專利名稱：35kV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料及其制備方法
35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于高分子材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種絕緣材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜以其優(yōu)異的電氣性能和傳輸容量大1耐熱性能好，易于彎曲1附件接頭簡單1安裝敷設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大用戶歡迎，自上世紀(jì)八十年代以來逐漸成為電力電纜的主流。在國內(nèi)，近幾年來長規(guī)的35KV以下交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的故障率明顯上升，個別地區(qū)和單位甚至較為嚴(yán)重，而電纜本體故障的主要原因是水樹導(dǎo)致的早期損壞。尤其是安裝在南方潮濕環(huán)境中的電纜，水樹發(fā)生十分普遍，個別嚴(yán)重的樹枝長度接近絕緣厚度的70％，越來越多的電纜用戶和電纜制造廠已經(jīng)認(rèn)識到，必須采取措施，及早避免和抑制水樹導(dǎo)致電纜損壞上升的趨勢。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服因水樹導(dǎo)致的交聯(lián)聚乙烯電纜過早結(jié)束使用壽命，提供一種延緩水樹枝產(chǎn)生的新型35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣材料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述絕緣材料的制備方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到
一種35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，該絕緣材料由以下重量份的組分制得
聚乙烯lOO份
復(fù)合交聯(lián)劑1．8—3．o份
納米蒙脫土l一4份[OO10] 引發(fā)劑o．1一o．5份[OO11] 抗氧劑o．5一1．2份[OO12] 加工助劑o．1—2．o份；[OO13] 其中所述復(fù)合交聯(lián)劑為2，5一二甲基一2，5一二(叔丁基過氧基)己烷與2，5一二甲基一2，5一二(叔丁基過氧基)己炔混合物。所述復(fù)合交聯(lián)劑2，5一二甲基一2，5一二(叔丁基過氧基)己烷與2，5一二甲基一2，5一二(叔丁基過氧基)己炔的質(zhì)量比為3—77—3。[OO14] 聚乙烯選自低密度聚乙烯1線性低密度聚乙烯和乙烯一醋酸乙烯共聚物中的至少一種；所述低密度聚乙烯的熔體流動速率為2．1—2．9g／lomin，密度o．920一o．925g／‘3m3，清潔度≤lo個／kg。[OO15] 納米蒙脫土是指長度在100rlm以下的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽。具體的層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽蒙脫土，每層由兩個硅氧四面體重含一個鋁氧八面體構(gòu)成，層厚約lnm，長度為100rlm。片上的剩余電荷由位于層間的納1鈣1鎂陽離子平衡，均勻分散到聚乙烯中，形成層插結(jié)構(gòu)。[OO16] 本發(fā)明的引發(fā)劑選自過氧化二苯甲酰1偶氮二異丁腈或過硫酸甲中的至少一種?？寡鮿樗腫β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、三 [2. 4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)或1，2-雙(3，5- 二叔丁基-4-羥基-苯基 丙酸)胼(抗氧劑10Μ)。加工助劑選自聚乙烯蠟、石蠟、聚偏氟乙烯、硬脂酸鹽或鄰苯二甲 酸二仲辛酯中的至少一種。本發(fā)明的絕緣材料的制備方法為先將聚乙烯、復(fù)合交聯(lián)劑和納米蒙脫土進(jìn)行密 煉，再加入抗氧劑、引發(fā)劑和加工助劑繼續(xù)密煉，最后進(jìn)行擠出造粒。本發(fā)明的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣材料的具體制備方法，包括 如下步驟(1)將聚乙烯、復(fù)合交聯(lián)劑和納米蒙脫土依次加入密煉機(jī)中進(jìn)行密煉，密煉機(jī)轉(zhuǎn)速 為20 30rpm，溫度120 130°C，時間2 ^iin ；然后將密煉機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)速到30 50rpm， 加入抗氧劑、引發(fā)劑和加工助劑，繼續(xù)密煉1 anin ；(2)將密煉物料加入單螺桿擠出造粒機(jī)進(jìn)行造粒，所述單螺桿擠出機(jī)的長徑比 (25，轉(zhuǎn)速30 50rpm，溫度110 130°C。從單螺桿擠出造粒機(jī)擠出的材料可直接通入成 型模具中進(jìn)行成型，在單螺桿擠出機(jī)和材料成型模具之間設(shè)有席型網(wǎng)，即材料成型之前的 材料雜質(zhì)過濾采用席型網(wǎng)。其中各組分的用量及定義如上所述。聚乙烯和各種添加劑在密煉室內(nèi)，在密煉機(jī)兩個反向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子之間，在轉(zhuǎn)子與 密煉室之間，受到強(qiáng)制的剪切、攪拌、擠壓和捏合，均勻受熱混煉塑化。由于密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速不高，摩擦、剪切溫升較小，樹脂受力、升溫均勻，沒有局部發(fā)熱現(xiàn)象發(fā)生，保證物料混煉 均勻，又不發(fā)生降解和預(yù)交聯(lián)。實(shí)踐證明密煉機(jī)是制造35KV抗水樹交聯(lián)聚乙烯電力電纜 絕緣料最好預(yù)混設(shè)備。由于經(jīng)密煉后的樹脂已完全達(dá)到電纜材料制備的技術(shù)要求。用單 螺桿擠出機(jī)造粒只是完成所需的外形，以供電纜生產(chǎn)者使用。由于它不需要熱融樹脂，又 不需要樹脂與添加劑的共混，這樣對單螺桿擠出機(jī)的技術(shù)要求就低一些如螺桿的長徑比 < 25，螺距大、壓縮比小，這樣擠出機(jī)的成本和生產(chǎn)能耗大大減小，不良工藝影響極小，安裝 過濾網(wǎng)和更換過濾網(wǎng)方便快捷，分留板通孔率高(分流板孔眼的總面積大于分流板總面積 的50% )，產(chǎn)量大，如生產(chǎn)停機(jī)時，單螺桿擠出機(jī)內(nèi)物料殘留極少，利于清洗。本發(fā)明所用的抗氧劑和加工助劑都是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)，可配合使用。 其前提條件是這些助劑對本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)以及本發(fā)明的優(yōu)良效果的取得不產(chǎn)生不利影 響。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明首用物理狀態(tài)、存儲穩(wěn)定性好和安全性好，半衰期稍高的2，5 二甲基2， 5-二(叔丁過氧基)己炔仏0)、2，5二甲基2，5-二(叔丁過氧基)己炔(YD)為復(fù)合過氧 化物交聯(lián)劑，取代傳統(tǒng)的有刺鼻異味的二枯基過氧化物(DCP)交聯(lián)劑。實(shí)踐表明采用AD和 YD交聯(lián)劑配合使用時，它們的協(xié)同效應(yīng)效果，不僅在綜合性能上大大優(yōu)于DCP，而且還減少 了 “水樹”的產(chǎn)生。2.利用國產(chǎn)密煉機(jī)單螺桿擠出機(jī)造粒機(jī)組經(jīng)行熔融擠出造粒。由于密煉機(jī)轉(zhuǎn)速不 高O0-40rpm)，摩擦、剪切升溫較小，樹脂受力、升溫均勻，沒有局部發(fā)熱現(xiàn)象發(fā)生，即保證 物料混煉均勻，又不會發(fā)生降解和預(yù)交聯(lián)。單螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)簡單、堅(jiān)固可靠、塑化平穩(wěn)、剪 切摩擦升溫小，以滿意的性能以保證電纜料最小的預(yù)交聯(lián)和商品外觀。
3.采用預(yù)混合工藝。低密度聚乙烯料粒、復(fù)合型交聯(lián)劑、納米蒙脫土在密煉機(jī)中進(jìn) 行密煉，由于復(fù)合交聯(lián)劑均為液體，密煉機(jī)轉(zhuǎn)子均勻攪拌混合，借助分子間作用力，交聯(lián)劑 在聚乙烯與蒙脫土之間的粘著作用。液態(tài)交聯(lián)劑均勻的被研磨粘附在聚乙烯顆粒表面。材 料很快在運(yùn)動中因粒子間相互碰撞及物料與鍋壁以及攪拌轉(zhuǎn)子的運(yùn)動摩擦和密煉機(jī)外部 加熱而迅速升溫到108_115°C軟化點(diǎn)，將抗氧劑等加工助劑按比例加入密煉機(jī)中進(jìn)行短時 間低速攪拌，將所有的樹脂、助劑實(shí)現(xiàn)理想的共混。4.以席型網(wǎng)為安全保護(hù)的組合過濾網(wǎng)濾除雜質(zhì)。本發(fā)明選擇的由預(yù)過濾粗網(wǎng)，精 過濾細(xì)網(wǎng)、保護(hù)席型網(wǎng)三部分組成的安全過濾體系，即能除去原料內(nèi)、運(yùn)輸和生產(chǎn)過程中產(chǎn) 生的所有影響電性能的雜質(zhì)，又能保障生產(chǎn)時因過濾網(wǎng)逐漸被堵塞后熔體壓力升高而造成 破網(wǎng)的潛在危險。


圖1為聚乙烯/蒙脫土復(fù)合材料和蒙托土的XRD(X射線衍射)圖；圖中，a_實(shí)施例1所得的復(fù)合材料，b-蒙脫土。通過XRD可以看出，復(fù)合材料中表 征蒙托土片層間距的衍射峰向小角度移動，且強(qiáng)度彌散趨于消失，表明蒙脫土層發(fā)生了剝 離，即蒙托土片層以單片層和插層的次級粒子形式無規(guī)分布于聚乙烯基體中。圖2是聚乙烯/蒙脫土復(fù)合材料的TEM(透射電子顯微鏡)照片；其中左圖為納米 蒙脫土的層狀結(jié)構(gòu)，右圖為聚乙烯中納米蒙脫土的層狀結(jié)構(gòu)。圖3為低密度聚乙烯轉(zhuǎn)矩流變曲線；圖4為3%納米蒙脫土改性交聯(lián)低密度聚乙烯轉(zhuǎn)矩流變曲線；圖5為普通交聯(lián)聚乙烯(左)和實(shí)施例1抗水樹交聯(lián)聚乙烯(右)30天后的水樹 生長對比圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要再此指出的是本實(shí)施例只用于 對本發(fā)明進(jìn)一步說明，不能理解為本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根 據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例11、將100份低密度聚乙烯(熔體流動速率2. 1 2. 9g/10min,密度0. 920 0.925g/cm3，清潔度彡10個/kg)，1.2份2，5 二甲基2，5-二(叔丁過氧基)己烷和0. 6份 2，5二甲基2，5_二(叔丁過氧基)己炔，1份納米蒙脫土加入密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20rpm，溫度 120-130°C的密煉機(jī)內(nèi)混合2min，然后將密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)為30rpm加入0. 5份四[β - (3， 5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯抗氧劑，0. 2份過氧苯甲酰，0. 1份聚偏氟乙 烯在混aiiin。2、將上述密煉混合均勻的物料倒入料斗，經(jīng)料斗輸送軌提升到單螺桿擠出機(jī)的 進(jìn)料槽內(nèi)，由雙腕將物料強(qiáng)制壓入單螺桿擠出造粒，單螺桿擠出機(jī)的長徑比< 25，轉(zhuǎn)速 30rpm，溫度110_130°C，制備的混合物在溫度120_130°C的單螺桿擠出機(jī)中造粒，獲得35KV 以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣料。實(shí)施例2
1、將100份線性低密度聚乙烯，1.0份2，5 二甲基2，5_ 二(叔丁過氧基)己烷 和0.9份2，5 二甲基2，5-二(叔丁過氧基)己炔，3份納米蒙脫土加入密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 25rpm，溫度120_130°C的密煉機(jī)內(nèi)混合3min，然后將密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)為40rpm加入1.0 份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯抗氧劑，0.3份偶氮二異丁腈， 0. 2份聚乙烯蠟在混anin。2、將上述密煉混合均勻的物料倒入料斗，經(jīng)料斗輸送軌提升到單螺桿擠出機(jī)的 進(jìn)料槽內(nèi)，由雙腕將物料強(qiáng)制壓入單螺桿擠出造粒，單螺桿擠出機(jī)的長徑比< 25，轉(zhuǎn)速 30rpm，溫度110_130°C，制備的混合物在溫度120_130°C的單螺桿擠出機(jī)中造粒，獲得35KV 以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣料。按ASTM D6097-97a檢驗(yàn)其10天水樹長度為 79. 9μπι。采用普通交聯(lián)聚乙烯電纜用XLPE材料與本發(fā)明實(shí)施例1所得的抗水樹交聯(lián)聚乙 烯電力電纜絕緣材料分別進(jìn)行性能測試，結(jié)果如下表表1. 35KV抗水樹交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣料性能檢測結(jié)果
權(quán)利要求
1. 一種35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，其特征在于該絕緣材料由以下重量份 的組分制得其中所述復(fù)合交聯(lián)劑為2，5_二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷與2，5_二甲基-2， 5-二(叔丁基過氧基)己炔混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，其特征在于所述復(fù)合 交聯(lián)劑2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷與2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過氧 基)己炔的質(zhì)量比為3 7 7 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，其特征在于所述聚乙 烯選自低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一種；所述低 密度聚乙烯的熔體流動速率為2. 1 2. 9g/10min，密度0. 920 0. 925g/cm3，清潔度< 10 個/kg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，其特征在于所述納米 蒙脫土是指長度在IOOnm以下的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，其特征在于所述引發(fā) 劑選自過氧化二苯甲酰、偶氮二異丁腈或過硫酸甲中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，其特征在于所述抗 氧劑為四[β - (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2. 4- 二叔丁基苯基] 亞磷酸酯或1，2-雙(3，5-二叔丁基-4-羥基-苯基丙酸)胼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，其特征在于所述加工 助劑選自聚乙烯蠟、石蠟、聚偏氟乙烯、硬脂酸鹽或鄰苯二甲酸二仲辛酯中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，其特征在于該絕緣材 料的制備方法為先將聚乙烯、復(fù)合交聯(lián)劑和納米蒙脫土進(jìn)行密煉，再加入抗氧劑、引發(fā)劑 和加工助劑繼續(xù)密煉，最后進(jìn)行擠出造粒。
9.權(quán)利要求1 8中任一所述的35KV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯絕緣材料的制備方法，其 特征在于包括如下步驟(1)將聚乙烯、復(fù)合交聯(lián)劑和納米蒙脫土依次加入密煉機(jī)中進(jìn)行密煉，密煉機(jī)轉(zhuǎn)速為 20 30rpm，溫度120 130°C，時間2 ^iin ；然后將密煉機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)速到30 50rpm，加 入抗氧劑、引發(fā)劑和加工助劑，繼續(xù)密煉1 anin ；(2)將密煉物料加入單螺桿擠出造粒機(jī)進(jìn)行造粒，所述單螺桿擠出機(jī)的長徑比<25， 轉(zhuǎn)速30 50rpm，溫度110 130°C。聚乙烯 復(fù)合交聯(lián)劑 納米蒙脫土100份1. 8 3. 0份 1 4份引發(fā)劑 抗氧劑 加工助劑0. 1 0. 5份 0. 5 1. 2份 0. 1 2. 0 份；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種35kV以下抗水樹交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣材料及其制備方法，該絕緣材料由重量份100份聚乙烯、1.8～3.0份復(fù)合交聯(lián)劑、1～4份納米蒙脫土、0.1～0.5份引發(fā)劑、0.5～1.2份抗氧劑和0.1～2.0份加工助劑組成。本發(fā)明的絕緣材料不僅在綜合性能上大大優(yōu)于DCP，而且還減少了“水樹”的產(chǎn)生。
文檔編號C08K5/14GK102120842SQ20111002374
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者劉偉, 沈考權(quán) 申請人:江蘇興海線纜有限公司