CN119119611A - 一种聚烯烃高聚共混物及利用该聚烯烃高聚共混物的超高压电缆 - Google Patents

一种聚烯烃高聚共混物及利用该聚烯烃高聚共混物的超高压电缆 Download PDF

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Abstract

本发明属于电缆领域，提出一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯40～60份、聚苯乙烯10～20份、添加剂30～65份、增塑剂1～5份、阻燃复配剂10～50份、润滑剂1～3份、交联剂0.5～2份和改性助剂0～1份；还提出一种超高压电缆，包括多个缆芯，多个所述缆芯的外部依次设置有填充层、阻燃层、第一内护套、绝缘加强层、半导体绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、第二内护套、铠装层和外护套，第一内护套、第二内护套和外护套均本发明提供的一种聚烯烃高聚共混物制成。本发明从材料方面和结构方面对超高压电缆提出改进，提高超高压电缆的绝缘性和抗电击穿性能，延长其实际使用寿命，且阻燃性也得到提高，适合大规模推广。

Description

一种聚烯烃高聚共混物及利用该聚烯烃高聚共混物的超高压 电缆
技术领域
本发明属于电缆领域，涉及超高压电缆，尤其涉及一种聚烯烃高聚共混物及利用该聚烯烃高聚共混物的超高压电缆。
背景技术
电线电缆是电力基础设施建设、新型智能电网、新能源产业中必不可少的基础产品。超高压电缆是电力电缆的一种，是指用于传输275kv-800kv之间的电力电缆，多应用于电力传输和分配。
超高压电缆的绝缘层的厚度要远大于一般电线电缆的厚度，这样是为了防止出现高压击穿的情况。当电缆的绝缘层中存在水分以及其他诱发因素，如杂质、突起或者空间电荷)时，绝缘层在水分和电场的作用下就会形成一些微型通道，这些微通道多呈树状结构，又称“水树”。水树是诱发高压电缆损坏的主要因素，这是因为在超高压电缆正常工作时，水分子在电场的作用下会不断聚集在缺陷部位，导致绝缘层的机械损伤，从而扩大绝缘体的损伤。超高压电缆的绝缘性直接关系到其实际性能和寿命。因此，为了满足超高压电缆适用场景对其绝缘性能的要求，可以从材料和结构方面对超高压电缆提出合理的改进，以整体提高超高压电缆的实际性能，延长电缆实际使用寿命，降低电力维护成本。
发明内容
本发明针对上述的电缆料和超高压电缆所存在的技术问题，提出一种设计合理、阻燃性能和绝缘性能较好且有利于延长超高压电缆实际使用寿命的一种聚烯烃高聚共混物及利用该聚烯烃高聚共混物的超高压电缆。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯40～60份、聚苯乙烯10～20份；添加剂30～65份、增塑剂1～5份、阻燃复配剂10～50份、润滑剂1～3份、交联剂0.5～2份和改性助剂0～1份；所述添加剂包括1～5份微晶石蜡、25～50份工业炭黑和5～10份内增塑剂；所述改性助剂用于抑制水树且其包括山梨糖醇0.2～1份和抗氧化剂0.5～1份。
作为优选，所述内增塑剂为高活性低分子量聚异丁烯。
作为优选，所述阻燃复配剂包括聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、煤和蒙脱土。
一种超高压电缆，包括多个缆芯，所述缆芯包括导体和设置在每个导体外部的绝缘层和屏蔽层，多个所述缆芯的外部设置有填充层、阻燃层、绝缘加强层、半导体绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、铠装层和外护套，所述阻燃层与绝缘加强层之间设置有第一内护套，所述金属屏蔽层与铠装层之间设置有第二内护套，所述第一内护套、第二内护套和外护套均采用本发明提供的一种聚烯烃高聚共混物制成。
作为优选，所述第二内护套与铠装层之间设置有双层的干燥带绕包层。
作为优选，所述干燥带绕包层包括扁带套，所述扁带套的内表面设置有丝网层，所述丝网层的表面设置有干燥粉喷涂层。
作为优选，所述扁带套的两边通过滚压形成封边带，所述封边带之间设置有多个通过滚压形成的间隔带，所述间隔带将扁带套的内部分成沿其长度方向分布的夹层。
作为优选，所述缆芯的数量为4个且4个缆芯的中心设置有定位芯，所述定位芯的侧面为与缆芯侧面配合的曲面，所述定位芯的内壁为4个两两对称挤压的抛物面，4个所述抛物面构成位于定位芯中心的星型孔。
作为优选，所述定位芯的侧棱上设置有多个沿其长度方向均匀间隔分布的断口。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提供的一种聚烯烃高聚共混物，通过采用聚乙烯、聚异丁烯和聚苯乙烯共混可提高本材料的抗电击穿性能和绝缘性能，而且添加剂成分可提高本材料的阻燃性、耐腐蚀性和绝缘性；利用改性助剂可提高本材料抑制水树的性能，可进一步提高本材料的绝缘性，有利于提高电缆的抗电击穿性能。
2、本发明提供的一种超高压电缆，采用第一内护套、第二内护套和外护套作为多层防护，并且采用本发明提供的一种聚烯烃高聚共混物制成，能够配合本电缆内部的绝缘加强层和半导体绝缘屏蔽层来进一步提高本电缆的绝缘性，有利于提高本电缆的抗击穿性能，从而有利于延长本电缆的实际使用寿命。
3、本发明从材料方面和结构方面对超高压电缆提出改进，能够有效提高超高压电缆的绝缘性和抗电击穿性能，有利于延长其实际使用寿命，而且阻燃性能也得到提高，设计合理，适合大规模推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明提供的一种超高压电缆的截面图；
图2为本发明提供的干燥带绕包层的局部展开图；
图3为本发明提供的定位芯的局部轴测图；
图4为实施例1～7提供的一种聚烯烃高聚共混物的成分表；
图5为实施例1～7提供的一种聚烯烃高聚共混物的性能表；
以上各图中，1、缆芯；2、填充层；3、阻燃层；4、第一内护套；5、绝缘加强层；6、半导体绝缘屏蔽层；7、金属屏蔽层；8、第二内护套；9、干燥带绕包层；91、扁带套；92、丝网层；93、封边带；94、间隔带；10、铠装层；11、外护套；12、定位芯；121、星型孔；122、断口。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1～7，如图4～5所示，本发明提供的一种聚烯烃高聚共混物在不同组分下的性能，其中每个组分的单位为份。具体地：
实施例1，本实施例提供的一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯55份、聚苯乙烯10份；添加剂40份、增塑剂2份、阻燃复配剂50份、润滑剂1份、交联剂0.5和改性助剂0.2份；所述添加剂包括2份微晶石蜡、30份工业炭黑和8份内增塑剂；所述改性助剂用于抑制水树且其包括山梨糖醇0.1份和抗氧化剂0.1份。
实施例2，本实施例提供的一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯20份、聚苯乙烯10份；添加剂40份、增塑剂2份、阻燃复配剂50份、润滑剂1份、交联剂0.5和改性助剂0.2份；所述添加剂包括2份微晶石蜡、30份工业炭黑和8份内增塑剂；所述改性助剂用于抑制水树且其包括山梨糖醇0.1份和抗氧化剂0.1份。
实施例3，本实施例提供的一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚苯乙烯10份；添加剂40份、增塑剂2份、阻燃复配剂50份、润滑剂1份、交联剂0.5和改性助剂0.2份；所述添加剂包括2份微晶石蜡、30份工业炭黑和8份内增塑剂；所述改性助剂用于抑制水树且其包括山梨糖醇0.1份和抗氧化剂0.1份。
实施例4，本实施例提供的一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯55份；添加剂40份、增塑剂2份、阻燃复配剂50份、润滑剂1份、交联剂0.5和改性助剂0.2份；所述添加剂包括2份微晶石蜡、30份工业炭黑和8份内增塑剂；所述改性助剂用于抑制水树且其包括山梨糖醇0.1份和抗氧化剂0.1份。
实施例5，本实施例提供的一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯55份、聚苯乙烯10份；添加剂40份、增塑剂2份、阻燃复配剂50份、润滑剂1份、交联剂0.5和改性助剂0.2份；所述添加剂包括2份微晶石蜡和38份工业炭黑；所述改性助剂用于抑制水树且其包括山梨糖醇0.1份和抗氧化剂0.1份。
实施例6，本实施例提供的一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯55份、聚苯乙烯10份；添加剂40份、增塑剂2份、阻燃复配剂50份、润滑剂1份和交联剂0.5；所述添加剂包括2份微晶石蜡、30份工业炭黑和8份内增塑剂。
实施例7，本实施例提供的一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯55份、聚苯乙烯10份；添加剂40份、增塑剂2份、阻燃复配剂50份、润滑剂1份、交联剂0.5和改性助剂0.2份；所述添加剂包括2份微晶石蜡、30份工业炭黑和8份内增塑剂；所述改性助剂包括抗氧化剂0.2份。
实施例1～4形成对照组：通过控制聚异丁烯和聚苯乙烯在电缆料中的掺比，进行了击穿试验、拉伸强度、断裂伸长率试验、耐热性实验和阻燃性实验，由此可知，通过加入聚异丁烯和聚苯乙烯可有效提高电缆的绝缘性能。聚异丁烯的化学结构、低氯含量和高纯度有效地阻止了其在电应力下的氧化和气体析出，有利于提高电缆的抗电击穿性能，而且聚异丁烯可以提高电缆制品的着色性能。
实施例1、5形成对照组；通过对照可知含有内增塑剂的聚烯烃高聚共混物断裂伸长率和拉伸强度较高，内增塑剂的掺比有益提高电缆料的机械性能。关于添加剂中的微晶石蜡，微晶石蜡在橡胶中的迁移速度相对较慢，形成保护膜的时间稍长，防护周期较长，有利于改善电缆的抗老化性能，并且也有利于改善电缆的防潮密封性。适量掺比的工业炭黑能够提高电缆的表面光滑度，对抑制电缆水树具有积极作用，所以可以提高超高压电缆在电场增强时的抗击穿性能。
实施例1、6、7形成对照组:由于山梨糖醇成核剂能够减小球晶尺寸，使水树不易发展，大大减少水树的引发概率和水树长度，可抑制电缆料中的水树发展；同时，通过对照可知，改性助剂中的山梨糖醇能够有效改善电缆料的绝缘性能和抗电击穿性能，并且与抗氧化剂相辅相成地提高了电缆的机械性能、耐热性和阻燃性。
为了提高内增塑剂对电缆料机械性能的改善作用，本发明提供的所述内增塑剂采用高活性低分子量聚异丁烯，高活性低分子量聚异丁烯既起到润滑剂的的作用，尤其到增塑剂的作用，可以以提高聚合物的可塑性，降低熔体粘度和玻璃化转变温度，并改善加工性能。
为了提高本电缆料的阻燃性能，本发明提供的阻燃复配剂包括聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、煤和蒙脱土。阻燃复配剂可与聚乙烯、聚异丁烯、聚苯乙烯通过原位聚合方式得到煤基聚烯烃蒙脱土纳米复合材料。聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺复配形成膨胀性阻燃剂，其与煤、蒙脱土具有阻燃协同作用；进一步地，由于纳米粒子的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等,赋子了聚合物纳米复合材料许多新特性,如力学、热学、光学、电磁学和气体阻隔性能等都较常规有机/无机复合材料有明显提高。因此，煤基聚烯烃蒙脱土纳米复合材料具有显著的增强和气体阻隔性能,能够有效提高电缆料的氧指数，提高电缆的阻燃性。
如图1、图2和图3所示，本发明提供的一种超高压电缆，包括多个缆芯1，所述缆芯1包括导体和设置在每个导体外部的绝缘层和屏蔽层，多个所述缆芯1的外部设置有填充层2、阻燃层3、绝缘加强层5、半导体绝缘屏蔽层6、金属屏蔽层7、铠装层10和外护套11。在此基础上，本发明特别在阻燃层3与绝缘加强层5之间设置有第一内护套4，金属屏蔽层7与铠装层10之间设置有第二内护套8，第一内护套4、第二内护套8和外护套11均采用本发明提供的一种聚烯烃高聚共混物制成。其中，第一内护套4、第二内护套8和外护套11具有较好的绝缘性能和抗电击穿性能，其与绝缘加强层5、半导体绝缘屏蔽层6相配合地，增加了超高压电缆的绝缘层厚度，并且形成的整个护套的光滑性得到有效的改善，不仅从材料方面抑制了水树的发展，从物理结构的设计上也充分且有效地提高了电缆的绝缘性和抗电击穿性能，从而延长本超高压电缆的实际使用寿命。
为了提高电缆内部的干燥性能，本发明在第二内护套8与铠装层10之间设置有双层的干燥带绕包层9。通过提供干燥带绕包层9可以作为防水阻隔，避免外部水汽向电缆内部渗透，避免提供水树发展的物理条件。
为了干燥带绕包层9的绕包性能和干燥粉附着性能，本发明提供的干燥带绕包层9包括扁带套91，扁带套91的内表面设置有丝网层92，丝网层92的表面设置有干燥粉喷涂层。这样的话，利用扁带套91的扁平特点能够令其有效绕包在超高压电缆的内部，在第二内护套8上形成连续的、完整的包裹面；同时，丝网层92可提供致密的喷涂基础面，利用致密喷涂的干燥粉喷涂层可令干燥带绕包层9在充分发挥干燥性能的基础上，具有较小的单位截面，不会形成大范围的鼓包，并且切割之后的电缆断面上也不会有明显的干燥粉脱落。
进一步地，本发明提供的扁带套91的两边通过滚压形成封边带93，封边带93之间设置有多个通过滚压形成的间隔带94，间隔带94将扁带套91的内部分成沿其长度方向分布的夹层。其中，间隔带94可提高相邻夹层之间的独立性，可在滚压过程中提高扁平套整体的平整度，有利于参与绕包过程；经过滚压的封边带93可令绕包后的干燥带绕包层9具有一定的重叠度，从而更好地保证其干燥保护范围的完整性和连续性。
为了提高超高压电缆内部缆芯1的定位性能，本发明提供的缆芯1的数量为4个且4个缆芯1的中心设置有定位芯12，定位芯12的侧面为与缆芯1侧面配合的曲面，由既定曲面关系来对相邻缆芯1的挤出位置进行定位。考虑到超高压电缆的回收问题，本发明设计的定位芯12的内壁为4个两两对称挤压的抛物面，4个所述抛物面构成位于定位芯12中心的星型孔121。这样的话，在回收超高压电缆的时候，将剥离设备和切割设备的工作面从星型孔121的棱边位置划开可同时分离四个缆芯1，减小了电缆中心的挤压力和摩擦力，有利于提高回收缆芯1的效率。
进一步地，本发明在定位芯12的侧棱上设置有多个沿其长度方向均匀间隔分布的断口122，所述断口122为剥离设备和切割设备分离定位芯12时提供了剪力口，能够减小剥离阻力，进一步提高机械回收缆芯1的效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种聚烯烃高聚共混物，按重量份数计包括以下组分：聚乙烯100份、聚异丁烯40～60份、聚苯乙烯10～20份、添加剂30～65份、增塑剂1～5份、阻燃复配剂10～50份、润滑剂1～3份、交联剂0.5～2份和改性助剂0～1份；
所述添加剂包括1～5份微晶石蜡、25～50份工业炭黑和5～10份内增塑剂；
所述改性助剂用于抑制水树且其包括山梨糖醇0.2～1份和抗氧化剂0.5～1份。
2.根据权利要求1所述的一种聚烯烃高聚共混物，其特征在于，所述内增塑剂为高活性低分子量聚异丁烯。
3.根据权利要求2所述的一种聚烯烃高聚共混物，其特征在于，所述阻燃复配剂包括聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、煤和蒙脱土。
4.一种超高压电缆，包括多个缆芯，所述缆芯包括导体和设置在每个导体外部的绝缘层和屏蔽层，多个所述缆芯的外部设置有填充层、阻燃层、绝缘加强层、半导体绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、铠装层和外护套，其特征在于，所述阻燃层与绝缘加强层之间设置有第一内护套，所述金属屏蔽层与铠装层之间设置有第二内护套，所述第一内护套、第二内护套和外护套均采用权利要求1～3任一所述的一种聚烯烃高聚共混物制成。
5.根据权利要求4所述的一种超高压电缆，其特征在于，所述第二内护套与铠装层之间设置有双层的干燥带绕包层。
6.根据权利要求5所述的一种超高压电缆，其特征在于，所述干燥带绕包层包括扁带套，所述扁带套的内表面设置有丝网层，所述丝网层的表面设置有干燥粉喷涂层。
7.根据权利要求6所述的一种超高压电缆，其特征在于，所述扁带套的两边通过滚压形成封边带，所述封边带之间设置有多个通过滚压形成的间隔带，所述间隔带将扁带套的内部分成沿其长度方向分布的夹层。
8.根据权利要求4或7所述的一种超高压电缆，其特征在于，所述缆芯的数量为4个且4个缆芯的中心设置有定位芯，所述定位芯的侧面为与缆芯侧面配合的曲面，所述定位芯的内壁为4个两两对称挤压的抛物面，4个所述抛物面构成位于定位芯中心的星型孔。
9.根据权利要求8所述的一种超高压电缆，其特征在于，所述定位芯的侧棱上设置有多个沿其长度方向均匀间隔分布的断口。
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