一种耐候架空绝缘电缆及其制备方法与流程

本技术涉及高分子材料制备的，更具体地说，它涉及一种耐候架空绝缘电缆及其制备方法。

背景技术：

1、架空绝缘电缆指‌装有耐候绝缘层（部分含屏蔽或加强芯）的架空导线，因其长期暴露于户外复杂环境中，易受紫外线、温差及湿热等因素影响而发生光氧老化，导致绝缘层龟裂、介电强度下降，严重威胁电网安全。为改善传统绝缘材料的耐候缺陷，行业普遍采用交联技术以构建三维网状分子结构，并辅以光稳定剂、抗氧剂等助剂体系，以期提高绝缘层的耐候性。虽然交联可以提高耐老化性能，但若工艺控制不当，残留的交联副产物反而会导致绝缘层的耐热氧老化等耐候性能下降。

2、公开号为cn122011548a的专利申请文件公开了一种高韧性xlpe架空绝缘电缆，其包括电缆芯和绝缘层，绝缘层通过绝缘材料制得，所述绝缘材料包括如下重量份的原料：低密度聚乙烯50~60份、线性低密度聚乙烯15~25份、高密度聚乙烯15~25份、改性纳米无机填料8~12份、双端乙烯基硅油6~14份、引发剂8~12份、光稳定剂0.5~1份和抗氧剂0.1~1份和润滑剂0.2~1份；所述改性纳米无机填料由纳米无机填料通过硅烷偶联剂改性制得；所述引发剂为过氧化苯甲酰。

3、该方案中，虽然改性纳米无机填料和双端乙烯基硅油的引入在一定程度上提升了材料的韧性，但该配方中高达8~12份的过氧化苯甲酰引发剂用量会导致聚乙烯基体发生过度交联或产生严重的链断裂副反应，破坏高分子链的规整性，在户外紫外线和热循环作用下极易诱发微裂纹萌生与扩展。此外，较高占比的双端乙烯基硅油在过氧化苯甲酰引发产生的自由基环境下可能参与自由基副反应，生成不稳定交联结构，在紫外长期作用下可能发生氧化降解，影响绝缘层介电稳定性。

技术实现思路

1、为了提高电缆的耐候性，本技术提供一种耐候架空绝缘电缆及其制备方法。

2、一种耐候架空绝缘电缆，包括导体和包覆在导体外的绝缘层，所述绝缘层由a母粒与b母粒混合后挤包于导体表面，再经湿气交联固化得到；按质量份计，所述a母粒的制备原料包括：复合聚乙烯树脂100份，乙烯基三甲氧基硅烷2~5份，丙烯酸酯改性腰果酚3~8份，2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基甲基丙烯酸酯0.4~1份，三烯丙基异氰脲酸酯0.8~1.5份，过氧化二异丙苯0.4~0.8份，抗氧剂0.3~0.5份；所述b母粒的制备原料包括：复合聚乙烯树脂100份，硅烷化无机填料25~45份，相容剂8~15份，二月桂酸二丁基锡‌0.5~2份，抗氧剂0.3~0.5份和润滑剂0.2~0.5份。

3、优选的，所述a母粒和b母粒的质量比为（75~80）:（20~25）。

4、本方案中，在a母粒制备中，过氧化二异丙苯引发各功能单体接枝至聚乙烯主链并伴随少量c-c键形成；丙烯酸酯改性腰果酚凭借长烷基侧链和苯环结构赋予基体柔韧性、疏水性及热稳定性， 2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基甲基丙烯酸酯则通过捕获自由基抑制光降解。b母粒中的无机填料提供紫外屏蔽，与抗氧剂协同构建多重防护体系，提升抗黄变、抗粉化能力及长期耐候性。最终在催化作用下，接枝硅烷基团水解缩合形成致密si-o-si无机交联网络，与基体物理缠结及c-c交联点构成复合结构，提高交联密度并限制分子链运动，从而降低氧气渗透速率，实现绝缘层的高性能化。

5、优选的，所述丙烯酸酯改性腰果酚的制备方法，包括如下步骤：

6、在惰性气氛下，将腰果酚和甲基丙烯酸缩水甘油酯加入反应器中，加入甲苯、催化剂和阻聚剂混匀，升温至100~110℃，反应5~6h，冷却，洗涤，干燥，减压蒸馏，得到丙烯酸酯改性腰果酚。

7、本方案中，在催化作用下，腰果酚分子中的酚羟基对甲基丙烯酸缩水甘油酯中的环氧基团进行亲核进攻，导致环氧环开环；开环后，腰果酚的氧原子与甲基丙烯酸缩水甘油酯侧链连接，同时在侧链上生成一个仲羟基，从而将含有碳碳双键的甲基丙烯酸酯基团接枝到腰果酚骨架上。

8、优选的，所述腰果酚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、催化剂和阻聚剂的摩尔比为1:（1.05~1.1）:（0.01~0.015）:（0.001~0.0015）。

9、优选的，所述催化剂为三苯基膦。

10、优选的，所述阻聚剂为对羟基苯甲醚。

11、优选的，所述硅烷化无机填料采用的硅烷为辛基三乙氧基硅烷。

12、优选的，所述硅烷化无机填料的制备方法，包括如下步骤：

13、将纳米二氧化硅和纳米氧化锌混合分散于乙醇水溶液中，加入辛基三乙氧基硅烷，调节ph至4.0~5.0，于60~80℃，反应4~6h，固液分离，洗涤，干燥，得到硅烷化无机填料。

14、优选的，所述辛基三乙氧基硅烷的用量为纳米二氧化硅和纳米氧化锌总质量的3%~5%。

15、本方案中，辛基长链能有效赋予无机填料疏水性，改善其在聚乙烯基体中的分散性，同时填料表面乙氧基可在湿气固化阶段水解缩合，参与形成si-o-si网络，增强绝缘层的致密性和耐水树性能。

16、优选的，所述硅烷化纳米二氧化硅和硅烷化纳米氧化锌的质量比为（1~3）:1。

17、优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，接枝率为0.5%~2%。

18、优选的，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168。

19、优选的，所述润滑剂为聚乙烯蜡和/或乙撑双硬脂酸酰胺。

20、优选的，所述复合聚乙烯树脂包括线性低密度聚乙烯50~60份、低密度聚乙烯20~25份和茂金属聚烯烃弹性体20~25份。

21、本方案中，线性低密度聚乙烯提供基础力学强度和耐环境应力开裂性能，低密度聚乙烯提升硅烷接枝效率，茂金属聚烯烃弹性体赋予低温韧性，三者协同实现绝缘材料在机械性能、耐温性及耐环境应力开裂性能上的综合提升。

22、优选的，所述a母粒还包括0.3~0.6质量份的2-苯氧基乙基丙烯酸酯。

23、本方案中2-苯氧基乙基丙烯酸酯含有可自由基聚合的丙烯酸酯双键，在a母粒制备过程中参与自由基共接枝，化学键合于聚乙烯分子链；分子侧链的苯氧芳环结构可赋予绝缘材料一定紫外吸收能力，提升高分子链光热稳定性。

24、优选的，所述b母粒还包括0.1~0.3质量份的二异丙氧基双乙酰丙酮钛。

25、本方案中，二异丙氧基双乙酰丙酮钛通过‌调控体系水活度与水解动力学‌，在b母粒储存及a/b共混挤出阶段‌抑制烷氧基组分的提前水解与自缩合；在后续湿气固化高温高湿环境下，促使水解缩合反应‌集中发生于固化工序‌，有利于改善交联网络的均一性与完整性。

26、本技术还提供一种耐候架空绝缘电缆的制备方法，包括如下步骤：

27、s1：将复合聚乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯酸酯改性腰果酚、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、过氧化二异丙苯、抗氧剂以及可选加入的2-苯氧基乙基丙烯酸酯混匀后，投入双螺杆挤出机，挤出，造粒，干燥，得到a母粒；

28、s2：在相对湿度≤45%的条件下，将复合聚乙烯树脂、硅烷化无机填料、相容剂、二月桂酸二丁基锡、抗氧剂、润滑剂以及可选加入的二异丙氧基双乙酰丙酮钛混匀后，投入双螺杆挤出机，挤出，造粒，干燥，得到b母粒；

29、s3：将a母粒与b母粒按照配比混匀后，挤包于导体外表面形成绝缘层，湿气固化后，得到耐候架空绝缘电缆。

30、本方案中，将a母粒与b母粒按照预定配比物理混匀后，通过挤出机挤包于导体外表面形成绝缘层。随后进行湿气固化，在此过程中，接枝在聚乙烯链上的硅烷基团在水分和二月桂酸二丁基锡催化作用下发生水解缩合，形成si-o-si三维网络；同时，a母粒中形成的c-c键节点与si-o-si网络相互贯穿，构成互穿聚合物网络或复合交联结构，最终获得兼具优异绝缘性能、力学性能及长期耐紫外、耐热氧老化性能的耐候架空绝缘电缆。

31、优选的，步骤s1中，所述双螺杆挤出机各区温度设定：一区100~110℃、二区145~160℃、三区165~175℃、四区170~175℃、机头165~170℃。

32、优选的，步骤s2中，所述双螺杆挤出机各区温度设定：一区110~120℃、二区130~140℃、三区140~150℃、四区140~150℃、机头135~145℃。

33、优选的，步骤s3中，所述湿气固化为于90~95℃的温水浴中进行湿气交联固化6~12h。

34、优选的，步骤s3中，所述挤包温度为165~170℃。

35、综上所述，本技术具有以下有益效果：

36、本技术基于双母粒体系的多组分协同改性机制。首先通过制备a母粒，在聚乙烯分子链上同时接枝硅烷交联基团、丙烯酸酯改性腰果酚、光稳定基团以及三烯丙基异氰脲酸酯改性单元，利用多单体间的协同效应提升材料的耐环境应力开裂性、抗紫外线老化能力及力学强度；其次，制备含有硅烷化无机填料及催化体系的b母粒，以增强材料的结构稳定性与固化效率；最后，将a、b母粒按比例混合并挤包于导体表面，经湿气固化形成高性能绝缘层。