:
将实施例3制备的复合型阻燃电缆料加入到双螺杆挤出机中,熔融挤出包覆在线芯的外部,水冷固化,制备得到光伏线粗品,其中,双螺杆挤出机从进料端朝向出料端的8个温度区段的温度依次为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃、175℃、180℃,双螺杆挤出机的主轴转速为10r/min;
将光伏线粗品转移到装有紫外灯的辐射交联设备中,在温度为80℃环境下进行紫外辐照交联35min,在线芯100的外部形成护套层200,其中,紫外灯的输出功率为3kW。
对比例1
本对比例与实施例6的区别在于,实施例3在制备复合型阻燃电缆料时,以步骤S1中的硼酸锌和4-甲氧基二苯甲酮按用量比5:2组成的混合物,替代步骤S4中的改性硼酸锌。
对比例2
本对比例与实施例6的区别在于,实施例3在制备复合型阻燃电缆料时,取消步骤S2,以步骤S3中的聚硅氧烷替代步骤S4中的改性聚硅氧烷。
对比例3
本对比例与实施例6的区别在于,实施例3在制备复合型阻燃电缆料时,步骤S3中,以1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷等摩尔替代(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷,制备得到的聚硅氧烷,等量替代步骤S4中的改性聚硅氧烷。
对比例4
本对比例与实施例6的区别在于,铜合金导体由铝合金线材料制备而成。
性能测试:
对实施例4-6和对比例1-4制备的铜合金光伏线的导电性能、绝缘性能、阻燃性能和机械性能进行测试,其中,导体电阻试验方法按GB/T3048.4-2007《电线电缆电性能试验方法 第4部分:导体直流电阻试验》规定,其测量环境温度20℃时的电阻率,温度校正系数取0.004(温度校正系数与铜相同),燃烧性能参照标准GB/T 32129-2015《电线电缆用无卤低烟阻燃电缆料》测试试件的燃烧等级,绝缘性能和机械性能参照标准YD/T 2337-2011《通信电源用光伏电缆》测定试样护套层的热收缩率和试样的体积电阻率、绝缘抗张强度、断裂伸长率、抗热老化和耐日光老化性能,具体测试结果见下表:
性能测试:
对上表中的数据进行比较分析,本发明实施例制备的光伏线线芯的电阻率降低至2.536×10-2Ω·mm2/m,光伏线护套层的体积电阻率达到7.8×1016Ω·cm,护套层的热收缩率降低至0.50%,光伏线的绝缘抗张强度达到10.9MPa,光伏线的绝缘断裂伸长率达到159%,光伏线经过热老化处理后,其绝缘抗张强度达到9.21MPa,光伏线的绝缘断裂伸长率达到137%,光伏线的燃烧等级达到V-0级,并具有良好的耐日光老化性能,各项性能检测数据均优于对比例,说明,本发明是通过优化线芯的结构,对硼酸锌进行改性,并制备含有磷与巯基修饰的改性聚硅氧烷对低密度聚乙烯和乙烯-辛烯共聚物进行增强,不仅有效降低了光伏线的生产成本,提高了光伏线的导电性能、体积电阻率,还提高了光伏线的抗张抗拉强度、耐老化与阻燃性能。
以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,包括线芯(100)和包覆在线芯(100)外部的护套层(200),其特征在于,所述线芯(100)由若干根铜合金导体(101)绞合而成,所述护套层(200)由复合型阻燃电缆料挤出成型后,再经紫外辐照交联后得到;
所述复合型阻燃电缆料包括按重量份的以下组成:低密度聚乙烯100-120份、乙烯-辛烯共聚物25-30份、改性硼酸锌15-25份、改性聚硅氧烷12-14份和抗氧剂0.5-0.8份;
所述铜合金导体(101)包括铝质线芯(1011)和铜箔层(1012),所述铜箔层(1012)采用包覆焊接的方式包覆在铝质线芯(1011)的外部。
2.根据权利要求1所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,所述改性硼酸锌由以下步骤加工得到:
A1、将3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮、丙酮加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至50-55℃,向反应釜中加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷,保温反应4-5h,后处理得到改性二苯甲酮;
A2、将硼酸锌、改性二苯甲酮、无水乙醇加入到反应釜中,超声分散40-60min,搅拌,反应釜温度升高至50-60℃,向反应釜中加入纯化水,保温反应4-6h,后处理得到改性硼酸锌。
3.根据权利要求2所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,步骤A1中,所述3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮和异氰酸丙基三乙氧基硅烷的用量比为1mol:1mol,所述3-烯丙基-4-羟基二苯甲酮和丙酮的用量比为1g:7mL;步骤A2中,所述硼酸锌、改性二苯甲酮、无水乙醇和纯化水的用量比为3g:2g:20mL:6mL,所述硼酸锌的粒径为2-5μm。
4.根据权利要求1所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,所述改性聚硅氧烷由以下步骤加工得到:
B1、将烯丙基二甲氧基硅烷、1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷、(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷和无水乙醇加入到反应釜中搅拌,反应釜温度升高至55-65℃,向反应釜中加入氢氧化钠溶液,保温反应4-6h,后处理得到聚硅氧烷;
B2、将聚硅氧烷、交联剂、N,N-二甲基甲酰胺加入到氮气保护的反应釜中搅拌均匀,向反应釜中加入催化剂,反应釜温度升高至70-80℃,保温反应8-12h,后处理得到改性聚硅氧烷。
5.根据权利要求4所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,步骤B1中,所述烯丙基二甲氧基硅烷、1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷、(2-巯基乙基)三乙氧基硅烷的用量比为2mol:3mol:1mol,所述1,7-二甲氧基八甲基四硅氧烷、无水乙醇和氢氧化钠溶液的用量比为1g:5mL:1mL,所述氢氧化钠溶液的质量分数为10-20%;步骤B2中,所述聚硅氧烷、交联剂、N,N-二甲基甲酰胺和催化剂的用量比为10g:2g:35mL:0.1g,所述催化剂为铂炭。
6.根据权利要求4所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,所述交联剂由以下步骤加工得到:
C1、将季戊四醇、三氯氧磷加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至100-105℃,保温反应8-10h,反应完成之后,后处理得到中间体I;
C2、将中间体I、甲酸、N,N-二甲基甲酰胺、催化剂加入到氮气保护的反应釜中搅拌,反应釜温度升高至65-75℃,保温反应3-5h,后处理得到交联剂。
7.根据权利要求6所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,步骤C1中,所述季戊四醇、三氯氧磷的用量比为1mol:4mol;步骤C2中,所述中间体I、甲酸、N,N-二甲基甲酰胺、催化剂的用量比为2g:1g:7mL:0.2g,所述催化剂为吡啶。
8.根据权利要求1所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,所述复合型阻燃电缆料的成型方法为:将低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂加入到温度为140-150℃的开放式塑炼机中,混炼8-10min,然后向开放式塑炼机中分批次加入改性硼酸锌和改性聚硅氧烷,保温混炼20-30min,切粒,得到复合型阻燃电缆料。
9.根据权利要求1所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,所述护套层的成型方法为:
D1、将复合型阻燃电缆料加入到双螺杆挤出机中,熔融挤出包覆在线芯(100)的外部,降温固化,得到光伏线粗品;
D2、将光伏线粗品转移到装有紫外灯的辐射交联设备中进行紫外辐照交联,在线芯(100)的外部形成护套层(200)。
10.根据权利要求9所述的一种新能源光伏系统用铜合金光伏线,其特征在于,步骤D1中,所述双螺杆挤出机从进料端朝向出料端的8个温度区段的温度依次为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、175℃、175℃、180℃,双螺杆挤出机的主轴转速为10r/min,降温固化方式为水冷固化;步骤D2中,所述紫外辐照交联的温度为70-80℃,紫外灯的输出功率为3kW,辐照交联时间为25-35min。
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