一种用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料及制备方法与流程

1.本发明涉及一种电缆绝缘料及制备方法。


背景技术：

2.聚合物绝缘电力电缆的发展先后经历天然橡胶、聚氯乙烯、乙丙橡胶、聚乙烯、交联聚乙烯及聚丙烯电缆等阶段。其中，以交联聚乙烯为代表的热固性电缆在高压电缆中得到了最为广泛的应用和市场的认可。交联可以使聚合物大分子形成三维网状结构，显著提升材料耐热性能。低密度聚乙烯经交联后，长期使用温度可由原来的70℃提升至90℃，短路5s最高耐受温度由130℃提升至250℃，交联极大的提升了电缆的载流量和输电线路稳定性，因此交联聚乙烯绝缘电力电缆获得了迅速发展，并逐渐替代了热塑性绝缘电缆。近年来，随着能源紧张与环保压力加剧，热塑性电缆因其天然的节能及环保特性，再次引起重视。随着“碳达峰”“碳中和”的提出和推进，电力电缆制造行业面临变革。“双碳”目标推动构建低碳、清洁、可靠、高效和先进的高压电力电缆制造体系，而传统的交联聚乙烯电缆在生产制造中存在能耗大、加工周期长等问题，以及在电缆达到服役寿命后无法回收的问题，有悖“双碳”理念。为解决这些问题，国内外长期寻求能够替代交联聚乙烯的电缆绝缘材料，最终将研究目标集中在聚丙烯材料上。
3.聚丙烯绝缘材料具有绝缘性能优良、无需交联、可熔融再利用等优点，并具有媲美交联聚乙烯的优异绝缘和耐热性能。但热塑性聚丙烯材料弹性模量大，刚性强，不太适合电缆的应用，必须对聚丙烯材料进行增柔改性。当前主要通过将聚丙烯与聚烯烃弹性体(poe)共混改性，在不损失耐热性的前提下，降低材料的模量，降低刚性，增加柔性，使其适合电缆绝缘制造和使用。然而，poe应用于聚丙烯绝缘电缆的制造存在一定问题，聚丙烯电缆的正常工作温度为110℃，但poe软化和熔融温度却非常低，美国陶氏化学engage系列，poe8450的熔融温度为97℃，是已知的熔融温度最高的poe产品。这意味着如果应用poe制造聚丙烯电缆，在电缆工作在110℃下时，聚丙烯绝缘中的poe相是呈熔融状态的，这会破坏绝缘结构稳定性，导致击穿和绝缘损伤。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决聚丙烯绝缘材料电缆的绝缘结构稳定性差的问题，提出一种用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料及制备方法。本发明聚丙烯基绝缘料具有优异的耐热稳定性，电学性能和机械性能。
5.本发明用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料由40～85份聚丙烯、15～60份sebs、0.5～2份主抗氧剂和0.5～2份辅助抗氧剂制备而成；
6.上述用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料的制备方法按照以下步骤进行：
7.称取40～85份聚丙烯、15～60份sebs、0.5～2份主抗氧剂和0.5～2份辅助抗氧剂作为原料，置于密炼机中熔融共混，得到聚丙烯基绝缘料；
8.所述熔融共混工艺为：温度为180～220℃下，时间为5～15分钟，转速为60～70r/
min；
9.所述均聚丙烯为均聚聚丙烯；
10.所述均聚聚丙烯中乙烯相的质量分数为10％～30％；
11.所述主抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035或抗氧剂300；
12.所述辅助抗氧剂为抗氧剂168；
13.本发明原理及有益效果为：
14.本发明采用的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sebs)是一种线性三嵌段共聚物，sebs靠苯乙烯段的物理交联点维系结构稳定，中间的丁二烯段提供柔软度，具有大于120℃的高熔融温度和低弹性模量，可满足聚丙烯电缆在110℃下的使用要求。本发明利用苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sebs)作为增柔改性填料，替代poe，sebs内存在聚苯乙烯链段可以形成物理交联网络，其具有更好的增韧效果，sebs的熔融温度更高，达到了120℃以上，在长时工作温度下不熔融，因此制得的材料具有优异的机械性能和热学性能，保证了绝缘结构稳定性。
附图说明
15.图1为实施例1～3制备的用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料结晶熔融温度曲线图。
具体实施方式
16.本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
17.具体实施方式一：本实施方式用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料由40～85份聚丙烯、15～60份sebs、0.5～2份主抗氧剂和0.5～2份辅助抗氧剂制备而成。
18.本实施方式采用的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sebs)是一种线性三嵌段共聚物，sebs靠苯乙烯段的物理交联点维系结构稳定，中间的丁二烯段提供柔软度，具有大于120℃的高熔融温度和低弹性模量，可满足聚丙烯电缆在110℃下的使用要求。本发明利用苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sebs)作为增柔改性填料，替代poe，sebs内存在聚苯乙烯链段可以形成物理交联网络，其具有更好的增韧效果，sebs的熔融温度更高，达到了120℃以上，在长时工作温度下不熔融，因此制得的材料具有优异的机械性能和热学性能，保证了绝缘结构稳定性。
19.具体实施方式二：本实施方式用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料的制备方法按照以下步骤进行：
20.称取40～85份聚丙烯、15～60份sebs、0.5～2份主抗氧剂和0.5～2份辅助抗氧剂作为原料，置于密炼机中熔融共混，得到聚丙烯基绝缘料。
21.本实施方式采用的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sebs)是一种线性三嵌段共聚物，sebs靠苯乙烯段的物理交联点维系结构稳定，中间的丁二烯段提供柔软度，具有大于120℃的高熔融温度和低弹性模量，可满足聚丙烯电缆在110℃下的使用要求。本发明利用苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sebs)作为增柔改性填料，替代poe，sebs内存在聚苯乙烯链段可以形成物理交联网络，其具有更好的增韧效果，sebs的熔融温度更高，达到了120℃以上，在长时工作温度下不熔融，因此制得的材料具有优异的机械性能和热学性能，保证了绝缘结构
稳定性。
22.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述熔融共混工艺为：温度为180～220℃下，时间为5～15分钟，转速为60～70r/min。
23.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述均聚丙烯为均聚聚丙烯。
24.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述均聚聚丙烯中乙烯相的质量分数为10％～30％。
25.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述主抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035或抗氧剂300。
26.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述辅助抗氧剂为抗氧剂168。
27.实施例1：
28.本实施例用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料的制备方法按照以下步骤进行：称取85份聚丙烯、15份sebs、1份主抗氧剂1035和1份辅助抗氧剂168作为原料，置于密炼机中熔融共混，得到聚丙烯基绝缘料。所述熔融共混工艺为：温度为200℃下，时间为10分钟，转速为65r/min；所述均聚丙烯为均聚聚丙烯；均聚聚丙烯中乙烯相的质量分数为20％。
29.实施例2：
30.本实施例用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料的制备方法按照以下步骤进行：称取75份聚丙烯、25份sebs、1份主抗氧剂1035和1份辅助抗氧剂168作为原料，置于密炼机中熔融共混，得到聚丙烯基绝缘料。所述熔融共混工艺为：温度为200℃下，时间为10分钟，转速为65r/min；所述均聚丙烯为均聚聚丙烯；均聚聚丙烯中乙烯相的质量分数为20％。
31.实施例3：
32.本实施例用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料的制备方法按照以下步骤进行：称取70份聚丙烯、30份sebs、1份主抗氧剂1035和1份辅助抗氧剂168作为原料，置于密炼机中熔融共混，得到聚丙烯基绝缘料。所述熔融共混工艺为：温度为200℃下，时间为10分钟，转速为65r/min；所述均聚丙烯为均聚聚丙烯；均聚聚丙烯中乙烯相的质量分数为20％。
33.应用dsc测试晶熔融温度，以ldpe(低密度聚乙烯)和pp(聚丙烯)为对比，图1为实施例1～3制备的用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料结晶熔融温度曲线图，图中曲线1、2、3分别依次对应实施例1、2、3。能够看出实施例1～3制备的用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料仅有一个熔融峰，出现在165℃，材料耐热性能优异。
34.实施例4：
35.本实施例用于环保型电缆的聚丙烯基绝缘料的制备方法按照以下步骤进行：称取60份聚丙烯、40份sebs、1份主抗氧剂1035和1份辅助抗氧剂168作为原料，置于密炼机中熔融共混，得到聚丙烯基绝缘料。所述熔融共混工艺为：温度为200℃下，时间为10分钟，转速为65r/min；所述均聚丙烯为均聚聚丙烯；均聚聚丙烯中乙烯相的质量分数为20％。
36.基于jb/t10738-2007、gb/t12706-2020和iec60840-2020为标准要求对实施例4制备的聚丙烯基绝缘料进行电阻性能、机械性能测试、弹性模量测试，测试结果汇总如表1所示。表1结果可以看出，该材料的机械和电学性能均满足标准要求。实施例4制备的聚丙烯基绝缘料的热延伸试验结果已经现有的的聚丙烯材料。
37.表1
[0038][0039]