一种增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：(1)在弹性体上接枝极性单体，得到接枝弹性体；(2)将β晶聚丙烯与接枝弹性体熔融共混，得到增韧聚丙烯绝缘材料。所述增韧聚丙烯绝缘材料既保留了弹性体增韧的效果，又具备良好的高温力学和电气性能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于绝缘材料
，涉及一种电力电缆用增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]交联聚乙烯的电气性能及高温下的热机械性能优异，是最广泛使用的电缆绝缘材料。但交联聚乙烯作为热固性材料，退役后难以回收利用，交联过程中的副产物也会对环境造成污染，不具备绿色环保的特性，开发可替代交联聚乙烯的环保型电缆绝缘材料是电力工业亟待解决的难题。聚丙烯具有电气性能优异、耐温等级高、加工工艺简单、退役后可回收利用等优点，是环保型电缆绝缘的重要发展方向。然而聚丙烯自身刚性大、低温韧性差，无法满足电缆绝缘的力学性能要求，要使聚丙烯作为电缆绝缘材料必须改善其机械性能，以满足电缆的使用要求。
[0003]目前，针对聚丙烯的改性方法主要有共混改性、共聚改性、添加成核剂及纳米添加等，一些学者通过纳米掺杂、化学接枝对聚丙烯进行改性，提升了聚丙烯的直流击穿场强、体积电阻率等特性，空间电荷积聚效应也被显著抑制，但都局限于对其电气性能的研究及改善，机械性能并未显著提高。添加弹性体可有效改善聚丙烯的力学性能，但添加量较少时，对聚丙烯力学性能的改善效果并不明显，和XLPE仍有一定差距；添加量过多时，由于弹性体熔点低、含量高，共混物结晶度下降，高温下聚丙烯结晶对链段的束缚能力降低，链段松弛加剧，造成材料的抗热变形能力减弱，电学性能显著劣化。因此，同步改善聚丙烯/弹性体复合体系高温力学和电气性能是聚丙烯用于电缆绝缘料的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种增韧聚丙烯绝缘材料及其制备方法和应用，所述增韧聚丙烯绝缘材料既保留了弹性体增韧的效果，又具备良好的高温力学和电气性能。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)在弹性体上接枝极性单体，得到接枝弹性体；
[0008](2)将β晶聚丙烯与接枝弹性体熔融共混，得到增韧聚丙烯绝缘材料。
[0009]优选的，步骤(1)具体为：将弹性体、极性单体和引发剂在160
‑
180℃进行接枝反应并造粒，得到接枝弹性体。
[0010]进一步的，所述引发剂为过氧化二异丙苯。
[0011]进一步的，所述弹性体、极性单体和引发剂的质量比例为100：(1～5)：(0.1～0.5)。
[0012]优选的，步骤(1)中，所述极性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯或马来酸酐。
[0013]优选的，步骤(1)中，所述弹性体为聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶和乙稀醋酸乙烯
共聚物中的一种或多种并用。
[0014]优选的，步骤(2)中，所述β晶聚丙烯的制备方法为：
[0015]制备含β成核剂的聚丙烯母料；将聚丙烯母料与聚丙烯混合均匀后，造粒，得到β晶聚丙烯；所述β成核剂为缩醛类成核剂、松香型成核剂、酰胺类成核剂和稀土类成核剂中的一种或多种并用。
[0016]优选的，步骤(2)中，β晶聚丙烯和接枝弹性体的质量比例为(80～60)：(20～40)。
[0017]采用所述的制备方法得到的增韧聚丙烯绝缘材料。
[0018]所述的增韧聚丙烯绝缘材料在电力电缆中的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0020]本专利技术采用晶型调控和化学接枝两种手段对聚丙烯/弹性体复合材料进行改性。一方面，通过接枝改性在分子上引入极性基团可以增强分子间相互作用力，提高两相相容性，削弱界面极化作用，从而降低介电损耗；接枝改性还能有效抑制聚丙烯中的电荷积聚，限制电导，提高绝缘性能；与聚丙烯相比，弹性体侧链相对较大，有利于减轻凝胶化程度；并且支化程度较高、易获得接枝点来获得较高的接枝率，更适合进行接枝处理，因此本专利技术对弹性体进行接枝处理。另一方面，在聚丙烯中引入β晶体可改善高温力学的稳定性，且对电气性能的提高也有积极作用。本专利技术在保持弹性体增韧效果的基础上，进一步提高了该复合体系的高温力学和电气性能，以获得性能更为优异的电气绝缘材料。结果表明，该复合材料即保持了良好的力学性能，又具备优异的高温力学和电气性能。
[0021]进一步的，本专利技术β晶聚丙烯的制备方法采用加入β成核剂的方法，该方法简单，且反应过程稳定；同时，用母料法制备β晶聚丙烯，使得成核剂均匀分散。
具体实施方式
[0022]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术进行描述，这些描述只是进一步解释本专利技术的特征和优点，并非用于限制本专利技术的权利要求。
[0023]一种电力电缆用增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
[0024](1)采用双螺杆挤出机先制备含β成核剂的聚丙烯母料：
[0025](2)将步骤(1)所制备的聚丙烯母料与聚丙烯按照一定的比例混合均匀后，使用双螺杆挤出造粒，得到β晶聚丙烯；
[0026](3)对弹性体进行接枝处理：将弹性体、极性单体和引发剂按照一定的比例放入双螺杆中挤出造粒，得到接枝弹性体；
[0027](4)将步骤(2)所得的β晶聚丙烯与步骤(3)所得的接枝弹性体按照一定比例在双螺杆中熔融共混，得到聚丙烯电缆绝缘材料。
[0028]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(1)中的成核剂包含但不限于缩醛类成核剂、松香型成核剂、酰胺类成核剂和稀土类成核剂中的一种或多种并用。所述步骤(1)中的聚丙烯为等规聚丙烯，等规度不小于96％。所述步骤(1)中双螺杆从入料口到模口的温度依次设置为180℃、190℃、200℃、200℃、200℃、190℃、180℃，转速设置为200rpm。双螺杆长径比优选为40：1，含聚丙烯母料中优选含5wt％β成核剂。
[0029]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(2)中β晶聚丙烯内β成核剂与聚丙烯的比例为(0.01～5)：100，β晶体占总晶体的比例不低于60％。双螺杆温度及转速参数设置同步
骤(1)。
[0030]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(3)中的弹性体包含但不限于聚烯烃弹性体POE、三元乙丙橡胶EPDM和乙稀醋酸乙烯共聚物EVA中的一种或多种并用，极性单体包含但不限于甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)或马来酸酐(MAH)，引发剂为过氧化二异丙苯(DCP)。所述步骤(3)中的弹性体：极性单体：引发剂的质量比例为100：(1～5)：(0.1～0.5)。所述步骤(3)中双螺杆从入料口到模口的温度依次设置为160℃、170℃、180℃、180℃、180℃、170℃、160℃，转速设置为200rpm。
[0031]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(4)中β晶聚丙烯和接枝弹性体的质量比例为(80～60)：(20～40)。
[0032]本专利技术通过晶型调控和接枝改性解决弹性体增韧给聚丙烯带来的高温力学和电气性能劣化的不足。经改性处理后，该复合材料即保持了良好的力学性能，又具备优异的高温力学和电气性能。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在弹性体上接枝极性单体，得到接枝弹性体；(2)将β晶聚丙烯与接枝弹性体熔融共混，得到增韧聚丙烯绝缘材料。2.根据权利要求1所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体为：将弹性体、极性单体和引发剂在160
‑
180℃进行接枝反应并造粒，得到接枝弹性体。3.根据权利要求2所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过氧化二异丙苯。4.根据权利要求2所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述弹性体、极性单体和引发剂的质量比例为100：(1～5)：(0.1～0.5)。5.根据权利要求1所述的增韧聚丙烯绝缘材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述极性单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯或马来酸酐。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋毅恺，徐静，徐曼，刘宇，路文贤，周锋，王照，
申请(专利权)人：远东电缆有限公司，
类型：发明
国别省市：