一种中低压电力电缆用改性聚丙烯绝缘料及其制备方法与流程

1.本发明属于电力电缆绝缘料领域，特别涉及一种中低压电力电缆用改性聚丙烯绝缘料及其制备方法。


背景技术：

2.自1980年以来，交联聚乙烯绝缘电缆广泛应用于配电网、工业装置或其他需要大容量用电领域，用于固定敷设在交流50hz、额定电压6kv～500kv的电力输配电线路上。然而，中高压交联聚乙烯电力电缆的生产存在能耗大、加工工艺复杂，不可回收利用等缺点，致使其发展受到限制，具体体现在：
3.(1)交联聚乙烯材料不能回收再循环利用，不符合绿色经济的理念；
4.(2)聚乙烯材料所需的交联和脱气过程，使得电缆生产时间、成本激增，远高于热塑性绝缘电缆，交联聚乙烯电缆的生产时间约为热塑性绝缘电缆的5～10倍。
5.(3)过氧化二乙丙苯(dcp)是一种在交联聚乙烯生产中最常用的交联剂，但交联后产生的枯基醇[(ch3)2chc6h4ch2oh]和苯乙酮等极性副产物会增加产品的介电常数，造成交流电缆电容增加，从而输电损耗增大；这也是直流电压下空间电荷产生和聚集的重要源头，严重影响直流电缆的寿命。
[0006]
(4)交联聚乙烯电缆在运行中会有“水树”等绝缘隐患的产生；dl/t 1070—2007标准对水树的定义是“在绝缘中存在水分、电应力和某些诱发因素，如杂质、突起、空间电荷或离子时发展成的一些微通道”，在交流电场和水分的作用下，水树是聚合物绝缘材料发生降解的一种现象。在潮气和电场的共同作用下，水树是诱发高压电力电缆破坏的主要原因，会给地下水丰富且电缆覆盖率高的城市供电可靠性带来不利因素。
[0007]
由此，国内外电缆行业一直在寻找新的工艺材料代替交联聚乙烯。进入21世纪以来，欧洲及日本等发达国家均将研发的方向转向了聚丙烯(pp)绝缘电力电缆，聚丙烯具有优异的绝缘性能、耐温等级高、可循环再利用等特点，用作电力电缆的绝缘材料，不仅在提高载流量上具有很大优势，还在简化加工工艺、降低成本、增加生产速率、大幅提高电缆长度等方面远超交联聚乙烯，同时相比交联聚乙烯，还具有优异的耐水树性能。
[0008]
由于对聚丙烯绝缘料的研究也只仅仅过去了十几年，目前市面上绝大多数中低压绝缘电缆依旧是交联聚乙烯绝缘电缆，而聚丙烯绝缘电缆并未大规模代替聚乙烯绝缘电缆的原因也是多角度的，一方面是研究时间较短，市面上的聚丙烯绝缘料的性能并不能满足日益增长的市场标准，另一方面具体的原因在于并未出现较为成熟的聚丙烯绝缘料产品，现有的聚丙烯绝缘电缆耐低温以及电气性能不良，限制了其应用。


技术实现要素：

[0009]
本发明提供一种中低压电力电缆用改性聚丙烯绝缘料及其制备方法，其目的是要解决现有聚丙烯绝缘料耐低温性能和电气性能达不到市场要求的问题。
[0010]
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0011]
一种中低压电力电缆用改性聚丙烯绝缘料，其特征在于：主要由以下重量份的原材料制备而成：
[0012]
聚丙烯树脂
ꢀꢀꢀꢀ
60-95份；
[0013]
热塑性弹性体
ꢀꢀ
5-40份；
[0014]
改性接枝料
ꢀꢀꢀꢀ
5-10份；
[0015]
纳米氧化物
ꢀꢀꢀꢀ
0.5-3份；
[0016]
所述热塑性弹性体为乙烯-辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶中的一种或至少两种的混合物；
[0017]
改性接枝料为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、甲基丙烯酸酯接枝聚丙烯中的一种或至少两种的混合物；
[0018]
纳米氧化物为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝和/或纳米氧化镁。
[0019]
优选的，所述聚丙烯树脂为等规聚丙烯，等规度≥95％，熔融指数为2.0-7.0g/10min，弯曲模量为500-1000kg/cm2。
[0020]
优选的，所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的粘度为2.0-3.0，其中的苯乙烯含量为25-33％。
[0021]
优选的，所述改性接枝料的接枝率为0.6-1.0％。
[0022]
优选的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷，所述纳米氧化物的粒径为50-100nm。
[0023]
优选的，所述聚丙烯绝缘料还包括1-4份抗氧剂，所述抗氧剂由主抗氧剂和辅抗氧剂组成，所述主抗氧剂和辅抗氧剂的质量比例为1:1～3:1，主抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂1024中的至少一种，辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和/或硫代双酚类抗氧剂。
[0024]
优选的，所述亚磷酸酯类抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧剂tnpp中的至少一种；硫代双酚类抗氧剂包括抗氧剂dltp、抗氧剂dstp中的至少一种。
[0025]
本发明技术方案还提供了一种制备上述绝缘料的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：将热塑性弹性体和纳米氧化物按重量比例称重，在室温下将二者以400～500rpm的速率搅拌混合3～5min，得到第一混合料；将第一混合料放入双螺杆挤出机中，进行熔融挤出并冷却、造粒和干燥，得到母料；将聚丙烯树脂、改性接枝料按重量比例称重后，与母料一同在室温下以400～500rpm的速率搅拌3～5min，得到第二混合料；将第二混合料放入往复机挤出机中，进行熔融挤出、冷却、造粒和干燥，得到中低压电力电缆用改性聚丙烯绝缘料。
[0026]
优选的，双螺杆挤出机和往复机挤出机的挤出温度设置为140-190℃。
[0027]
优选的，所述抗氧剂与聚丙烯树脂、改性接枝料分别按重量比例称重后，与母料一同在室温下以400～500rpm的速率搅拌3～5min，得到第二混合料。
[0028]
本发明设计原理和效果是：
[0029]
1.通过热塑性弹性体、接枝料和纳米氧化物的添加，同时改善了聚丙烯材料的耐低温性能和电气性能，得到了可以应用于中低压电力电缆绝缘层的绝缘材料，且满足中低压电力电缆国家标准gb/t 12706中交联聚乙烯(xlpe)的要求；
[0030]
其中，热塑性弹性体的加入有效降低了材料的弯曲模量，增加其耐低温性能；改性接枝料主要使用的均为马来酸酐接枝材料(马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯
共聚物、甲基丙烯酸酯接枝聚丙烯)，马来酸酐接枝料有助于给结构引入深陷阱，抑制空间电荷，保持较高的热稳定性，且绝缘料老化后也有较好的机械性能和绝缘性能；硅烷偶联剂改性的纳米氧化物由于其表面有大量的有机基团，降低了纳米氧化物的表面能，与聚丙烯分子之间的亲和力得到提升，一方面是有助于进行物理混合，另一方面，纳米氧化物和聚丙烯之间会形成界面区，有助于给结构引入深陷阱，间接提升电气性能。
[0031]
2.本发明采用同时采用弹性体共混改性、纳米改性以及接枝改性三种方式，引入热塑性弹性体、接枝料和纳米氧化物作为聚丙烯改性剂，使得聚丙烯的性能均有了明显的改善，更加适用于电缆绝缘层的使用要求。其中热塑性弹性体的引入，使得材料的弯曲模量降低、耐低温性能提升；接枝料的引入，材料的电气性能得到了明显的提升，同时调节了机械性能和热性能；纳米氧化物的引入，改善了材料的电气性能，击穿场强提到的明显提升；通过三种改性方式的结合，全方位多角度地同时提高聚丙烯材料的耐低温性能和电气性能以达到多重国家标准，并应用于中低压电力电缆的绝缘层。
[0032]
3.本技术方案中，对抗氧剂也进行了限定，通过主氧化剂和辅氧化剂复合，主氧化剂采用较为常规的抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂1024，辅氧化剂使用亚磷酸酯类抗氧剂和/或硫代双酚类抗氧剂(属于受阻酚抗氧剂)；亚磷酸酯类抗氧剂可以有效分解氢过氧化物(氢过氧化物的生成和积聚是有机高分子材料降解最关键的步骤，当一定浓度的氢过氧化物生成后，自由基氧化反应将快速推进)具有良好的色泽保护能力，能提高聚合物的加工温度，与受阻酚抗氧剂有较好的协同效果。
具体实施方式
[0033]
下面结合实施例1-9对本发明作进一步描述：
[0034]
实施例：
[0035]
表一：实施例1-5绝缘料组分
[0036][0037][0038]
表二：实施例6-9绝缘料组分
[0039][0040]
表三：实施例1-5性能一览表：
[0041][0042]
表四：实施例6-9性能一览表：
[0043][0044]
以上实施例中的纳米氧化铝和纳米氧化镁均为硅烷偶联剂改性的纳米氧化铝或纳米氧化镁。
[0045]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。