自然交联聚乙烯绝缘料及其制备方法、应用与流程

1.本发明涉及电缆加工技术领域，具体涉及一种自然交联聚乙烯绝缘料及其制备方法、应用。


背景技术：

2.交联聚烯烃组合物常用三种交联技术，即过氧化物交联、辐照交联和硅烷交联。在这三种技术中，硅烷交联法常用于低压(3kv以下)电力电缆绝缘层的生产。硅烷交联法以硅烷作交联剂，通过接枝与交联两个过程完成聚烯烃组合物的交联。硅烷交联聚烯烃组合物的生产工艺主要有一步法和两步法两种。
3.一步法又称monosil法，它是将聚烯烃树脂与各种加工助剂经专用计量装置初步混合后，在挤出机内发生接枝反应并成型制品，之后于温水中完成交联。这种方法需用特殊规格的专用挤出机，设备投资巨大，且生产工艺较难控制。两步法又称sioplas法，它先分别制成可交联的硅烷接枝聚乙烯(a料)及催化母料(b料)，然后将二者按一定比例混合，通过挤出机挤出成型制品，之后于温水中完成交联。
4.传统的制备硅烷交联聚烯烃的方法，都需要水煮或水蒸气浴交联过程，费时耗能,热延伸性能较差。而且传统的制备硅烷交联聚烯烃的方法，采用两步法硅烷交联聚乙烯绝缘料，工艺复杂，费时耗能，目前越来越多的生产企业开始研发生产可在自然条件下不经水煮或水蒸气浴而一步法交联的硅烷交联聚烯烃。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种自然交联聚乙烯绝缘料及制备方法、应用，采用一步法交联的硅烷交联聚烯烃,其工艺简单，在交联过程中无需水煮或水蒸气浴，节约了工艺时间的同时降低了能耗，而且得到的自然交联聚乙烯绝缘料热延伸性能优异。
6.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
7.本发明提供一种自然交联聚乙烯绝缘料，包括以下重量份的配方组分:
[0008][0009]
本发明提供一种自然交联聚乙烯绝缘料及制备方法、应用，采用一步法交联的硅烷交联聚烯烃,其工艺简单，在交联过程中无需水煮或水蒸气浴，节约了工艺时间的同时降低了能耗，而且得到的自然交联聚乙烯绝缘料热延伸性能优异。
[0010]
作为优选技术方案，包括以下重量份的配方组分:
[0011][0012]
作为优选技术方案，包括以下重量份的配方组分:
[0013][0014][0015]
作为优选技术方案，所述pe树脂为线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中的任一种或两种。
[0016]
作为优选技术方案，所述pp树脂为均聚pp树脂。
[0017]
作为优选技术方案，所述交联剂为过氧化二异丙苯。
[0018]
作为优选技术方案，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
[0019]
本发明还提供一种自然交联聚乙烯绝缘料在电缆中的应用。
[0020]
本发明还提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]
s1将pe树脂、pp树脂和流变母料混合送进双阶螺杆中得到粒料；
[0022]
s2将粒料送进双阶螺杆前段后加入乙烯基三甲氧基硅烷、交联剂和催化剂的混合液，随后，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒；
[0023]
s3造粒由常温水输送并降温；
[0024]
s4将降温后的造粒干燥制成接枝料；
[0025]
s5将接枝料在自然条件下放置3-9天得到自然交联聚乙烯绝缘料；
[0026]
s6在客户端自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出使用。
[0027]
作为优选技术方案，步骤s6中自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出工艺温度为：一区150～180℃；二区150～180℃；三区150～180℃；四区160～190℃；五区170～200℃；六区180～210℃；七区180～210℃；八区175～205℃；机头170～190℃。
[0028]
所述pp树脂优选均聚pp树脂，如t30s、l5e89、s1003等，可改善小线出现热收缩不合格问题。
[0029]
所述交联剂优选过氧化二异丙苯，所述过氧化二异丙苯引发自由基接枝反应。
[0030]
所述催化剂优选二月桂酸二丁基锡，所述二月桂酸二丁基锡作用为催化接枝料与水进行水解缩合反应，生成三维网状立体结构。
[0031]
流变母料可提高挤出加工性，增加一步法交联聚乙烯绝缘料在螺杆中的润滑性。
[0032]
在调试过程中添加了乙烯基三甲氧基硅烷，通过试验验证，在一定配比下，挤出表面良好，在自然条件下放置(无需水煮或熏蒸)3-9天，热延伸性能优异。
[0033]
本发明提供一种具有优异热延伸性的自然交联聚乙烯绝缘料及制备方法、应用，采用一步法交联的硅烷交联聚烯烃,其工艺简单，在交联过程中无需水煮或水蒸气浴，节约了工艺时间的同时降低了能耗，而且得到的自然交联聚乙烯绝缘料热延伸性能优异。
具体实施方式
[0034]
本发明的全部原料均可商购获得，没有加以特别说明时，均为标准化工产品。
[0035]
下面详细说明本发明的优选实施方式。
[0036]
可以理解，本发明是通过一些实施例达到本发明的目的，本发明提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
[0037]
s1按重量份将pe树脂85-95份、pp树脂3-13份和流变母料0.1-0.4份混合送入双阶螺杆中得到粒料；
[0038]
s2将粒料送入双阶螺杆前段后加入乙烯基三甲氧基硅烷1.3-1.6份、交联剂0.08-0.17份和催化剂0.02-0.04份的混合液，随后，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒；
[0039]
s3造粒由常温水输送并降温；
[0040]
s4降温后的造粒干燥制成接枝料；
[0041]
s5将接枝料在自然条件下放置3-9天得到自然交联聚乙烯绝缘料；
[0042]
s6在客户端自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出使用。
[0043]
其中，步骤s6中自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出工艺温度为：一区150～180℃；二区150～180℃；三区150～180℃；四区160～190℃；五区170～200℃；六区180～210℃；七区180～210℃；八区175～205℃；机头170～190℃。
[0044]
其中，pe树脂为线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中的任一种或两种。
[0045]
其中，pp树脂优选均聚pp树脂，如t30s、l5e89、s1003等，可改善小线出现热收缩不合格问题。
[0046]
其中，交联剂优选过氧化二异丙苯，过氧化二异丙苯引发自由基接枝反应。
[0047]
其中，催化剂优选二月桂酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡作用为：催化接枝料与水进行水解缩合反应，生成三维网状立体结构。
[0048]
其中，流变母料可提高挤出加工性，增加一步法交联聚乙烯绝缘料在螺杆中的润滑性。
[0049]
在调试过程中添加了乙烯基三甲氧基硅烷，通过试验验证，在一定配比下，挤出表面良好，在自然条件下放置(无需水煮或熏蒸)3-9天，自然交联聚乙烯绝缘料热延伸性能优异。
[0050]
一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法制得自然交联聚乙烯绝缘料开线规格为1.5-1.85平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在自然条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天后得到的产品，产品的主要性能参数如下：
[0051]
热延伸：负重伸长率≤60％；
[0052]
冷却后永久变形≤0.8％；
[0053]
热收缩：≤0.8％；
[0054]
密度：0.95-1g/cm3；
[0055]
拉伸强度：25-30mpa；
[0056]
20℃体积电阻率：4
×
10
14-5
×
10
14
ω
·
m；
[0057]
介电强度：38-40mv/m。
[0058]
实施例1
[0059]
本发明提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
[0060]
s1按重量份将pe树脂90份、pp树脂8份和流变母料0.2份混合进入双阶螺杆中得到粒料；
[0061]
s2粒料进入双阶螺杆前段后加入乙烯基三甲氧基硅烷1.6份、交联剂0.17份和催化剂0.03份的混合液，随后，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒；
[0062]
s3将造粒由常温水输送并降温；
[0063]
s4将降温后的造粒干燥制成接枝料；
[0064]
s5将接枝料在自然条件下放置3天得到自然交联聚乙烯绝缘料；
[0065]
s6在客户端自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出使用。
[0066]
其中，步骤s6中自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出工艺温度为：一区150℃；二区150℃；三区150℃；四区160℃；五区170℃；六区180℃；七区180℃；八区175℃；机头170℃。
[0067]
其中，所述pe树脂优选线性低密度聚乙烯。
[0068]
其中，所述pp树脂优选均聚pp树脂，可改善小线出现热收缩不合格问题。
[0069]
其中，所述交联剂优选过氧化二异丙苯，过氧化二异丙苯引发自由基接枝反应。
[0070]
其中，所述催化剂优选二月桂酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡作用为：催化接枝料与水进行水解缩合反应，生成三维网状立体结构。
[0071]
其中，所述流变母料可提高挤出加工性，增加一步法交联聚乙烯绝缘料在螺杆中的润滑性。
[0072]
在调试过程中添加了乙烯基三甲氧基硅烷，通过试验验证，在一定配比下，挤出表面良好，在自然条件下放置(无需水煮或熏蒸)3天，自然交联聚乙烯绝缘料热延伸性能优异。
[0073]
本实施例提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法制得自然交联聚乙烯绝缘料开线规格为1.5平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在自然条件下放置(温度20℃，湿度80％)3天后得到的产品，产品的主要性能参数如下：
[0074]
热延伸：负重伸长率为60％；
[0075]
冷却后永久变形为0.8％；
[0076]
热收缩为0.8％；
[0077]
密度：0.95g/cm3；
[0078]
拉伸强度：25mpa；
[0079]
20℃体积电阻率：4
×
10
14
ω
·
m；
[0080]
介电强度：38mv/m。
[0081]
实施例2
[0082]
本发明提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
[0083]
s1按重量份将pe树脂85份、pp树脂13份和流变母料0.4份混合送入双阶螺杆中得到粒料；
[0084]
s2将粒料送入双阶螺杆前段后加入乙烯基三甲氧基硅烷1.5份、交联剂0.08份和催化剂0.02份的混合液，随后，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒；
[0085]
s3将造粒由常温水输送并降温；
[0086]
s4将降温后的造粒干燥制成接枝料；
[0087]
s5将接枝料在自然条件下放置9天得到自然交联聚乙烯绝缘料；
[0088]
s6在客户端自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出使用。
[0089]
其中，步骤s6中自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出工艺温度为：一区180℃；二区180℃；三区180℃；四区190℃；五区200℃；六区210℃；七区210℃；八区205℃；机头190℃。
[0090]
其中，所述pe树脂优选高密度聚乙烯。
[0091]
其中，所述pp树脂优选均聚pp树脂。
[0092]
其中，所述交联剂优选过氧化二异丙苯，过氧化二异丙苯引发自由基接枝反应。
[0093]
其中，所述催化剂优选二月桂酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡作用为：催化接枝料与水进行水解缩合反应，生成三维网状立体结构。
[0094]
其中，所述流变母料可提高挤出加工性，增加一步法交联聚乙烯绝缘料在螺杆中的润滑性。
[0095]
在调试过程中添加了乙烯基三甲氧基硅烷，通过试验验证，在一定配比下，挤出表面良好，在自然条件下放置(无需水煮或熏蒸)6天，自然交联聚乙烯绝缘料热延伸性能优异。
[0096]
本实施例提供的一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法制得自然交联聚乙烯绝缘料开线规格为1.85平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在自然条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天后得到的产品，产品的主要性能参数如下：
[0097]
热延伸：负重伸长率58％；
[0098]
冷却后永久变形：0.76％；
[0099]
热收缩：0.74％；
[0100]
密度：0.98g/cm3；
[0101]
拉伸强度：28mpa；
[0102]
20℃体积电阻率：5
×
10
14
ω
·
m；
[0103]
介电强度：40mv/m。
[0104]
实施例3
[0105]
本发明提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
[0106]
s1按重量份将pe树脂95份、pp树脂3份和流变母料0.4份混合进入双阶螺杆中得到粒料；
[0107]
s2将粒料送入双阶螺杆前段后加入乙烯基三甲氧基硅烷1.44份、交联剂0.12份和催化剂0.04份的混合液，随后，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒；
[0108]
s3将造粒由常温水输送并降温；
[0109]
s4将降温后的造粒干燥制成接枝料；
[0110]
s5将接枝料在自然条件下放置9天得到自然交联聚乙烯绝缘料；
[0111]
s6在客户端自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出使用。
[0112]
其中，步骤s6中自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出工艺温度为：一区160℃；二区160℃；三区160℃；四区175℃；五区188℃；六区203℃；七区197℃；八区196℃；机头185℃。
[0113]
其中，pe树脂优选线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的混合物。
[0114]
其中，pp树脂优选均聚pp树脂。
[0115]
其中，交联剂优选过氧化二异丙苯，过氧化二异丙苯引发自由基接枝反应。
[0116]
其中，催化剂优选二月桂酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡作用为：催化接枝料与水进行水解缩合反应，生成三维网状立体结构。
[0117]
其中，流变母料可提高挤出加工性，增加一步法交联聚乙烯绝缘料在螺杆中的润滑性。
[0118]
在调试过程中添加了乙烯基三甲氧基硅烷，通过试验验证，在一定配比下，挤出表面良好，在自然条件下放置(无需水煮或熏蒸)9天，自然交联聚乙烯绝缘料热延伸性能优异。
[0119]
本实施例提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法制得自然交联聚乙烯绝缘料开线规格为1.75平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在自然条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天后得到的产品，产品的主要性能参数如下：
[0120]
热延伸：负重伸长率为53％；
[0121]
冷却后永久变形为0.5％；
[0122]
热收缩为0.3％；
[0123]
密度：0.98g/cm3；
[0124]
拉伸强度：27mpa；
[0125]
20℃体积电阻率：3.5
×
10
14
ω
·
m；
[0126]
介电强度：39mv/m。
[0127]
实施例4
[0128]
本发明提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
[0129]
s1按重量份将pe树脂90份、pp树脂8份和流变母料0.3份混合送入双阶螺杆中得到粒料；
[0130]
s2将粒料送入双阶螺杆前段后加入乙烯基三甲氧基硅烷1.6份、交联剂0.08份和催化剂0.02份的混合液，随后，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒；
[0131]
s3将造粒由常温水输送并降温；
[0132]
s4将降温后的造粒干燥制成接枝料；
[0133]
s5将接枝料在自然条件下放置9天得到自然交联聚乙烯绝缘料；
[0134]
s6在客户端自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出使用。
[0135]
其中，步骤s6中自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出工艺温度为：一区160℃；二区160℃；三区160℃；四区175℃；五区188℃；六区203℃；七区197℃；八区196℃；机头185℃。
[0136]
其中，所述pe树脂优选线性低密度聚乙烯。
[0137]
其中，所述pp树脂优选均聚pp树脂。
[0138]
其中，所述交联剂优选过氧化二异丙苯，过氧化二异丙苯引发自由基接枝反应。
[0139]
其中，所述催化剂优选二月桂酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡作用为：催化接枝料与水进行水解缩合反应，生成三维网状立体结构。
[0140]
其中，所述流变母料可提高挤出加工性，增加一步法交联聚乙烯绝缘料在螺杆中的润滑性。
[0141]
在调试过程中添加了乙烯基三甲氧基硅烷，通过试验验证，在一定配比下，挤出表面良好，在自然条件下放置(无需水煮或熏蒸)9天，自然交联聚乙烯绝缘料热延伸性能优异。
[0142]
本实施例提供一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法制得自然交联聚乙烯绝缘料开线规格为1.75平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在自然条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天后得到的产品，产品的主要性能参数如下：
[0143]
热延伸：负重伸长率为55％；
[0144]
冷却后永久变形为0.56％；
[0145]
热收缩为0.45％；
[0146]
密度：0.92g/cm3；
[0147]
拉伸强度：25.5mpa；
[0148]
20℃体积电阻率：3.7
×
10
14
ω
·
m；
[0149]
介电强度：38.5mv/m。
[0150]
对比案例1
[0151]
对比案例1提供一种水煮交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
[0152]
s1按重量份将pe树脂91.6份、pp树脂8份和流变母料0.3份混合送进双阶螺杆中得到粒料；
[0153]
s2将粒料送进双阶螺杆前段后加入乙烯基三甲氧基硅烷1.6份和催化剂0.02份的混合液，随后，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒；
[0154]
s3将造粒由常温水输送并降温；
[0155]
s4将降温后的造粒干燥制成接枝料；
[0156]
s5将接枝料在90℃下水煮2小时得到自然交联聚乙烯绝缘料；
[0157]
s6在客户端自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出使用。
[0158]
其中，步骤s6中自然交联聚乙烯绝缘料熔融挤出工艺温度为：一区160℃；二区160℃；三区160℃；四区175℃；五区188℃；六区203℃；七区197℃；八区196℃；机头185℃。
[0159]
通过试验验证，在一定配比下，挤出表面会出现鼓包，在90℃下水煮2小时，水煮交联聚乙烯绝缘料热延伸性能相比于本实施例1-4较差。
[0160]
对比案例1提供的一种自然交联聚乙烯绝缘料的制备方法制得自然交联聚乙烯绝缘料开线规格为1.5平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在90℃下水煮2小时后得到的产品，产品的主要性能参数如下：
[0161]
热延伸：负重伸长率为180％；
[0162]
冷却后永久变形为1％；
[0163]
热收缩为1.2％；
[0164]
密度：0.96g/cm3；
[0165]
拉伸强度：22mpa；
[0166]
20℃体积电阻率：2
×
10
14
ω
·
m；
[0167]
介电强度：36mv/m。
[0168]
我们可以从产品的主要性能参数观察到，对比案例1提供的产品的主要性能比本实施例1-4中提供的产品的主要性能较差，特别是本实施例1-4中提供的产品的热延伸：负重伸长率≤60％，对比案例1提供的产品的热延伸：负重伸长率为180％，负重伸长率小于100％证明热延伸性能优异，可见本实施例1-4中提供的产品的热延伸性能优于对比案例1的提供的产品的热延伸性能，且对比案例1交联过程中需要在90℃下水煮2小时，本实施例1-4在室温下放置3-9天，无需水煮，对制备环境无限制，节约了能耗。
[0169]
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。