一种耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料及其制备方法与流程

1.本发明属于电线电缆材料技术领域，特别涉及一种耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料及其制备方法。


背景技术：

2.架空电线电缆与人们的工作生活是分不开的，几乎每个地方都可能用到架空电线电缆。随着经济的不断发展，架空电线电缆的用量在不断倍增，其中，硅烷交联架空聚乙烯绝缘料具有体积电阻率高、介电损耗小、耐热老化性能好、耐应力开裂性能好、易加工和廉价等特点，使其在电线电缆中的用量也随之倍增。
3.目前，交联聚乙烯主要采用过氧化物交联、辐照交联和硅烷交联三种方式获得，其中，硅烷交联聚乙烯是通过接枝或共聚的方式在聚乙烯主链上引入可交联的烷氧基硅烷制得。由于硅烷交联不需要专门的交联设备，工艺控制比较简单，并且获得的电缆料电气性能优异，因此在中低压电线电缆领域具有无可比拟的优势。但是，架空电线电缆往往工作环境比较严苛，因此对于现阶段的硅烷交联聚乙烯架空绝缘料的耐气候性能又提出更高的要求，同时硅烷交联聚乙烯架空绝缘料又需要满足jb/t 10260
‑
2014产品指标要求，其中“如何高效添加高含量炭黑母料，同时保证炭黑的均匀分散性”成为了技术的关键问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料及其制备方法；该制备方法采用硅烷交联工艺所得的架空绝缘料在高炭黑含量下具有显著的耐气候性能，同时具有体积电阻率高、介电损耗小、耐热老化性能好、耐应力开裂性能好、易加工和廉价的优点。
5.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
6.一种耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料，其制备原料是由a料和b料组成，且a料和b料的重量比为80
‑
98:3
‑
15；
7.其中的a料按重量份数包括以下组分：
[0008][0009]
其中的b料按重量份数包括以下组分：
[0010][0011][0012]
a料和b料中的聚乙烯树脂的密度为0.910
‑
0.925g/cm3，其中，聚乙烯树脂1在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为1.5
‑
2.5g/10min，聚乙烯树脂2在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为18
‑
22g/10min；
[0013]
a料中的聚丙烯树脂在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为0.5
‑
2.5g/10min。
[0014]
进一步的，a料中的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种；a料中的引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁烷、过氧化二苯甲烷中的至少一种。
[0015]
进一步的，a料中的润滑剂由如下重量份数的组分组成：
[0016][0017]
其中，所述氟橡胶中含氟聚合物的含量在14
‑
26％。
[0018]
进一步的，a料和b料中的抗氧剂为抗氧剂300、抗氧剂1076、抗氧剂at
‑
10、抗氧剂dltp中的至少一种。
[0019]
进一步的，a料中的抗铜剂为抗铜剂1024、抗铜剂905中的一种或两种的混合物；a料中的除水剂为三甲氧基甲烷。
[0020]
进一步的，b料中的催化剂为二月桂酸二丁基锡；b料中的黑色母料中碳黑含量为44
‑
46％。
[0021]
进一步的，b料中的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硅酮中的至少一种。
[0022]
本发明进一步提供了一种耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料的制备方法，
[0023]
其中，a料的制备方法包括如下步骤：
[0024]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、聚丙烯树脂和润滑剂按比例混合，混合时间大于0.5h，然后在65℃的干燥仓内进行干燥；
[0025]
(2)将硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、抗铜剂和除水剂按比例称量并混合，磁力搅拌至完全溶解，加入注液枪内；
[0026]
(3)将步骤(1)中干燥后的混合树脂经过双螺杆挤出机挤出，注液枪同时按比例在双螺杆挤出机的三区进行注液；其中，双螺杆挤出机的加热温度为160
‑
210℃；
[0027]
(4)挤出后的熔体进入单螺杆挤出机中进行挤出，其中单螺杆挤出机的加热温度为140
‑
160℃；挤出后，水切造粒，然后脱水离心，振动筛选，过沸腾床后进行成品真空打包；
[0028]
b料的制备方法包括如下步骤：
[0029]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、润滑剂、催化剂、抗氧剂、黑色母料按比例称量，放入高混机进行混合均匀，得到混合物；
[0030]
(2)将步骤(1)得到的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，其中双螺杆挤出机的加热温度为140
‑
220℃；挤出后造粒再经过摇滚机进行干燥，最后成品打包；
[0031]
将a料和b料按照比例进行混合，得到该耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料。
[0032]
本发明的有益效果是：
[0033]
本发明通过制备a料和b料的方式制备硅烷交联聚乙烯架空绝缘料，通过对a料和b料的最优配比的调整，使得绝缘料中的炭黑分散均匀，减少炭黑团聚的问题。
[0034]
本发明在制备a料和b料时均采用两种熔融指数的聚乙烯树脂，可以对绝缘料的熔融指数进行调整，在保证绝缘料加工过程中的较好流动性的同时，又可保证绝缘料具有较高的机械强度。
[0035]
本发明采用硅烷交联工艺，并采用制备a料和b料的方式制备硅烷交联聚乙烯架空绝缘料，获得的绝缘料的炭黑含量大于2％，且炭黑分散均匀，适用于10kv及以下的架空电
缆，可使导体长期允许最高工作温度为90℃；该硅烷交联聚乙烯架空绝缘板料具有显著的耐气候性能，同时具有体积电阻率高、介电损耗小、耐热老化性能好、耐应力开裂性能好、易加工和廉价等优点。
[0036]
本发明获得的架空绝缘料无预交联现象出现，所得线缆的表面光滑，加工过程挤出速度快，并可以保证较好的耐击穿性，且其热延伸、热收缩性能指标余量大，生产过程中挤出排料浪费少。
具体实施方式
[0037]
下面将结合具体实施例对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
本发明提供了一种耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料，其制备原料是由a料和b料组成，且a料和b料的重量比为80
‑
98:3
‑
15；
[0039]
其中的a料按重量份数包括以下组分：
[0040][0041]
其中的b料按重量份数包括以下组分：
[0042][0043][0044]
a料和b料中的聚乙烯树脂的密度为0.910
‑
0.925g/cm3，其中，聚乙烯树脂1在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为1.5
‑
2.5g/10min，聚乙烯树脂2在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为18
‑
22g/10min；
[0045]
a料中的聚丙烯树脂在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为0.5
‑
2.5g/10min。
[0046]
其中，a料中的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种；a料中的引发剂为过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁烷、过氧化二苯甲烷中的至少一种。
[0047]
其中，a料中的润滑剂由如下重量份数的组分组成：
[0048][0049]
其中，所述氟橡胶中含氟聚合物的含量在14
‑
26％。
[0050]
其中，a料和b料中的抗氧剂为抗氧剂300、抗氧剂1076、抗氧剂at
‑
10、抗氧剂dltp中的至少一种。
[0051]
其中，a料中的抗铜剂为抗铜剂1024、抗铜剂905中的一种或两种的混合物；a料中的除水剂为三甲氧基甲烷。
[0052]
其中，b料中的催化剂为二月桂酸二丁基锡；b料中的黑色母料中碳黑含量为44
‑
46％。
[0053]
其中，b料中的润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、硅酮中的至少一种。
[0054]
本发明进一步提供了上述耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料的制备方法，
[0055]
其中，a料的制备方法包括如下步骤：
[0056]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、聚丙烯树脂和润滑剂按比例混合，混合时间大于0.5h，然后在65℃的干燥仓内进行干燥；
[0057]
(2)将硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、抗铜剂和除水剂按比例称量并混合，磁力搅拌至完全溶解，加入注液枪内；
[0058]
(3)将步骤(1)中干燥后的混合树脂经过双螺杆挤出机挤出，注液枪同时按比例在双螺杆挤出机的三区进行注液；其中，双螺杆挤出机的加热温度为160
‑
210℃；
[0059]
(4)挤出后的熔体进入单螺杆挤出机中进行挤出，其中单螺杆挤出机的加热温度为140
‑
160℃；挤出后，水切造粒，然后脱水离心，振动筛选，过沸腾床后进行成品真空打包；
[0060]
b料的制备方法包括如下步骤：
[0061]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、润滑剂、催化剂、抗氧剂、黑色母料按比例称量，放入高混机进行混合均匀，得到混合物；
[0062]
(2)将步骤(1)得到的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，其中双螺杆挤出机的加热温度为140
‑
220℃；挤出后造粒再经过摇滚机进行干燥，最后成品打包；
[0063]
将a料和b料按照比例进行混合，得到该耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料。
[0064]
实施例1
[0065]
a料的各组分及其重量份数，如下：
[0066][0067]
b料的各组分及其重量份数，如下：
[0068][0069]
a料和b料中的聚乙烯树脂的密度为0.920g/cm3，聚乙烯树脂1在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为2.5g/10min，聚乙烯树脂2在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为20g/10min；
[0070]
a料中的聚丙烯树脂在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为1.5g/10min。
[0071]
a料中的润滑剂由如下重量份数的组分组成：
[0072][0073]
其中，所述氟橡胶中含氟聚合物的含量为20％。
[0074]
a料的制备方法：
[0075]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、聚丙烯树脂和润滑剂按比例混合，混合时间大于0.5h，然后在65℃的干燥仓内进行干燥；
[0076]
(2)将硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、抗铜剂和除水剂按比例称量并混合，磁力搅拌至完全溶解，加入注液枪内；
[0077]
(3)将步骤(1)中干燥后的混合树脂经过双螺杆挤出机挤出，注液枪同时按比例在双螺杆挤出机的三区进行注液；其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t10为160℃、160℃、120℃、175℃、185℃、190℃、185℃、180℃、180℃、175℃；
[0078]
(4)挤出后的熔体进入单螺杆挤出机进行挤出，其中单螺杆挤出机的加热温度t11
‑
t12为145℃、155℃，机头温度为175℃；然后水切造粒，再经脱水离心，振动筛选，过沸腾床后进行成品真空打包。
[0079]
b料的制备方法：
[0080]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、润滑剂、催化剂、抗氧剂、黑色母料按比例称量，放入高混机进行混合均匀，得到混合物；
[0081]
(2)将步骤(1)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，其中双螺杆挤出机的具
体加热温度t1
‑
t8为145℃、170℃、195℃、190℃、215℃、220℃、210℃、190℃，机头温度为190℃；挤出后造粒经过摇滚机进行干燥，最后成品打包。
[0082]
将该实施例1所得的a料和b料按照90：10的比例进行混合均匀，得到该耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料。
[0083]
实施例2
[0084]
a料的各组分及其重量份数，如下：
[0085][0086][0087]
b料的各组分及其重量份数，如下：
[0088][0089]
a料和b料中的聚乙烯树脂的密度为0.920g/cm3，聚乙烯树脂1在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为2.5g/10min，聚乙烯树脂2在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为20g/10min；
[0090]
a料中的聚丙烯树脂在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为1.5g/10min。
[0091]
a料中的润滑剂由如下重量份数的组分组成：
[0092][0093]
其中，所述氟橡胶中含氟聚合物的含量为20％。
[0094]
a料的制备方法：
[0095]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、聚丙烯树脂和润滑剂按比例混合，混合时间大于0.5h，然后在65℃的干燥仓内进行干燥；
[0096]
(2)将硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、抗铜剂和除水剂按比例称量并混合，磁力搅拌至完全溶解，加入注液枪内；
[0097]
(3)将步骤(1)中干燥后的混合树脂经过双螺杆挤出机挤出，注液枪同时按比例在双螺杆挤出机的三区进行注液。其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t10为160℃、160℃、120℃、175℃、185℃、190℃、185℃、180℃、180℃、175℃；
[0098]
(4)挤出后的熔体进入单螺杆挤出机进行挤出，其中单螺杆挤出机的加热温度t11
‑
t12为145℃、155℃，机头温度为175℃；然后水切造粒，再经脱水离心，振动筛选，过沸腾床后进行成品真空打包。
[0099]
b料的制备方法：
[0100]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、润滑剂、催化剂、抗氧剂、黑色母料按比例称量，放入高混机进行混合均匀，得到混合物；
[0101]
(2)将步骤(1)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t8为145℃、170℃、195℃、190℃、215℃、220℃、210℃、190℃，机头温度为190℃；挤出后造粒经过摇滚机进行干燥，最后成品打包。
[0102]
将该实施例2所得的a料和b料按照90：10的比例进行混合均匀，得到该耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料。
[0103]
实施例3
[0104]
a料的各组分及其重量份数，如下：
[0105][0106]
b料的各组分及其重量份数，如下：
[0107][0108]
a料和b料中的聚乙烯树脂的密度为0.920g/cm3，聚乙烯树脂1在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为2.5g/10min，聚乙烯树脂2在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为20g/10min；
[0109]
a料中的聚丙烯树脂在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为1.5g/10min。
[0110]
a料中的润滑剂由如下重量份数的组分组成：
[0111][0112]
其中，所述氟橡胶中含氟聚合物的含量为20％。
[0113]
a料的制备方法：
[0114]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、聚丙烯树脂和润滑剂按比例混合，混合时间大于0.5h，然后在65℃的干燥仓内进行干燥；
[0115]
(2)将硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、抗铜剂和除水剂按比例称量并混合，磁力搅拌至完全溶解，加入注液枪内；
[0116]
(3)将步骤(1)中干燥后的混合树脂经过双螺杆挤出机挤出，注液枪同时按比例在双螺杆挤出机的三区进行注液。其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t10为160℃、160℃、120℃、175℃、185℃、190℃、185℃、180℃、180℃、175℃；
[0117]
(4)挤出后的熔体进入单螺杆挤出机进行挤出，其中单螺杆挤出机的加热温度t11
‑
t12为145℃、155℃，机头温度为175℃；然后水切造粒，再经脱水离心，振动筛选，过沸腾床后进行成品真空打包。
[0118]
b料的制备方法：
[0119]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、润滑剂、催化剂、抗氧剂、黑色母料按比例称量，放入高混机进行混合均匀，得到混合物；
[0120]
(2)将步骤(1)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t8为145℃、170℃、195℃、190℃、215℃、220℃、210℃、190℃，机头温度为190℃；挤出后造粒经过摇滚机进行干燥，最后成品打包。
[0121]
将该实施例3所得的a料和b料按照90：10的比例进行混合均匀，得到该耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料。
[0122]
实施例4
[0123]
a料的各组分及其重量份数，如下：
[0124][0125]
b料的各组分及其重量份数，如下：
[0126][0127]
a料和b料中的聚乙烯树脂的密度为0.920g/cm3，聚乙烯树脂1在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为2.5g/10min，聚乙烯树脂2在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为20g/10min；
[0128]
a料中的聚丙烯树脂在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为1.5g/10min。
[0129]
a料中的润滑剂由如下重量份数的组分组成：
[0130][0131]
其中，所述氟橡胶中含氟聚合物的含量为20％。
[0132]
a料的制备方法：
[0133]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、聚丙烯树脂和润滑剂按比例混合，混合时间大于0.5h，然后在65℃的干燥仓内进行干燥；
[0134]
(2)将硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、抗铜剂和除水剂按比例称量并混合，磁力搅拌至完全溶解，加入注液枪内；
[0135]
(3)将步骤(1)中干燥后的混合树脂经过双螺杆挤出机挤出，注液枪同时按比例在双螺杆挤出机的三区进行注液。其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t10为160℃、160℃、120℃、175℃、185℃、190℃、185℃、180℃、180℃、175℃；
[0136]
(4)挤出后的熔体进入单螺杆挤出机进行挤出，其中单螺杆挤出机的加热温度t11
‑
t12为145℃、155℃，机头温度为175℃；然后水切造粒，再经脱水离心，振动筛选，过沸腾床后进行成品真空打包。
[0137]
b料的制备方法：
[0138]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、润滑剂、催化剂、抗氧剂、黑色母料按比例称量，放入高混机进行混合均匀，得到混合物；
[0139]
(2)将步骤(1)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t8为145℃、170℃、195℃、190℃、215℃、220℃、210℃、190℃，机头温度为190℃；挤出后造粒经过摇滚机进行干燥，最后成品打包。
[0140]
将该实施例4所得的a料和b料按照90：10的比例进行混合均匀，得到该耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料。
[0141]
实施例5
[0142]
a料的各组分及其重量份数，如下：
[0143][0144]
b料的各组分及其重量份数，如下：
[0145][0146]
a料和b料中的聚乙烯树脂的密度为0.920g/cm3，聚乙烯树脂1在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为2.5g/10min，聚乙烯树脂2在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为20g/10min；
[0147]
a料中的聚丙烯树脂在190℃和负荷2.16kg条件下熔融指数为1.5g/10min。
[0148]
a料中的润滑剂由如下重量份数的组分组成：
[0149][0150]
其中，所述氟橡胶中含氟聚合物的含量为20％。
[0151]
a料的制备方法：
[0152]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、聚丙烯树脂和润滑剂按比例混合，混合时间大于0.5h，然后在65℃的干燥仓内进行干燥；
[0153]
(2)将硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、抗铜剂和除水剂按比例称量并混合，磁力搅拌至完全溶解，加入注液枪内；
[0154]
(3)将步骤(1)中干燥后的混合树脂经过双螺杆挤出机挤出，注液枪同时按比例在双螺杆挤出机的三区进行注液。其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t10为160℃、160℃、120℃、175℃、185℃、190℃、185℃、180℃、180℃、175℃；
[0155]
(4)挤出后的熔体进入单螺杆挤出机进行挤出，其中单螺杆挤出机的加热温度t11
‑
t12为145℃、155℃，机头温度为175℃；然后水切造粒，再经脱水离心，振动筛选，过沸腾床后进行成品真空打包。
[0156]
b料的制备方法：
[0157]
(1)将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2、润滑剂、催化剂、抗氧剂、黑色母料按比例称量，放入高混机进行混合均匀，得到混合物；
[0158]
(2)将步骤(1)中得到的混合物加入双螺杆挤出机中挤出，其中双螺杆挤出机的具体加热温度t1
‑
t8为145℃、170℃、195℃、190℃、215℃、220℃、210℃、190℃，机头温度为190℃；挤出后造粒经过摇滚机进行干燥，最后成品打包。
[0159]
将该实施例5所得的a料和b料按照90：10的比例进行混合均匀，得到该耐候性硅烷交联聚乙烯架空绝缘料。
[0160]
将实施例1至5的绝缘料挤出形成线材，并将所得的线材进行综合性能测试，其性能结果如表1所示：
[0161]
表1
[0162][0163][0164]
根据表1所示，该硅烷交联聚乙烯架空绝缘料具有显著的耐气候性能，同时具有体积电阻率高、介电损耗小、耐热老化性能好、耐应力开裂性能好的优点。
[0165]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的修改或等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。