一种绿色环保架空绝缘电缆及其制备方法与流程

本技术涉及电缆材料领域，特别是涉及一种绿色环保架空绝缘电缆及其制备方法。

背景技术：

1、架空绝缘电缆作为城市配电网和农村电网改造中的关键电力传输设备，因其兼具架空线路施工便捷和电缆绝缘可靠性等多重优势，已在人口密集城区、树木茂密地区以及沿海盐雾地区等各类复杂环境中得到广泛应用。随着全球对环境保护和可持续发展的日益重视，电力行业对电缆产品的绿色环保性能也提出了更高需求。因此，兼具优良电气性能与绿色环保特性的架空绝缘电缆，已成为本领域技术发展的重要方向。

2、以往架空绝缘电缆的绝缘层主流材料主要包括交联聚乙烯和逐渐淘汰的聚氯乙烯两大类，其中，交联聚乙烯属于热固性材料，加热时不显示流动性，导致材料回收再利用极为困难，同时，交联聚乙烯的生产过程工序复杂，周期长、能耗高，而且交联过程中会产生污染性副产物气体，不利于环保要求。而针对环保要求，近年来的现有技术已尝试采用热塑性聚丙烯替代传统的交联聚乙烯，利用聚丙烯可熔融再生的特性实现绝缘层回收利用，同时其生产过程进一步简化，可显著降低生产能耗和碳排放。

3、现有专利申请cn120248496a提供了一种低烟无卤的环保型绝缘电缆料，主要原料包括环保性的交联聚丙烯以及辅助添加剂。其主要通过辅助添加剂中的石墨烯和氮化硼进行活化，在二者表面修饰双键结构，混合得到复合填料，在球磨过程中经过球磨改性剂改性后，与聚丙烯材料混合熔融挤出的方案，声称得到一种阻燃和力学性能强的环保型绝缘电缆料；但其并未就该类聚丙烯绝缘料的高温力学性进行改进，在注重阻燃性的基础上无视了其存在的电气性能不足以及耐候性不足的技术问题，极大地限制了其适用环境。

4、因此，综上所有问题，开发一种兼具优异热力学性能、电气性能、介电损耗和耐候性的绿色环保架空绝缘电缆，成为了本领域技术人员所面临的最重要的课题之一。

技术实现思路

1、为了解决上述相关问题，申请人提供了以下技术方案以实现：

2、一种绿色环保架空绝缘电缆，其结构由内至外包括导体层、包裹层、绝缘层以及护套层。

3、优选方案，所述导体层为紧压圆形铜绞线，铜纯度≥99.95%。

4、优选方案，所述导体层的截面规格为50mm2或70mm2。

5、优选方案，所述包裹层由电熔氧化镁粉包裹形成。

6、优选方案，所述电熔氧化镁粉的平均目数为100~400目。

7、优选方案，所述电熔氧化镁粉的平均目数为200~300目。

8、优选方案，所述包裹层厚度为2~3.5mm。

9、优选方案，所述绝缘层厚度为2~3mm。

10、优选方案，所述绝缘层，以质量份计，原料包括：聚丙烯100~110份、聚烯烃弹性体20~30份、疏水二氧化硅4~6份、β晶型成核剂1~2份、分散剂2~4份、抗氧剂0.3~0.5份、电荷抑制剂1.5~3份、润滑剂0.4~0.8份、热稳定剂1~2份、增强组合剂8~10份。

11、优选方案，所述聚丙烯、电荷抑制剂和增强组合剂的质量比为（100~108）：（2~3）：（8~9）。

12、优选方案，所述聚丙烯、电荷抑制剂和增强组合剂的质量比为（100~105）：（2.3~2.5）：（8.6~9）。

13、优选方案，所述聚丙烯具体为共聚聚丙烯k8003，中石化燕山石化。

14、优选方案，所述聚烯烃弹性体具体为engage-8150，美国陶氏化学。

15、优选方案，所述疏水二氧化硅的平均粒径为10~30nm。

16、优选方案，所述疏水二氧化硅的平均粒径为10~20nm。

17、优选方案，所述β晶型成核剂为tmb-5。

18、优选方案，所述分散剂为聚乙烯蜡接枝马来酸酐。

19、优选方案，所述聚乙烯蜡接枝马来酸酐的接枝率为1~1.5%。

20、优选方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的组合。

21、优选方案，所述抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为（0.8~1）：（2~2.5）。

22、优选方案，所述电荷抑制剂为苯偶酰和4,4’-二羟基二苯甲酮的组合。

23、优选方案，所述苯偶酰和4,4’-二羟基二苯甲酮的质量比为（1~1.5）：（2~2.5）。

24、优选方案，所述苯偶酰和4,4’-二羟基二苯甲酮的质量比为（1~1.2）：（2~2.2）。

25、本技术中苯偶酰与4,4’-二羟基二苯甲酮在聚丙烯基体中构建了递进的电荷陷阱网络，两者的相互作用交错分布，使得浅陷阱捕获低能载流子后将其逐级递送至深陷阱中被稳定束缚，形成从浅到深的协同路径，有效抑制空间电荷的积聚与电场畸变，显著提升绝缘层的电气性能，降低介电损耗，并确保其长期使用时的可靠性。

26、优选方案，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙和乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。

27、优选方案，所述润滑剂为硬脂酸锌。

28、优选方案，所述热稳定剂为液体钙锌复合热稳定剂，中国山东航灏新材料。

29、优选方案，所述增强组合剂为端羟基超支化聚酯、马来酸酐接枝聚丙烯和三羟甲基丙烷的组合。

30、优选方案，所述端羟基超支化聚酯、马来酸酐接枝聚丙烯和三羟甲基丙烷的质量比为（2~3）：（3~4）：（0.8~1.2）。

31、优选方案，所述端羟基超支化聚酯、马来酸酐接枝聚丙烯和三羟甲基丙烷的质量比为（2.2~2.6）：（3.3~3.5）：（0.8~1）。

32、优选方案，所述端羟基超支化聚酯的羟值为500~600mgkoh/g，分子量为1000~1500da。

33、优选方案，所述端羟基超支化聚酯具体为hyper-h202，中国武汉超支化树脂科技。

34、本技术进一步加入的增强组合剂构建以三羟甲基丙烷为刚性交联节点、超支化聚酯为柔性支链的星形化学键合网络，将各组分化学锚定于聚丙烯基体，抑制小分子迁移析出以延缓老化，另一方面通过交联点增强分子链间作用力，提升材料的热力学性能，并且同步赋予电缆优异的耐候性。

35、优选方案，所述护套层厚度为1.5~2mm。

36、优选方案，所述护套层，以质量份计，原料包括：低密度聚乙烯70~80份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20~30份、氢氧化镁30~40份、硼酸锌8~12份、聚乙烯蜡1.5~2份、抗氧剂10760.3~0.5份。

37、优选方案，所述低密度聚乙烯为2426h，中石化茂名石化。

38、优选方案，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的va含量为16~18%。

39、优选方案，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物具体为eva18-3，法国阿科玛。

40、优选方案，所述氢氧化镁的平均粒径为1~2μm。

41、优选方案，所述氢氧化镁的平均粒径为1~1.5μm。

42、一种上述绿色环保架空绝缘电缆的制备方法，具体包括以下步骤：s1：在导体层采用振动填充工艺均匀包覆电熔氧化镁粉，形成包裹层；s2：将绝缘层原料加入高速混合机中高速混合直至各组分混合均匀，将混合物料加入双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，拉条切粒，得到绝缘层粒料，后将绝缘层粒料在单螺杆挤出机中，于包覆层外挤出，挤出后冷却得到绝缘层；s3：将护套层原料加入高速混合机中高速混合，之后同样加入双螺杆挤出机挤出，拉条切粒，得到护套层粒料，最后将护套层粒料加入单螺杆挤出机，于绝缘层外挤出，形成护套层，最后经分段水冷后冷却至室温，收卷即得。

43、优选方案，所述绿色环保架空绝缘电缆的制备方法，具体包括以下步骤：s1：在导体层采用振动填充工艺均匀包覆电熔氧化镁粉，形成包裹层；s2：将绝缘层原料加入高速混合机中，在600~800rpm下高速混合25~30min，直至各组分混合均匀，将混合物料加入双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，加料段165~175℃、熔融段180~190℃、均化段190~200℃、机头温度195~205℃，螺杆转速120~180rpm，物料经挤出后拉条切粒，得到绝缘层粒料，后将绝缘层粒料在单螺杆挤出机中，于包覆层外挤出，挤出温度段为加料段165~175℃、压缩段185~195℃、均化段195~200℃、机头200~205℃，挤出速度为10~15m/min，挤出后冷却得到绝缘层；s3：将护套层原料加入高速混合机中，在600~800rpm下高速混合25~30min，之后同样加入双螺杆挤出机挤出，加料段140~150℃、熔融段160~170℃、均化段170~180℃、机头温度175~185℃，螺杆转速控制在100~150rpm，拉条切粒，得到护套层粒料，最后将护套层粒料加入单螺杆挤出机，于绝缘层外挤出，挤出温度段为加料段140~150℃、压缩段160~170℃、均化段170~180℃、机头175~185℃，挤出速度为8~10m/min，形成护套层，最后经一段水温50~60℃、二段水温20~30℃分段水冷后冷却至室温，收卷即得。

44、本技术方案的有益效果：

45、1、本技术制得的架空绝缘电缆具有优异的电气可靠性和长期运行稳定性，在高电场条件下介电损耗低、绝缘性能持久，且同时具备良好的热力学性能，耐热变形能力强，在长期负载下尺寸稳定、不易老化脆裂，能够有效延长电缆使用寿命，此外，该电缆采用环境友好型材料，生产过程中的能耗显著降低，且退役后绝缘材料可回收再利用，符合绿色环保的可持续发展要求，满足了对线路安全性和环保性要求较高的城市配电网及复杂环境下的轻型架空绝缘电缆的要求。

46、2、本技术加入的电荷抑制剂，以苯偶酰与4,4’-二羟基二苯甲酮在聚丙烯基体中构建了递进的电荷陷阱网络，形成从浅到深的协同路径，有效抑制空间电荷的积聚与电场畸变，显著提升绝缘层的电气性能，降低介电损耗，并确保其长期使用时的可靠性。

47、3、本技术加入的增强组合剂构建以三羟甲基丙烷为刚性交联节点、超支化聚酯为柔性支链的星形化学键合网络，将各组分化学锚定于聚丙烯基体，抑制小分子迁移析出以延缓老化，另一方面通过交联点增强分子链间作用力，提升材料的热力学性能，并且同步赋予电缆优异的耐候性。