一種35kv以下抗水樹(shù)交聯(lián)聚乙烯絕緣材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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)】
[0002] 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、耐熱性能好，易于彎 曲、附件接頭簡(jiǎn)單、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(lái)逐漸 成為電力電纜的主流。在國(guó)內(nèi)，近幾年來(lái)長(zhǎng)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(gè)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(shù)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(shù)發(fā)生十分普遍，個(gè)別嚴(yán)重的樹(shù)枝長(zhǎng)度接 近絕緣厚度的70%，越來(lái)越多的電纜用戶和電纜制造廠已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，必須采取措施，及早避 免和抑制水樹(shù)導(dǎo)致電纜損壞上升的趨勢(shì)。
[0003] CN102120842A公開(kāi)了一種35kV以下抗水樹(shù)交聯(lián)聚乙烯絕緣材料及其制備方法， 該絕緣材料由重量份100份聚乙稀、1. 8~3. 0份復(fù)合交聯(lián)劑、1~4份納米蒙脫土、0. 1~ 〇. 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。有效減少了"水樹(shù)"的 產(chǎn)生，但是其預(yù)防水樹(shù)化的性能及材料的韌性還有待于進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服因水樹(shù)導(dǎo)致的交聯(lián)聚乙烯電纜過(guò)早結(jié)束使用壽命，提供 一種延緩水樹(shù)枝產(chǎn)生的新型35KV以下抗水樹(shù)交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣材料。
[0005] 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。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施達(dá)到：
[0007] -種35KV以下抗水樹(shù)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：
[0008] 聚乙歸 100份 極性分子改性的芳香性彈性體共聚物 5~20份 復(fù)合交聯(lián)劑 1.8~3.0份 親水性納米無(wú)機(jī)氧化物粉末 1~10份 弓丨發(fā)劑 0.1-0.5份 抗氧劑 0,5~1,2份 加工助劑 0.1~2.0份
[0009] 其中所述復(fù)合交聯(lián)劑為2, 5-二甲基-2, 5-二（叔丁基過(guò)氧基）己烷與2, 5-二甲 基-2, 5-二（叔丁基過(guò)氧基）己炔混合物。
[0010] 本發(fā)明提供的35KV以下抗水樹(shù)交聯(lián)聚乙烯絕緣材料中含有100份的聚乙烯，5~ 20份的極性分子改性的芳香性彈性體共聚物，如6份、7份、8份、9份、10份、12份、14份、 15份、16份、17份、18份或19份等；1. 8~3. 0份復(fù)合交聯(lián)劑，如2. 0份、2. 1份、2. 2份、2. 3 份、2. 4份、2. 5份、2. 7份或2. 9份等；1~10份的親水性納米無(wú)機(jī)氧化物粉末，如2份、3 份、4份、5份、6份、7份、8份或9份等；0. 1~0. 5份的引發(fā)劑，如0. 2份、0. 3份、0. 4份或 0. 5份等；0. 5~1. 2份抗氧劑，如0. 6份、0. 7份、0. 8份、0. 9份、1. 0份或1. 1份等；0. 1~ 2. 0份的加工助劑，如0. 2份、0. 4份、0. 6份、0. 8份、1. 0份、1. 2份、1. 4份、1. 5份、1. 6份、 1.8份或1.9份等。
[0011] 所述復(fù)合交聯(lián)劑2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基過(guò)氧基）己烷與2，5-二甲基-2， 5_二（叔丁基過(guò)氧基）己炔的質(zhì)量比為3~7 : 7~3,如1:1、4:5、5:6、6:7、7:4、4:7或 2:3 等。
[0012] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明所述35KV以下抗水樹(shù)交聯(lián)聚乙烯絕緣材料由以下 重量份的組分制得：
[0013] 聚乙烯 100份 極性分子改性的芳香性彈性體共聚物 10份 復(fù)合交聯(lián)劑 2份 親水性納米無(wú)機(jī)氧化物粉末 5份 引發(fā)劑 45份 抗氧劑 1.0份 加工助劑 0.5份；
[0014] 所述復(fù)合交聯(lián)劑2，5-二甲基-2，5-二（叔丁基過(guò)氧基）己烷與2，5-二甲基-2， 5_二（叔丁基過(guò)氧基）己炔的質(zhì)量比為4:6。
[0015] 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(dòng)速率為2. 1~2. 9g/10min，密度0. 920~0. 925g/cm3， 清潔度< 10個(gè)/kg。
[0016] 所述極性分子改性的芳香性彈性體共聚物是指氨基改性的、丙烯酸改性的或馬來(lái) 酸酐改性的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯芳香性彈性體共聚物，接枝率在〇. 1-10%之間， 其密度為0. 86-0. 93g/cm3,苯乙烯含量為20-35wt%，熔體流動(dòng)指數(shù)在0. 02至20g/10min之 間。采用極性分子改性的芳香性彈性體共聚物由于在芳香性彈性體共聚物上接枝了極性基 團(tuán)具有一定的親水性，而且芳香性彈性體共聚物能提高聚乙烯樹(shù)脂的韌性。
[0017] 所述親水性納米無(wú)機(jī)氧化物粉末為用偶聯(lián)劑處理過(guò)的無(wú)機(jī)氧化物粉末，所述親水 性納米無(wú)機(jī)氧化物粉末與所述偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為100 : 0. 5-3,如100 : 0.6、100 : 0.8、 100 : 1.0、100 : 1.2、100 : 1.4、100 : 1.5、100 : 1.7、100 : 1.9、100 : 2.0、100 : 2.3、 100 : 2. 5、100 : 2. 7 或 100 : 2. 9 等。
[0018] 優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑選自鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸類(lèi)偶聯(lián)劑、鋁酸酯類(lèi) 偶聯(lián)劑、稀土偶聯(lián)劑、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑、鋯鋁酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。
[0019] 優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)粉末選自氧化鋅、氧化鎂、氧化鋁、二氧化硅中的至少一種。
[0020] 通過(guò)向聚烯烴中加入親水性納米無(wú)機(jī)氧化物粉末一方面可以改變聚烯烴材料內(nèi) 部的晶體結(jié)構(gòu)，使得水樹(shù)的生長(zhǎng)速度減慢；另一方面，由于納米無(wú)機(jī)氧化物的親水性，使得 水不易積聚在一起。從而可以使該材料具有較強(qiáng)的抗水樹(shù)性能，較好的介電性能和適用性， 而且可以防止電纜在使用過(guò)程中添加劑的析出等問(wèn)題。
[0021] 本發(fā)明的引發(fā)劑選自過(guò)氧化二苯甲酰、偶氮二異丁腈或過(guò)硫酸甲中的至少一種。 抗氧劑為四[0-(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）肼（抗氧劑1024)中任意一種或至少兩種的組合。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。
[0022] 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。
[0023] 本發(fā)明的35KV以下抗水樹(shù)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：
[0024] (1)將聚乙烯、極性分子改性的芳香性彈性體共聚物、復(fù)合交聯(lián)劑和親水性納米無(wú) 機(jī)氧化物粉末依次加入密煉機(jī)中進(jìn)行密煉，密煉機(jī)轉(zhuǎn)速為20~30rpm，溫度120~130°C， 時(shí)間2~4min;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1~2min;
[0025] (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(zhǎng)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(guò)濾采用席型網(wǎng)。
[0026] 其中各組分的用量及定義如上所述。
[0027] 聚乙烯和各種添加劑在密煉室內(nèi)，在密煉機(jī)兩個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)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(shù)脂受力、升溫均勻，沒(méi)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(shù)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(shù)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(shù)脂，又 不需要樹(shù)脂與添加劑的共混，這樣對(duì)單螺桿擠出機(jī)的技術(shù)要求就低一些：如螺桿的長(zhǎng)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(guò)濾網(wǎng)和更換過(guò)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(shí)，單螺桿擠出機(jī)內(nèi)物料殘留極少，利于清洗。
[0028] 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(duì)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。
[0029] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0030] 1、本發(fā)明首用物理狀態(tài)、存儲(chǔ)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(guò)氧基）己炔（AD)、2, 5二甲基2, 5-二（叔丁過(guò)氧基）己炔（YD)為復(fù)合過(guò)氧 化物交聯(lián)劑，取代傳統(tǒng)的有刺鼻異味的二枯基過(guò)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(shí)，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(shù)"的產(chǎn)生。
[0031 ] 2、本發(fā)明的采用極性分子改性的芳香性彈性體共聚物和親水性納米無(wú)機(jī)氧化物 粉末使該材料具有較強(qiáng)的抗水樹(shù)性能，較好的介電性能、適用性和韌性，而且可以防止電纜 在使用過(guò)程中添加劑的析出等問(wèn)題。
[0032] 3、利用國(guó)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（20-40rpm)，摩擦、剪切升溫較小，樹(shù)脂受力、升溫均勻，沒(méi)有局部發(fā)熱現(xiàn)象發(fā)生，即保證 物料混煉均勻，又不會(huì)發(fā)生降解和預(yù)交聯(lián)。單螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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。
[0033] 4、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(dòng)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(dòng)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(shí) 間低速攪拌，將所有的樹(shù)脂、助劑實(shí)現(xiàn)理想的共混。
[0034] 5、以席型網(wǎng)為安全保護(hù)的組合過(guò)濾網(wǎng)濾除雜質(zhì)。本發(fā)明選擇的由預(yù)過(guò)濾粗網(wǎng)，精 過(guò)濾細(xì)網(wǎng)、保護(hù)席型網(wǎng)三部分組成的