光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备技术

本发明专利技术涉及光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备，本方法包括将聚烯烃基料、饱和石蜡烃、光引发剂、多功能团交联剂、复合抗氧剂、光稳定剂及其它添加剂按一定配比和程序进行配料、混炼造粒、挤塑包覆聚烯烃层，在紫外光交联设备中，于大气下进行紫外光交联以及成品电缆的后续加工工艺。本发明专利技术光交联法可生产绝缘层厚度原则上不受限制的聚烯烃绝缘电缆，而且工艺简单，设备体积小，机动性好，易对原电缆生产线稍加改造就可实施光交联工艺流程，投资少，产品具有优良的耐压、耐热和机械力学等性能。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备，尤其是在空气中紫外光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其紫外光交联立式或卧式设备。传统电线电缆的聚乙烯绝缘层或护层的交联方法主要有化学法(如过氧化物的连续硫化法和硅烷法)和辐射法(如高能电子束和γ-辐射)。这两种方法投资大，设备造价高，工艺技术比较复杂，安全操作和运转维护条件苛刻。九十年代EP490854公开了聚乙烯光交联在氮气环境下进行并使用新合成的光引发剂的必要性。中国专利(申请号分别为91103158.8和91208158.9)也公开了光交联聚乙烯电线电缆的生产需要在氮气环境中进行，并指出“使电线电缆在通氮气的石英管内进行光交联，以防止交联层表面氧化”。因此，为了防止光照过程中材料的氧化，聚乙烯光交联应在氮气氛保护下进行，故在其连续化交联生产设备内要放置一石英玻璃管，并不断地通入氮气以保持一定的惰性气氛。这样一来，将给聚乙烯光交联的连续化工业生产带来诸多不便，并大大增加了产品的成本。首先，由于石英管的放入，使得在其中通过的电缆线上高聚物包覆层表面温度的控制带来困难。其次，光交联反应体系中的光引发剂、交联剂以及各种添加剂在较高的交联温度下(通常的挤出温度160～200℃)会挥发而后冷凝、碳化在石英管内壁上而造成污染，对紫外光产生屏蔽作用，影响高聚物上的辐照剂量，从而影响光交联的效率。专利技术人的实验表明，石英管内壁沉淀污染速度很快，少则几小时，多则2-3天，无法正常生产。要清除污染则需中断生产，导致产量的降低。JP050288632A涉及的光交联聚烯烃绝缘层厚度(包括发泡层)仅为0.2～0.5mm外加涂层厚度为20μ的小尺寸电线。这涂层除了在该专利中所述的提高电线表面的耐磨性能外，实际上还起着隔绝空气氧对聚烯烃绝缘层光交联的影响。因此，在现有的光交联技术中，还没有一种方法能使聚烯烃光交联直接在空气中进行，并制造出大尺寸、厚绝缘层的电缆。中国专利申请号91208158.9涉及紫外光交联聚乙烯电线电缆的生产设备。生产试验表明，该设备除了由于使用了石英管而给工业生产带来诸多不便之外，还存在着光能的利用率低、光照的均匀性差以及温度分布不均和温度控制困难，以至使光交联聚乙烯电缆产品的热老化性能不符合产品质量的要求等致命缺点。本专利技术人经过广泛深入研究和生产实践克服了上述现有技术不足，提供一种工艺设备简单，效率高，无需消耗氮气，成本低，绝缘层厚度原则上无限制的聚烯烃绝缘电缆的生产方法和设备。本专利技术目的是提供一种可以直接在空气中进行光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备。本专利技术另一目的是提供一种紫外光交联方法来制造大尺寸，绝缘层厚度原则上不受限制的聚烯烃电缆。本专利技术的光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法包括光交联聚烯烃的配料，混炼造粒，导体线芯上挤塑包覆绝缘层，在紫外光交联设备中进行紫外光照交联，以及成品电缆的后续加工工艺步骤1、光交联聚烯烃的配料步骤，配料各组份和重量比为A．聚烯烃基料 100B．饱和石蜡烃 0.1-10.0C．光引发剂 0.1-5.0D．多官能团交联剂 0.1-5.0E．复合抗氧剂 0.01-1.0F．光稳定剂 0.01-1.0G．其它添加剂 0.01-5.0优选配料比为A．聚烯烃基料 100B．饱和石蜡烃 1.0-5.0C．光引发剂 0.8-1.2D．多官能团交联剂 0.8-1.5E．复合抗氧剂 0.3-0.6F．光稳定剂 0.4-0.5G．其它添加剂 3-42、混炼造粒步骤将上述配料中B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后将挤塑机各段温度预热到A料的熔融挤出所需的温度并投入混合料，使A料塑化后挤出造料成2-10mm3大小的粒料。3、挤塑包覆聚烯烃层步骤将上述粒料加入预热到90-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210℃下将聚烯烃挤出，均匀包覆在导电线芯上，根据需要控制包覆聚烯烃层厚度在0.4-10mm，一次挤出厚度不超过3mm。对于大于3mm厚的绝缘层可采用多层挤塑、分次光照的方法。4、在紫外光交联设备中进行紫外光交联步骤紫外光交联是在紫外光交联设备中进行的。紫外光交联设备的紫外光照箱安置在距挤塑机机头15-70cm处，使挤塑机机头中挤出包覆形成在导电线芯上的聚烯烃层在尚处于熔融状态而未发生偏心的情况下进入紫外光照箱，在主波长为250-450nm、功率密度在100-450mW/cm2、具有高效反射聚焦系统的紫外光源下，使光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm，均匀光照5-20秒，进行紫外光交联。电线牵引速率视光强和光照时间而定，一般控制在几米-几十米/分钟，同时调节通过光照箱的冷却介质流量使光照区温度稳定在待交联材料的熔融态温度范围内。紫外光照箱的反光罩采用了椭圆反射面，紫外灯管安装在椭圆的一个焦点处，而另一个焦点正好落在电线电缆通过的位置上，有效地将高压汞灯辐射出来的紫外光汇聚在待交联的电线电缆绝缘层上，极大地提高了光的利用率和光照的均匀性，使光交联电缆生产速率提高了1-2倍。紫外光交联立式设备，适用于截面大于或等于185mm2粗线电缆生产。紫外光交联卧式设备，适用于截面小于185mm2的小线生产。5、成品电缆的后续加工步骤光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的生产，如绞合、挤塑护套以及铠装等工序。在上述光交联聚烯烃绝缘电缆的生产中，还可采用低压汞灯预辐照装置清除聚烯烃绝缘层上表面氧，以替代上述方法中光交联聚烯烃配料成分中的饱和石蜡烃起到相同作用与效果，其步骤如下1、光交联聚烯烃的配料步骤，配料各组份和重量比为A．聚烯烃基料100B．光引发剂 0.1-5.0C．多官能团交联剂0.1-5.0D．复合抗氧剂0.01-1.0E．光稳定剂 0.01-1.0F．其它添加剂0.01-5.0优选配料比为A．聚烯烃基料100B．光引发剂 0.8-1.2C．多官能团交联剂0.8-1.5D．复合抗氧剂0.3-0.6E．光稳定剂 0.4-0.5F．其它添加剂3-42、混炼造粒步骤将上述配料中B、C、D、E、F各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后将挤塑机各段温度预热到A料的熔融挤出所需的温度并投入混合料，使A料塑化后挤出造料成2-10mm3大小的粒料。3、挤塑包覆聚烯烃层步骤将上述粒料加入预热到90-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210下将聚烯烃挤出，均匀包覆在导电线芯上，根据需要控制包覆聚烯烃层厚度在0.4-10mm，一次挤出厚度不超过3mm。对于大于3mm厚的绝缘层可采用多层挤塑、分次光照的方法。4、表面除氧步骤低压汞灯辐照装置距挤塑机机头30cm，采用国产ZXZ直管型40W低压汞灯，3-6只，沿电缆轴线均匀排列。光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm。经低压汞灯表面脱氧之后，立即进入紫外光照设备进行光交联。5、在紫外光交联设备中进行紫外光交联步骤紫外光交联是在紫外光交联设备中进行的。紫外光交联设备的紫外光照箱安置在距挤塑机机头15-70cm处，使挤塑机机头中挤出包覆形成在导电线芯上的聚烯烃层在尚处于熔融状态而未发生偏心的情况下进入紫外光照箱，在主波长为250-450nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法，该方法包括下列步骤： （１）光交联聚烯烃的配料步骤，配料各组份和重量比为： Ａ．聚烯烃基料 １００ Ｂ．饱和石蜡烃 ０．１－１０．０ Ｃ．光引发剂 ０．１－５．０ Ｄ．多官能团交联剂 ０．１－５．０ Ｅ．复合抗氧剂 ０．０１－１．０ Ｆ．光稳定剂 ０．０１－１．０ Ｇ．其它添加剂 ０．０１－５．０ （２）混炼造粒工艺步骤： 将上述配料中Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到Ａ料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后将挤塑机各段温度预热到Ａ料的熔融挤出所需的温度并投入混合料，使Ａ料塑化后挤出造成２－１０ｍｍ↑［３］大小的粒料； （３）挤塑包覆聚烯烃层步骤： 将上述粒料加入预热到９０－１６０℃的塑料挤出机内，在机头温度１７０－２１０℃下将聚烯烃挤出，均匀包覆在导电线芯上，根据需要控制包覆聚烯烃层厚度在０．４－１０ｍｍ，一次挤出厚度不超过３ｍｍ，对于大于３ｍｍ厚的绝缘层可采用多层挤塑、分次光照的方法； （４）在紫外光交联设备中进行紫外光交联步骤： 紫外光交联是在紫外光交联设备中进行的，紫外光交联设备的紫外光照箱安置在距挤塑机机头１５－７０ｃｍ处，使挤塑机机头中挤出包覆形成在导电线芯上的聚烯烃层在尚处于熔融状态而未发生偏心的情况下进入紫外光照箱，在主波长为２５０－４５０ｎｍ、功率密度在１００－４５０ｍＷ／ｃｍ↑［２］、具有高效反射聚焦系统的紫外光源下，使光源与包覆聚烯烃层相距３－１５ｃｍ，均匀光照５－２０秒，进行紫外光交联；电线牵引速率视光强和光照时间而定，一般控制在几米－几十米／分钟，同时调节通过光照箱的冷却介质流量使光照区温度稳定在待交联材料的熔融态温度范围内；紫外光照箱的反光罩采用了椭圆反射面，紫外灯管安装在椭圆的一个焦点处，而另一个焦点正好落在电线电缆通过的位置上，有效地将高压汞灯辐射出来的紫外光汇聚在待交联的电线电缆绝缘层上，极大地提高了光的利用率和光照的均匀性； （５）成品电缆的后续加工步骤： 光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的绞合、挤塑护套以及铠装工序。...

【技术特征摘要】
1.一种光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法，该方法包括下列步骤(1)光交联聚烯烃的配料步骤，配料各组份和重量比为A．聚烯烃基料100B．饱和石蜡烃0.1-10.0C．光引发剂 0.1-5.0D．多官能团交联剂0.1-5.0E．复合抗氧剂、 0.01-1.0F．光稳定剂 0.01-1.0G．其它添加剂0.01-5.0(2)混炼造粒工艺步骤将上述配料中B、C、D、E、F、G各料混合并加热、搅拌均匀后，加入到A料中并用高速搅拌机搅拌均匀成混合料；然后将挤塑机各段温度预热到A料的熔融挤出所需的温度并投入混合料，使A料塑化后挤出造成2-10mm3大小的粒料；(3)挤塑包覆聚烯烃层步骤将上述粒料加入预热到90-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210℃下将聚烯烃挤出，均匀包覆在导电线芯上，根据需要控制包覆聚烯烃层厚度在0.4-10mm，一次挤出厚度不超过3mm，对于大于3mm厚的绝缘层可采用多层挤塑、分次光照的方法；(4)在紫外光交联设备中进行紫外光交联步骤紫外光交联是在紫外光交联设备中进行的，紫外光交联设备的紫外光照箱安置在距挤塑机机头15-70cm处，使挤塑机机头中挤出包覆形成在导电线芯上的聚烯烃层在尚处于熔融状态而未发生偏心的情况下进入紫外光照箱，在主波长为250-450nm、功率密度在100-450mW/cm2、具有高效反射聚焦系统的紫外光源下，使光源与包覆聚烯烃层相距3-15cm，均匀光照5-20秒，进行紫外光交联；电线牵引速率视光强和光照时间而定，一般控制在几米-几十米/分钟，同时调节通过光照箱的冷却介质流量使光照区温度稳定在待交联材料的熔融态温度范围内；紫外光照箱的反光罩采用了椭圆反射面，紫外灯管安装在椭圆的一个焦点处，而另一个焦点正好落在电线电缆通过的位置上，有效地将高压汞灯辐射出来的紫外光汇聚在待交联的电线电缆绝缘层上，极大地提高了光的利用率和光照的均匀性；(5)成品电缆的后续加工步骤光交联聚烯烃绝缘层制造完成之后，进行成品电缆的绞合、挤塑护套以及铠装工序。2.根据权利要求1的生产方法，其特征在于配料各组分和重量比为A．聚烯烃基料 100B．饱和石蜡烃 1.0-5.0C．光引发剂 0.8-1.2D．多官能团交联剂 0.8-1.5E．复合抗氧剂 0.3-0.6F．光稳定剂 0.4-0.5G．其它添加剂 3-43.根据权利要求1的生产方法，其特征在于在光交联聚烯烃配料中A聚烯烃基料包括低密度聚乙烯，中密度聚乙烯，高密度聚乙烯，线型低密度聚乙烯，超低密度聚乙烯，或与乙烯的共聚物；由无水马来酸，延胡索钠酸，丙乙烯，异丁烯接枝到聚乙烯而形成的改性聚乙烯；聚丙烯，聚丁烯，聚4-甲基-1-戊烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯置换的聚乙烯，以及上述两种或两种以上树脂的组合物；B饱和石蜡烃，通式为CnH2n+2,12＜n＜50的固体石蜡，液体石蜡和微晶石蜡；C光引发剂为分子内裂解型和分子间夺氢型光引发剂，所述分子内裂解型为芳香脂肪酮类，分子间夺氢型为芳香酮类，上述光引发剂可单独使用，或两种或两种以上的光引发剂复合使用；D多官能团交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三烯丙醚、季戊四醇三烯丙醚、季戊四醇四烯丙醚、三甘醇甲基丙烯酸酯或其混合物；E抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类、磷酸酯类和含硫酯类，或以上两种或两种以上抗氧剂组合；F光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。4.根据权利要求3的生产方法，其特征在于A聚烯烃基料为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、聚乙烯与乙烯丙烯二烯三元共聚物的混合物，混合比为70/30。5.根据权利要求3的生产方法，其特征在于B饱和石蜡烃为微晶石蜡。...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿保均，徐云华，梁任又，施文芳，吴强华，李玉洁，南防修，刘云现，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，焦作铁路电缆工厂，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]