一种用于电力电缆外护层的组合物及电力电缆的制作方法

一种用于电力电缆外护层的组合物及电力电缆
1.技术领域
2.本技术涉及电缆的技术领域，更具体地说，它涉及一种用于电力电缆外护层的组合物及电力电缆。


背景技术：

3.随着社会的发展，人类社会对于电的需求量越来越大。电力的传输与应用离不开电缆。电缆是一种电能或信号的传输装置，通常包括几根或几组导线以及绝缘层和外护层。为了增大电的传输量，科学家们研发出了电力电缆。电力电缆通常用于传输1-1000kv的电力。
4.电力电缆对于电量的传输量较大，因此，对于其绝缘层、外护层的绝缘性能要求较高。在电力电缆使用过程中，经过长期的雨水及其它杂物的污染与冲刷，容易发生电缆损坏，甚至是漏电等事故；此外部分电力电缆需要长时间位于水中浸泡，使得电力电缆在经过长时间与水接触后，外层的外护层容易被损坏，从而影响电力电缆的使用寿命，同时容易产生漏电等事故。因此，开发一种耐水性优良、绝缘性能优良的电力电缆迫在眉睫。


技术实现要素：

5.为了提高电力电缆的耐水性、绝缘性能，本技术提供一种用于电力电缆外护层的组合物及电力电缆。
6.第一方面，本技术提供一种用于电力电缆外护层的组合物，采用如下技术方案：一种用于电力电缆外护层的组合物，包括以下重量份的原料：高密度聚乙烯55-65份、有机硅改性聚酰亚胺树脂10-15份、双酚a二缩水甘油醚7-10份、高岭土5-6份、助剂0.5-1.5份。
7.通过采用上述技术方案，使得本技术中的用于电力电缆外护层的组合物具有高拉伸强度、介电常数、体积电阻率、击穿强度，其中拉伸强度的范围为18.8-19.4mpa；介电常数的范围为5.5-6.0；90d水浴前体积电阻率的范围为2.8*10
15-3.6*10
15
；90d水浴后体积电阻率的范围为0.4*10
15-1.1*10
15
；90d水浴前击穿强度的范围为20.9-21.8kv/mm；90d水浴后击穿强度的范围为19.4-20.3kv/mm；通过用于电力电缆外护层的组合物中各原料之间的相互协同作用，显著提高了其耐水性，使得其经过90天90d水浴后仍然具有优良的绝缘性能；同时提高了其力学性能，有助于延长电力电缆的使用寿命，符合市场需求。
8.在本技术中，通过加入有机硅改性聚酰亚胺树脂，提高了用于电力电缆外护层的组合物的耐水性、绝缘性能、力学性能。聚酰亚胺树脂本身具有优良的力学性能、耐磨性、耐腐蚀性能，通过以有机硅烷对其进行改性，提高了其疏水性；同时加入双酚a二缩水甘油醚，双酚a二缩水甘油醚中的环氧基能够与有机硅改性聚酰亚胺树脂中的氨基发生反应，生成具有三维网状结构的高分子化合物，具有较高的粘度，能够提高用于电力电缆外护层的组合物的绝缘性能、力学性能；同时在高岭土的填充下，能够提高用于电力电缆外护层的组合
物的强度，从而进一步提高用于电力电缆外护层的组合物的拉伸强度、绝缘性能。并且当用于电力电缆外护层的各原料分别位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
9.可选的，有机硅改性聚酰亚胺树脂包括以下重量份的原料：3,3'-二甲基-4,4'-亚甲基二苯胺30-40份、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐50-60份、双氨基硅烷偶联剂25-30份、n，n-二甲基甲酰胺95-110份。
10.通过采用上述技术方案，双氨基硅烷偶联剂能够与3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐反应，从而向聚酰亚胺树脂中引入有机硅，实现对聚酰亚胺树脂的有机硅改性；当有机硅改性聚酰亚胺树脂的各原料分别位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
11.可选的，有机硅改性聚酰亚胺树脂采用以下方法制备得到：搅拌条件下，将3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、双氨基硅烷偶联剂加入至n，n-二甲基甲酰胺中，混合均匀，然后于40-50min内加入3,3'-二甲基-4,4'-亚甲基二苯胺，搅拌条件下反应4-5h，过滤，得到有机硅改性聚酰亚胺树脂。
12.通过采用上述技术方案，制备方法简单，并且在加入3,3'-二甲基-4,4'-亚甲基二苯胺之前，先将3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、双氨基硅烷偶联剂混合，有助于3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、双氨基硅烷偶联剂的充分反应。
13.可选的，所述高岭土为疏水改性高岭土。
14.通过采用上述技术方案，高岭土具有吸湿性，通过对高岭土进行疏水改性，有助于提高用于电力电缆外护层的组合物的疏水性，使得其经过高温90d水浴后仍然具有优良的绝缘性能。
15.可选的，以重量份计，用于电力电缆外护层的组合物的原料中还包括4-6份甲基丙烯酸缩水甘油酯。
16.通过采用上述技术方案，甲基丙烯酸缩水甘油酯能够与有机硅改性聚酰亚胺树脂中的过量的氨基反应，同时容易成膜，进一步提高用于电力电缆外护层的组合物的耐水性。当甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量在上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。
17.可选的，所述助剂为抗氧化剂、紫外线吸收剂中的一种或两种。
18.第二方面，本技术提供一种电力电缆，采用如下技术方案：一种电力电缆，包括多个内芯、包覆于多个内芯外围的外护层、设置于内芯和外护层之间间隙内的填充物，所述内芯包括导线、包覆于导线外围的内屏层、包覆于内屏层外围的绝缘层、包覆于绝缘层外围的外屏层、包覆于外屏层外围的铜带，所述外护层由上述的用于电力电缆外护层的组合物制备得到。
19.通过采用上述技术方案，使得制备得到的电力电缆具有优良的力学性能，不易断裂，同时绝缘性能、耐水性优良，在长时间经过水的浸泡后，也不易损坏，使用寿命长。
20.可选的，所述铜带是以镀锌铜丝采用交叉编织的方式制成。
21.可选的，所述填充物为玻璃纤维绳。
22.通过采用上述技术方案，玻璃纤维绳具有优良的绝缘性能，同时还能够提高电力电缆的阻燃性能。
23.综上所述，本技术至少具有以下有益效果：第一、用于电力电缆外护层的组合物的原料中加入了有机硅改性聚酰亚胺树脂、双酚a二缩水甘油醚、高岭土，通过各原料间的相互协同作用，使得其具有优良的力学性能、绝缘性能、耐水性，拉伸强度达到18.9mpa，介电常数达到5.7，90d水浴前体积电阻率达到3.1*10
15
，90d水浴后体积电阻率达到0.9*10
15
，90d水浴前击穿强度达到21.2kv/mm，90d水浴后击穿强度达到19.8kv/mm；第二、通过对高岭土进行疏水改性，使得用于电力电缆外护层的组合物的力学性能、绝缘性能、耐水性进一步提高，拉伸强度达到19.4mpa，介电常数达到6.0，90d水浴前体积电阻率达到3.6*10
15
，90d水浴后体积电阻率达到1.1*10
15
，90d水浴前击穿强度达到21.8kv/mm，90d水浴后击穿强度达到20.3kv/mm；第三、通过加入甲基丙烯酸缩水甘油酯，使得用于电力电缆外护层的组合物的力学性能、绝缘性能、耐水性进一步提高，拉伸强度达到20.1mpa，介电常数达到6.5，90d水浴前体积电阻率达到4.1*10
15
，90d水浴后体积电阻率达到1.6*10
15
，90d水浴前击穿强度达到22.0kv/mm，90d水浴后击穿强度达到20.6kv/mm。
附图说明
24.图1是本技术中电力电缆的截面图。
具体实施方式
25.以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
26.附图标记：1、内芯；11、导线；12、内屏层；13、绝缘层；14、外屏层；15、铜带；2、外护层；3、填充物。
27.原料抗氧化剂3052选自南京米兰化工有限公司；双氨基硅烷偶联剂，型号为kh-792，且选自广州市中杰新材料有限公司；聚甲基氢硅氧烷选自山东多聚化学有限公司；紫外线吸收剂uv-3030，具体为季戊四醇四(2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯)，且选自济南森诺新材料科技有限公司；高密度聚乙烯树脂选自济南鑫顺化工有限公司；高岭土，货号为hyp000042，且选自灵寿县硕隆矿产品加工厂。
28.制备例i制备例i-1一种有机硅改性聚酰亚胺树脂，其采用以下方法制备得到：在搅拌条件下，将60kg 3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、25kg双氨基硅烷偶联剂加入至110kg n，n-二甲基甲酰胺中，搅拌10min，然后于50min内加入35kg 3,3'-二甲基-4,4'-亚甲基二苯胺，搅拌条件下反应5h，过滤，得到有机硅改性聚酰亚胺树脂；双氨基硅烷偶联剂为n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
29.制备例i-2一种有机硅改性聚酰亚胺树脂，其采用以下方法制备得到：在搅拌条件下，将60kg 3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐、35kg 3,3'-二甲基-4,
4'-亚甲基二苯胺加入至110kgn，n-二甲基甲酰胺中，反应6h，然后于50min内加入25kg双氨基硅烷偶联剂，搅拌条件下反应5h，过滤，得到有机硅改性聚酰亚胺树脂；双氨基硅烷偶联剂为n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
30.制备例ii制备例ii-1一种疏水改性高岭土，其采用以下方法制备得到：取60kg高岭土，于110℃的真空烘箱中干燥50min，然后将干燥后的高岭土加入至球磨罐中，向球磨罐中加入3.6kg聚甲基氢硅氧烷，混合均匀，然后加入球磨机中球磨40min，球磨介质为钢球，得到预产品；将预产品加入至80kg石油醚中进行洗涤，离心；该洗涤、离心操作重复5次，然后经过60℃真空干燥，得到疏水改性高岭土。实施例
31.实施例1一种用于电力电缆外护层的组合物，其采用以下方法制备得到：将60kg高密度聚乙烯树脂、12kg制备例i-1制备得到的有机硅改性聚酰亚胺树脂、7kg双酚a二缩水甘油醚、6kg高岭土、1kg助剂依次加入至双螺杆挤出机中熔融共混，挤出，于热压机中压制成型，得到用于电力电缆外护层的组合物；助剂为抗氧化剂3052，具体为季戊四醇二亚磷酸双十八酯。
32.实施例2一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例1的区别之处在于，以等量的制备例ii-1制备得到的疏水改性高岭土替换高岭土，其余均和实施例1相同。
33.实施例3一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例2的区别之处在于，有机硅改性聚酰亚胺树脂由制备例i-2制备得到，其余均和实施例2相同。
34.实施例4一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例2的区别之处在于，用于电力电缆外护层的组合物的原料中还包括5kg甲基丙烯酸缩水甘油酯，且在双酚a二缩水甘油醚加入之后、疏水改性高岭土加入之前，将5kg甲基丙烯酸缩水甘油酯加入至双螺杆挤出机中，其余均和实施例2相同。
35.实施例5一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例4的区别之处在于，助剂为的等量的紫外线吸收剂uv-3030，其余均和实施例4相同。
36.实施例6一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例4的区别之处在于，助剂为抗氧化剂3052和紫外线吸收剂uv-3030的混合物，且抗氧化剂3052和紫外线吸收剂uv-3030的质量比为1:1，其余均和实施例4相同。
37.对比例对比例1一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例1的区别之处在于，在有机硅改性聚酰亚胺树脂的制备中，以等量的3,3'-二甲基-4,4'-亚甲基二苯胺替换双氨基硅烷偶联
剂，即未对聚酰亚胺树脂进行有机硅改性，其余均和实施例1相同。
38.对比例2一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例1的区别之处在于，用于电力电缆外护层的组合物的原料中未加入有机硅改性聚酰亚胺树脂，其余均和实施例1相同。
39.对比例3一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例1的区别之处在于，用于电力电缆外护层的组合物的原料中未加入双酚a二缩水甘油醚，其余均和实施例1相同。
40.对比例4一种用于电力电缆外护层的组合物，其和实施例1的区别之处在于，用于电力电缆外护层的组合物的原料中未加入有机硅改性聚酰亚胺树脂，且同时未加入双酚a二缩水甘油醚，其余均和实施例1相同。
41.性能检测试验对实施例1-6、对比例1-4中制备得到的10种用于电力电缆外护层的组合物进行以下性能检测：依据《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》gb/t 528-1998，对上述10种用于电力电缆外护层的组合物的拉伸强度进行检测；依据《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》gb/t 2951.51-2008，对上述10种用于电力电缆外护层的组合物的介电常数进行检测；依据《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》gb/t 1410-2006，对上述10种用于电力电缆外护层的组合物的体积电阻率、击穿强度进行检测；然后将上述10种用于电力电缆外护层的组合物放置于90℃的水浴中90天，再检测90d水浴后的10种用于电力电缆外护层的组合物的体积电阻率、击穿强度，检测结果如表1所示。
42.表1检测结果
从表1可以看出，本技术的一种用于电力电缆外护层的组合物具有优良的力学性能、绝缘性能、耐水性，具有较高的拉伸强度、介电常数、体积电阻率、击穿强度，其中拉伸强度的范围为18.8-20.1mpa；介电常数的范围为5.5-6.5；90d水浴前体积电阻率的范围为2.8*10
15-4.1*10
15
；90d水浴后体积电阻率的范围为0.4*10
15-1.6*10
15
；90d水浴前击穿强度的范围为20.9-22.0kv/mm；90d水浴后击穿强度的范围为19.4-20.6kv/mm。通过用于电力电缆外护层的组合物中各原料之间的相互协同作用，提高了其拉伸强度，同时显著提高了其绝缘性能、耐水性，符合市场需求。
43.将对比例1和实施例1进行对比，对比例1中制备得到的用于电力电缆外护层的组合物的拉伸强度为17.2mpa，介电常数为5.1，90d水浴前体积电阻率为2.4*10
15
，90d水浴后体积电阻率为0.1*10
15
，90d水浴前击穿强度为19.6kv/mm，90d水浴后击穿强度为16.2kv/mm；实施例1中的制备得到的用于电力电缆外护层的组合物的拉伸强度为18.9mpa，介电常数为5.7，90d水浴前体积电阻率为3.1*10
15
，90d水浴后体积电阻率为0.9*10
15
，90d水浴前击穿强度为21.2kv/mm，90d水浴后击穿强度为19.8kv/mm。相比于实施例1，对比例1中用于电力电缆外护层的组合物的原料中未对聚酰亚胺树脂进行有机硅改性，使得用于电力电缆外护层的组合物的力学性能、绝缘性能、耐水性下降。通过以双氨基硅烷偶联剂对聚酰亚胺树脂进行有机硅改性，向聚酰亚胺树脂中引入硅氧键，提高其疏水性，用于电力电缆外护层的组合物的绝缘性能、耐水性得到提高。同时硅烷偶联剂的引入能够提高用于电力电缆外护层的组合物中各原料之间的相容性，有助于进一步提高其拉伸强度。
44.将对比例2-4和实施例1进行对比，对比例2中制备得到的用于电力电缆外护层的组合物的拉伸强度为16.3mpa，介电常数为4.5，90d水浴前体积电阻率为1.7*10
15
，90d水浴后体积电阻率为0.08*10
15
，90d水浴前击穿强度为18.2kv/mm，90d水浴后击穿强度为13.4kv/mm；对比例3中制备得到的用于电力电缆外护层的组合物的拉伸强度为16.6mpa，介电常数为4.4，90d水浴前体积电阻率为1.8*10
15
，90d水浴后体积电阻率为0.09*10
15
，90d水浴前击穿强度为18.5kv/mm，90d水浴后击穿强度为15.6kv/mm；对比例4中制备得到的用于电力电缆外护层的组合物的拉伸强度为15.8mpa，介电常数为3.9，90d水浴前体积电阻率为1.4*10
15
，90d水浴后体积电阻率为0.06*10
15
，90d水浴前击穿强度为17.8kv/mm，90d水浴后击穿强度为11.8kv/mm；实施例1中的制备得到的用于电力电缆外护层的组合物的拉伸强度为18.9mpa，介电常数为5.7，90d水浴前体积电阻率为3.1*10
15
，90d水浴后体积电阻率为0.9*10
15
，90d水浴前击穿强度为21.2kv/mm，90d水浴后击穿强度为19.8kv/mm。
45.相比于实施例1，对比例2中用于电力电缆外护层的组合物的原料中未加入有机硅改性聚酰亚胺树脂；对比例3中用于电力电缆外护层的组合物的原料中未加入双酚a二缩水甘油醚；对比例4中用于电力电缆外护层的组合物的原料中未加入双酚a二缩水甘油醚，同时未加入有机硅改性聚酰亚胺树脂。并且，从上述数据可以看出，相比于实施例1，对比例2、对比例3中制备得到的用于电力电缆外护层得到组合物的力学性能、绝缘性能、耐水性下降；相比于对比例2和对比例3，对比例4中制备得到的用于电力电缆外护层得到组合物的力学性能、绝缘性能、耐水性进一步下降。可以看出，双酚a二缩水甘油醚、有机硅改性聚酰亚
胺树脂之间存在相互协同作用。
46.聚酰亚胺树脂具有优良的力学性能、耐热性、耐磨损性，并且具有一定的阻燃性能，通过对其改性得到有机硅改性聚酰亚胺树脂，显著提高了其绝缘性能、耐水性。双酚a二缩水甘油醚的加入能够提高用于电力电缆外护层的组合物原料的粘度，并且有机硅改性聚酰亚胺树脂中的氨基能够与双酚a二缩水甘油醚进行反应，生成具有三维网状结构的高分子化合物，有助于提高用于电力电缆外护层的组合物的力学性能、耐水性。
47.应用例应用例1一种电力电缆，参照图1，其包括三个内芯1、包覆于三个内芯1外围的外护层2、填充于内芯1和外护层2之间间隙内的填充物3，内芯1包括导线11、包覆于导线11外围的内屏层12、包覆于内屏层12外围的绝缘层13、包覆于绝缘层13外围的外屏层14、包覆于外屏层14外围的铜带15，外护层2由用于电力电缆外护层的组合物制备得到；一种电力电缆，其采用以下方法制备得到：步骤1：将48根铜丝进行同心复绞得到导线11；步骤2：将铝箔包覆于导线11外围，形成内屏层12；步骤3：将实施例1制备得到的用于电力电缆外护层2的组合物加入至挤出机中，挤出成形，包覆于内屏层12外围，形成绝缘层13；步骤4：将铝箔包覆于绝缘层13外围，形成外屏层14；步骤5：将镀锌铜丝采用交叉编织的方式于外屏层14外围进行缠绕编织，形成铜带15，得到内芯1；步骤6：重复步骤1-5中的操作两次次，得到三根内芯1；步骤7：将三根内芯1绞合，将实施例4中制备得到的用于电力电缆外护层2的组合物加入至挤出机中，挤出，于热压机中热压成形，包覆于三根内芯1外围，形成外护层2，然后向外护层2和内芯1之间的缝隙内填充玻璃纤维绳，得到电力电缆。
48.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。