一种高性能环保型电力电缆及其制备方法与流程

1.本发明属于材料技术领域，涉及一种高性能环保型电力电缆及其制备方法。


背景技术：

2.目前由于交联聚乙烯的价格便宜、稳定性高、成型性好，广泛应用于常规电力电缆的绝缘材料。然而，随着生产规模的逐渐扩大，交联聚乙烯电缆的需求量快速增加，在实际应用过程中存在许多问题：(1)交联聚乙烯属于热固性塑料，报废的电缆绝缘料难以回收再利用，焚烧处理对环境的污染严重；(2)交联聚乙烯电缆的最高使用温度不能超过90℃，高温高压的环境容易导致电缆老化破损；(3)交联聚乙烯电缆的生产工艺较为复杂，生产设备投入较大，制备过程中的产物对较多，资源浪费严重。
3.并且随着电力行业的快速发展，高压电力的电压等级从110kv提升至600kv，对电力电缆的性能要求越来越高。电压等级的提升使得传输过程中的放热增加，绝缘材料的使用温度增高，老化速度加快，降低了电缆的使用寿命。因此开发高性能环保型电力电缆对于我国电力行业的发展显得十分重要。目前，高热稳定性、高击穿强度、可回收利用的聚丙烯材料已经开始被应用于电力电缆材料，但是普通市售聚丙烯材料具有较高的强度和脆性，直接用来做电力电缆的绝缘材料难度较大。因此现有技术多采用改性剂对聚丙烯进行改性，但是仍无法满足日益增加的应用需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种包括导电线芯、电缆绝缘层、外层保护层的高性能环保型电力电缆。
5.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
6.一种高性能环保型电力电缆，包括导电线芯、电缆绝缘层、外层保护层，所述电缆绝缘层由改性聚丙烯绝缘材料制得；
7.所述改性聚丙烯绝缘材料的原料包括聚丙烯90～110份、过氧化苯甲酰70～90份、苯乙烯3～7份、甲基丙稀酸甲酯3～7份、乙烯基三乙氧基硅烷2～4份、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮2～4份、抗氧化剂1～3份。
8.作为优选，所述聚丙烯占原料总质量的45～52％。
9.作为优选，所述苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮的总质量占原料总质量的5～12％。
10.进一步优选，苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯的总质量占原料总质量的3～7％。
11.作为优选，所述聚丙烯为拉丝级等规聚丙烯，具体牌号为t30s。
12.作为优选，所述抗氧化剂为质量比为1：(0.8～1.2)的四季戊四醇脂、三亚磷酸酯。
13.作为优选，所述导电线芯的直径、电缆绝缘层的厚度比为1：(0.01～0.2)。
14.作为优选，所述外层保护层的材料为聚乙烯。
15.本发明还公开了一种高性能环保型电力电缆的制备方法，其特征在于，所述制备
方法包括：
16.s1、将称量后的原料混匀后进行第一次加热反应，加去离子水进行第二次加热反应，再经后处理得改性聚丙烯绝缘材料；
17.s2、将改性聚丙烯绝缘材料加热后通过挤塑机对导电线芯进行绝缘挤塑；
18.s3、将包裹电缆绝缘层的导电线芯绞合，包覆填充料后，挤塑外层保护层，得电力电缆。
19.作为优选，步骤s1中所述去离子水的加入量、第一次加热反应后的溶液的残留量的质量比为(2～4)：1。
20.本发明采用水相悬浮法使得加入的改性物质与聚丙烯发生接枝反应，这种方法形成的接枝均匀，对聚丙烯降解作用减小，同时减少有机溶剂的使用量，降低生产成本，提高接枝效率和质量。
21.作为优选，步骤s1中所述第一次加热过程温度为55～65℃，时间为2～8h；第二次加热过程温度为90～100℃，时间为1～5h。
22.作为优选，步骤s1中后处理包括将反应液过滤、烘干后置于乙酸乙酯溶液超声清洗后再次过滤烘干。
23.作为优选，步骤s2中加热温度为160～200℃；挤塑过程速度为3～8m/min。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.1、本发明采用过氧化苯甲酰、苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮等原料对拉丝级等规聚丙烯进行改性，能够使制备的电力电缆具备优异的机械性能和耐老化性能。
26.2、本发明高性能环保型电力电缆的包括导电线芯、电缆绝缘层、外层保护层，其中电缆绝缘层的由改性聚丙烯绝缘材料制得，报废后可进行回收利用，降低了对环境的污染。
27.3、本发明制得的改性聚丙烯可直接用于制备电缆的绝缘层，省去其他添加剂，节约成本。
28.4、本发明的制备方法简单可控，便于规模化生产。
29.5、本发明制得的高性能环保型电力电缆可以应用于高温度、高压力、高电压等特殊场景。
具体实施方式
30.以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。本发明中未特殊说明的均为常规市售原料及普通的制备方法。
31.高性能环保型电力电缆的制备：
32.本发明的高性能环保型电力电缆，包括导电线芯、电缆绝缘层、外层保护层，所述电缆绝缘层的原料为改性聚丙烯绝缘材料。
33.改性聚丙烯绝缘材料的原料包括聚丙烯(拉丝级等规聚丙烯，牌号为t30s，熔体流动速率：astm d-1238 2.9～3.5g/10min)90～110份、过氧化苯甲酰70～90份、苯乙烯3～7份、甲基丙稀酸甲酯3～7份、乙烯基三乙氧基硅烷2～4份、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮2～4份、抗氧化剂1～3份。
34.按比例称取原料，将原料混匀后进行第一次加热反应，温度为55～65℃，时间为2
～8h；加去离子水进行第二次加热反应，第二次加热过程温度为90～100℃，时间为1～5h；将溶液取出，进行过滤，过滤物在70～90℃的真空干燥箱内进行干燥，时间为24～48h；干燥后的粉末放在乙酸乙酯溶液中进行2～3次超声波清洗，除去未反应的添加剂和聚合物；将二次过滤的物质放置在40～60℃的真空干燥箱内进行干燥，时间为12～24h，得到改性聚丙烯绝缘材料。
35.将制得的到改性聚丙烯绝缘材料加热至150～200℃，采用挤塑机对导电线芯进行绝缘挤塑，速度为3～8m/min，挤塑完后的产品采用水冷(温度低于10℃)进行冷却降温。
36.将包裹电缆绝缘层的导电线芯按照规格绞合，包覆填充料后，挤塑外层保护层，得电力电缆。
37.实施例1
38.按表1所示的比例称取原料，将原料混匀后进行第一次加热反应，温度为60℃，时间为4h；加入混合物质量300％的去离子水，进行第二次加热反应，第二次加热过程温度为90℃，时间为3h；将溶液取出，进行过滤，过滤物在80℃的真空干燥箱内进行干燥，时间为24h；干燥后的粉末放在乙酸乙酯溶液中进行3次超声波清洗，除去未反应的添加剂和聚合物；将二次过滤的物质放置60℃的真空干燥箱内进行干燥，时间为24h，得到改性聚丙烯绝缘材料。
39.将改性聚丙烯加热至160℃，采用挤塑机对导电铜芯进行绝缘挤塑，挤塑温度为180℃，速度为4m/min，挤塑完后的产品采用水冷进行冷却降温；
40.将包裹电缆绝缘层的导电线芯(铜芯)按照规格进行绞合，包覆填充料后，挤塑外层保护套，即可得到电力电缆。
41.电缆绝缘层厚度为1.2mm，导电线芯直径为11mm；将包裹电缆绝缘层的导电线芯进行性能测试，结果见表3、4、5。
42.实施例2～6
43.与实施例1相比，区别在于按照表1所述的比例称取原料；制得的产品的性能见表3、4、5。
44.对比例1
45.与实施例1相比，区别在于不加入苯乙烯和4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮，具体加入量见表2；制得的产品的性能见表3、4、5。
46.对比例2
47.与实施例1相比，区别在于不加入苯乙烯，具体加入量见表2；制得的产品的性能见表3、4、5。
48.对比例3
49.与实施例1相比，区别在于不加入4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮，具体加入量见表2；制得的产品的性能见表3、4、5。
50.对比例4
51.与实施例1相比，区别在于不加入甲基丙稀酸甲酯和乙烯基三乙氧基硅烷，具体加入量见表2；制得的产品的性能见表3、4、5。
52.对比例5
53.与实施例1相比，区别在于不加入甲基丙稀酸甲酯，具体加入量见表2；制得的产品
的性能见表3、4、5。
54.对比例6
55.与实施例1相比，区别在于不加入乙烯基三乙氧基硅烷，具体加入量见表2；制得的产品的性能见表3、4、5
56.表1、实施例原料表
[0057][0058]
表2、对比例原料表
[0059][0060]
表3、实施例和对比例的试样与纯pp在不同温度下电阻率
[0061][0062]
表4、实施例和对比例的试样与纯pp在135℃老化温度下的电阻率
[0063][0064]
表5、实施例和对比例的试样与纯pp在135℃老化温度下的交流击穿强度
[0065][0066]
根据表3、4、5可知，相比于纯聚丙烯材料，本发明制得的绝缘材料和电力电缆具有较好的耐老化性能和抗交流击穿性能，在老化后仍能保持较好的性能。实施例2和5中，苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮的加入量已经达到饱和，不能影响到接枝改性的数量，相比于实施例1，材料的性能没有明显的提升，基本保持不变。实施例3、4和6中，苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮的加入量较少导致改性不完全，制得的材料的性能不佳。
[0067]
对比例1中，减少了苯乙烯和4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮的加入，制备的材料性能大幅度降低，主要原因是两种物质均属于共轭结构单体，其具备较强的电子亲和势能和稳定性，可以改善接枝结构的稳定性能。对比例4中，减少了甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷的加入，制备的材料性能大幅度降低，主要原因是两种物质均属于带有极性官能团单体，能够在接枝材料内部形成深陷阱，抑制载流电子的运输行为，从而提高材料的电阻率和绝缘性能。对比例2、3、5、6中，减少了苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮中一种的加入，不同程度上降低了材料的性能。根据上述实验结果，最佳的添加比例为聚丙烯100份、过氧化苯甲酰85份、苯乙烯4份、甲基丙稀酸甲酯5份、乙烯基三乙氧基硅烷(交联剂)3份、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮(光引发剂)3份、抗氧化剂
2份。
[0068]
综上所述，本发明通过采用过氧化苯甲酰、苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮等原料对拉丝级等规聚丙烯进行改性，能够使制备的电力电缆具备优异的机械性能和耐老化性能；并且制得的高性能环保型电力电缆可以应用于高温度、高压力、高电压等特殊场景。
[0069]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：
1.一种高性能环保型电力电缆，其特征在于，包括导电线芯、电缆绝缘层、外层保护层，所述电缆绝缘层的原料为改性聚丙烯绝缘材料；所述改性聚丙烯绝缘材料的原料包括聚丙烯90～110份、过氧化苯甲酰70～90份、苯乙烯3～7份、甲基丙稀酸甲酯3～7份、乙烯基三乙氧基硅烷2～4份、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮2～4份、抗氧化剂1～3份。2.根据权利要求1所述的高性能环保型电力电缆，其特征在于，所述聚丙烯占原料总质量的45～52％。3.根据权利要求1所述的高性能环保型电力电缆，其特征在于，所述苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮的总质量占原料总质量的5～12％。4.根据权利要求1所述的高性能环保型电力电缆，其特征在于，所述聚丙烯为等规聚丙烯。5.根据权利要求1所述的高性能环保型电力电缆，其特征在于，所述抗氧化剂为质量比为1：(0.8～1.2)的四季戊四醇脂、三亚磷酸酯。6.根据权利要求1所述的高性能环保型电力电缆，其特征在于，所述导电线芯的直径、电缆绝缘层的厚度比为(0.01～0.2)：1。7.一种如权利要求1所述的高性能环保型电力电缆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：s1、将称量后的原料混匀后进行第一次加热反应，加去离子水进行第二次加热反应，再经后处理得改性聚丙烯绝缘材料；s2、将改性聚丙烯绝缘材料加热后通过挤塑机对导电线芯进行绝缘挤塑；s3、将包裹电缆绝缘层的导电线芯绞合，包覆填充料后，挤塑外层保护层，得电力电缆。8.根据权利要求7所述的高性能环保型电力电缆的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述去离子水的加入量、第一次加热反应后的溶液的残留量的质量比为(2～4)：1。9.根据权利要求7所述的高性能环保型电力电缆的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述第一次加热过程温度为55～65℃，时间为2～8h；第二次加热过程温度为90～100℃，时间为1～5h。10.根据权利要求7所述的高性能环保型电力电缆的制备方法，其特征在于，步骤s2中加热温度为180～220℃；挤塑过程速度为3～8m/min。

技术总结
本发明属于材料技术领域，涉及一种高性能环保型电力电缆及其制备方法。本发明公开了一种高性能环保型电力电缆，包括导电线芯、电缆绝缘层、外层保护层，所述电缆绝缘层由改性聚丙烯绝缘材料制得；所述改性聚丙烯绝缘材料的原料包括聚丙烯90～110份、过氧化苯甲酰70～90份、苯乙烯3～7份、甲基丙稀酸甲酯3～7份、乙烯基三乙氧基硅烷2～4份、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮2～4份、抗氧化剂1～3份。本发明还公开了一种高性能环保型电力电缆的制备方法。本发明采用过氧化苯甲酰、苯乙烯、甲基丙稀酸甲酯、乙烯基三乙氧基硅烷、4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮等原料对拉丝级等规聚丙烯进行改性，能够使制备的电力电缆具备优异的机械性能和耐老化性能。老化性能。


技术研发人员：刘斌 黄思维 陈运国 圣纪生 谭斌 肖思婵 唐俊文
受保护的技术使用者：湖南广顺电缆有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/18