一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及绝缘材料领域，公开了一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法。本发明专利技术公开的聚乙烯绝缘材料以聚乙烯为基体，加入了达3%以上的高含量炭黑，能保持优良的机械强度和电气强度。本发明专利技术公开的方法通过制备过程中的两步分散、固定，使高含量炭黑能均匀分散且固定于基体材料中，制备得到的绝缘材料绝缘表面光滑，热延伸、热收缩性能指标余量大，耐候耐电痕性能优异。耐候耐电痕性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及绝缘材料领域，尤其涉及一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会经济的不断发展，户外架空电线电缆的需求日益扩大，电线电缆中的用量不断倍增。电线电缆绝缘材料需要具备体积电阻率高、介电损耗小、耐热老化性能好等特点，使适应户外环境的应用。
[0003]户外架空绝缘电缆通常工作环境比较严苛，长期在空气、雨水、光照射等气候条件下容易发生光氧老化，同时电缆在传输高电压、大电流时会产生较高的温度。温度升高会影响到材料的电气绝缘性，引起电缆绝缘层的爬电起痕现象，进而导致电缆的击穿。这多种因素就要求电线电缆绝缘材料还需要良好的耐候性能和耐电痕性能。
[0004]为了满足以上性能，行业使用炭黑来改性交联聚乙烯，来达到耐候性和耐电痕性能，但是在实际材料体系中，炭黑加入高分子基体中是以微粒状态存在，2％以上添加量情况下较难良好分散，难以保证炭黑的均匀分散性，从而影响绝缘层本身的机械强度和电气强度，给电缆带来机械开裂、击穿等风险。
[0005]申请公布号为CN114163716 A的中国专利公开了一种高炭黑耐光氧老化硅烷交联聚乙烯绝缘料及制备方法，其公开的绝缘料制备原料是由线性低密度聚乙烯树脂A、线性低密度聚乙烯树脂B、高压低密度聚乙烯、硅烷偶联剂、引发剂、抗氧剂、光稳定剂、炭黑、有机
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无机复合改性剂、表面活性剂、相容剂、催化剂、流变改性剂制作而成。但其在实际生产中是难以保证材料中炭黑的均匀分散性的，从而影响电线电缆性能，存在质量缺陷。
[0006]因此，亟需出现一种高炭黑且炭黑分布均匀的绝缘材料，以保证绝缘材料的耐候性能和耐电痕性能，以适应户外环境的架空电线电缆的应用。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料及其制备方法。本专利技术提供的绝缘材料以硅烷交联架空聚乙烯为基体，具有体积电阻率高、介电损耗小的特点，并加入了高含量的炭黑，使之具有良好的耐候性能和耐电痕性能；本专利技术通过将炭黑制备为酯化炭黑母粒，使绝缘材料的耐候性能和耐电痕性能进一步得到提高，并提供了酯化炭黑母粒的制备方法及绝缘材料的制备方法。
[0008]本专利技术的具体技术方案为：一方面，本专利技术提供了一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料，包括A料和B料；A料包括以下重量份的组分：
B料包括以下重量份的组分：
[0009]在本专利技术提供的耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料中，以硅烷交联架空聚乙烯为基体，具有体积电阻率高、介电损耗小的特点，并通过加入含量达3％以上的炭黑，得到良好的耐候性能和耐电痕性能材料。炭黑加入高分子基体中是以微粒状态存在，大添加量情况下较难良好分散，难以保证炭黑的均匀，从而导致材料易机械开裂、击穿。因此本专利技术通过将炭黑进行改性，以酯化炭黑母粒的状态加入材料中，提高炭黑微粒状态下树脂基体的相容性以改变炭黑自身的高自聚性质，得到高含量炭黑且炭黑均匀分散的聚乙烯绝缘材料。具体地，本专利技术绝缘材料将炭黑均匀分散的原理为：将绝缘材料分为A料和B料，炭黑改性成为酯化炭黑母粒后与乙烯基体能在分子微观层面上接枝相容，在B料中30
‑
40份的酯化炭黑母粒进行初步分散，然后在A料和B料混合的时候，受硅烷偶联剂作用，聚乙烯基体间交联、共聚的同时，酯化炭黑母粒也被固化，最终均匀分散并固定地存在于绝缘材料中。
[0010]进一步地，在A料中，添加5
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15份聚丙烯树脂可以提高聚乙烯的强度和耐热性。
[0011]作为优选，绝缘材料中A料和B料的质量比为90
‑
95:5
‑
10。
[0012]具体地，酯化炭黑母粒的制备方法包括以下步骤：S1：往炭黑中加入30～37wt％甲醛溶液，加入NaOH调节pH至7.0～9.2，在60℃条件下反应3～4h得到羟甲基化炭黑。
[0013]S2：将马来酸酐溶于DMSO中，加入高氯酸，超声2～3h得到反应底液，往反应底液中
加入羟甲基化炭黑，在70～80℃条件下反应4～6h，干燥、粉碎得酯化炭黑母粒。
[0014]在酯化炭黑母粒的制备过程中，首先将炭黑表面羟甲基化，然后再在DMSO中在高氯酸的催化作用下，马来酸酐开环接枝在炭黑分子表面得到酯化炭黑。制备酯化炭黑时，若将马来酸酐与炭黑分子直接接枝，由于界面隔阂的存在，接枝率极低，须先改善炭黑与马来酸酐在DMSO中的表面接触性能。为了改善表面接触性能，一是先将炭黑表面羟甲基化，利用羟基与酸酐基团的亲和性进行改善，二是通过在高氯酸作用下超声2～3h使马来酸酐活化，处于形成碳正离子开环的预备状态，最终接枝反应时马来酸酐开环的同时碳正离子与羟基键接。
[0015]具体地，步骤S1中炭黑与甲醛溶液的质量体积比为7kg:7～7.3L。
[0016]具体地，步骤S2反应底液中马来酸酐、高氯酸与DMSO的摩尔体积比为0.5～1mol:0.4～0.6mol:1L。羟甲基化炭黑与反应底液的质量体积比为0.8～1kg:1L。
[0017]具体地，聚乙烯树脂1在190℃和2.16kg的条件下的熔融指数为2.0
±
3g/10min；聚乙烯树脂2在190℃和2.16kg的条件下的熔融指数为20
±
3g/10min；聚丙烯树脂在190℃和2.16kg的条件下的熔融指数为1.5
±
0.5g/10min。
[0018]作为优选，硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种。
[0019]作为优选，引发剂为过氧化二异丙苯，除水剂为三甲氧基甲烷，催化剂为二月桂酸二丁基锡。
[0020]作为优选，抗氧剂为抗氧剂300、抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂AT 10、抗氧剂DSTP和抗氧剂DLTP中的一种或几种。
[0021]另一方面，本专利技术提供了一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备A料：
①
将原料聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2和聚丙烯树脂混均、干燥得混合料；
②
将硅烷偶联剂、除水剂、引发剂、抗氧剂混合搅匀、溶解，加入混合料中通过双螺杆挤出机挤出混炼得混炼初料；
③
加入酯化炭黑母粒后通过单螺杆挤出机挤出造粒、干燥；(2)制备B料：
①
将聚乙烯树脂1、聚乙烯树脂2和酯化炭黑母粒干燥，加入硅酮粉、抗紫外吸收剂、光稳定剂、抗铜剂、抗氧剂及催化剂混匀，挤出，浸润，制粒，干燥；(3)交联塑化：
①
将A料和B料混合、通过单螺杆挤出机挤出、成型，然后绕盘放入蒸汽室中交联得到所述绝缘材料。
[0022]绝缘材料中包括A料和B料，炭黑改性成为酯化炭黑母粒后与乙烯基体能在分子微观层面上接枝相容，在B料中30
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料，其特征在于：包括A料和B料；所述A料包括以下重量份的组分：聚乙烯树脂1
ꢀꢀ
40
‑
60份聚乙烯树脂2
ꢀꢀ
10
‑
20份聚丙烯树脂
ꢀꢀꢀꢀ5‑
15份酯化炭黑母粒
ꢀꢀ3‑
8份硅烷偶联剂
ꢀꢀꢀꢀ
1.5
‑
2份引发剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.13
‑
0.23份除水剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.12
‑
0.21份抗氧剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.04
‑
0.11份；所述B料包括以下重量份的组分：聚乙烯树脂1
ꢀꢀꢀ
20
‑
30份聚乙烯树脂2
ꢀꢀꢀ
20
‑
30份硅酮粉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
5份催化剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5
‑
1份抗氧剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
4份酯化炭黑母粒
ꢀꢀ
30
‑
40份抗铜剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5
‑
1份抗紫外吸收剂
ꢀꢀ
0.5
‑
1份光稳定剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5
‑
1份。2.如权利要求1所述的一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料，其特征在于：所述A料和B料的质量比为90
‑
95:5
‑
10。3.如权利要求1所述的一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料，其特征在于：所述酯化炭黑母粒的制备方法包括以下步骤：S1：往炭黑中加入甲醛溶液，加入NaOH调节pH，反应得到羟甲基化炭黑；S2：将马来酸酐溶于DMSO中，加入高氯酸，超声2~3h得到反应底液，然后加入羟甲基化炭黑进行反应，干燥、粉碎得酯化炭黑母粒。4.如权利要求1所述的一种耐候耐电痕硅烷交联聚乙烯绝缘材料，其特征在于：所述聚乙烯树脂1在190℃和2.16kg的条件下的熔融指数为2.0
±
3 g/10min；所述聚乙烯树脂2在190℃和2.16kg的条件下的熔融指数为20
±
3g/10min；所述聚丙烯树脂在190℃和2.16kg的条件下的熔融指数为1.5
±
0.5g/10min。5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪向明，王海涛，黄远远，于西，关江伟，吕欣，赵丽，赵铭鼎，潘一品，章剑平，汪刚强，王涛，徐永兵，聂鹏，
申请(专利权)人：浙江万马高分子材料集团有限公司，
类型：发明
国别省市：