耐水树电缆及其制备方法技术

本发明专利技术属于电气技术领域，公开了一种耐水树电缆及其制备方法，该电缆包括至少一个缆芯，所述缆芯包括导体及围绕所述导体设置的电绝缘层，所述电绝缘层由热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆制得，挤出后进行退火热处理；所述热塑性绝缘材料含有含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂，所述助剂含有抗氧剂和水树抑制剂；所述退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为50

【技术实现步骤摘要】
耐水树电缆及其制备方法


[0001]本专利技术属于电气
，具体地，涉及一种耐水树电缆，以及该耐水树电缆的制备方法。

技术介绍

[0002]水树枝是影响电缆使用寿命的一个重要因素。水树枝的产生原因主要是在长期工作下受到空气或土地中的水气侵蚀，在材料的空隙、缺陷或杂质处形成。为减少水树枝的形成，通常采用添加水树抑制剂的方法。水树抑制剂通常带有强极性的官能团，可以吸收进入绝缘层的水分，使水分子不随电场迁移；另一种方式是加入可以与水发生反应并不影响电性能的物质。
[0003]专利文献US20140363671提供了一种含环氧基团改性的非交联聚烯烃绝缘层的电缆，提及环氧基团的引入可以改善绝缘材料的抗水树性，但未描述具体的效果及相应的绝缘材料性能参数。且由于制备方法和环氧基团的特性，绝缘层材料在加工和运行中受热和水分的影响会产生凝胶，对其电性能和可回收性均有不利影响。
[0004]专利文献CN111354507A提供了一种抗水树的电缆，其绝缘层由一种基于热塑性聚丙烯的材料和至少一种熔融温度大于110℃的含氧化合物组成，有效防止传统的液相或小分子抗水树剂在加工过程中析出。然而由于含氧化合物和聚烯烃之间的极性差距，在所述添加量情况下易出现极性基团团聚引起的分散问题，从而导致其抗水树效果受影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种耐水树电缆及其制备方法，该电缆长期稳定的抗水树性能。
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种耐水树电缆，该电缆包括至少一个缆芯，所述缆芯包括导体及围绕所述导体设置的电绝缘层，所述电绝缘层由热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆制得，挤出后进行退火热处理；
[0007]所述热塑性绝缘材料含有含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂，所述助剂含有抗氧剂和水树抑制剂；
[0008]所述退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为50
‑
120℃，热处理时间为2
‑
12h。
[0009]本专利技术的第二方面提供了上述的耐水树电缆的制备方法，该制备方法包括：缆芯的制备：将含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂混合，熔融挤出造粒，得到热塑性绝缘材料；
[0010]使用热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆电绝缘层，挤出后进行退火热处理，制得缆芯。
[0011]本专利技术的电缆拥有长期稳定的抗水树性能。本专利技术通过选用含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物作为电绝缘层的原料，可有效提高电缆的电性能和抗水
树性能。另外，缆芯制备过程中的热处理可以进一步改善电缆的抗水树性能。
[0012]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
[0013]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0014]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种耐水树电缆，该电缆包括至少一个缆芯，所述缆芯包括导体及围绕所述导体设置的电绝缘层，所述电绝缘层由热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆制得，挤出后进行退火热处理；
[0015]所述热塑性绝缘材料含有含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂，所述助剂含有抗氧剂和水树抑制剂；
[0016]所述退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为50
‑
120℃，热处理时间为2
‑
12h。
[0017]优选情况下，退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为60
‑
110℃，更优选为80
‑
100℃，热处理时间为2.5
‑
10h，更优选为3
‑
8h。
[0018]本专利技术中，电缆可以为直流电缆或交流电缆，优选为中低压直流或交流电缆。本专利技术中低压(LV)表示低于1kV的电压，中压(MV)表示在1kV至40kV范围内的电压，高压(HV)表示高于40kV、优选高于50kV的电压，超高压(EHV)表示至少230kV的电压。
[0019]根据本专利技术，所述缆芯由内至外依次包括：导体、任选的导体屏蔽层、电绝缘层、任选的电绝缘屏蔽层和任选的金属屏蔽层，电绝缘屏蔽层挤出后进行退火热处理。所述导体屏蔽层、电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层均可根据需要设置，一般地，在6kV以上的电缆中使用。
[0020]本专利技术中，电缆还包括护套层和任选的铠装，所述护套层设于缆芯外侧，所述护套层包括外护套层和任选的内护套层，所述铠装设于内护套层与外护套层之间。
[0021]根据本专利技术，电缆可以包括一个缆芯或两个以上缆芯，电缆包括两个以上缆芯时，电缆包括填充层和包带层，所述填充层由填充于各缆芯之间的填充材料形成，所述包带层包覆于所有缆芯的外侧，保证缆芯及填充层呈圆形，防止缆芯被铠装划伤，并起到阻燃作用。
[0022]本专利技术中，组成电缆的导体、导体屏蔽层、电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、铠装、护套层、填充层和包带层等，均可使用本领域的常规材料、采用常规方式制成。
[0023]具体地，所述导体通常是由金属材料，优选铝、铜或其它合金制成的导电元件，包括一种或多种金属导线。所述导体的直流电阻和单丝根数需符合GB/T3956的要求。优选的导体采用紧压绞合圆形结构，标称截面积小于等于800mm2，或采用分割导体结构，标称截面积大于等于1000mm2；导体根数不少于170根。
[0024]本专利技术的热塑性绝缘材料也可以作为屏蔽料的基础材料，电缆中电绝缘屏蔽层所用的热塑性绝缘材料和屏蔽料所用的热塑性绝缘材料可以相同、也可以不同。所述导体屏蔽层和电绝缘屏蔽层的材料含有热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体，热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体的比例根据机械性能调整。优选地，以热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体的总量计，热塑性绝缘材料的含量为40
‑
65wt％，炭黑的含量为20
‑
40wt％，弹性体的含量为15
‑
25wt％。屏蔽料中还可加入抗氧剂、抗铜剂、加工助剂等，其采用常规用量。
[0025]屏蔽料在23℃下的体积电阻率＜1.0Ω
·
m，90℃下的体积电阻率<3.5Ω
·
m，在230℃，2.16kg载荷下的熔体流动速率通常为0.01
‑
30g/10min，优选为0.05
‑
20g/10min，进一步优选为0.1
‑
10g/10min，更优选为0.2
‑
8g/10min；拉伸强度≥12.5MPa；断裂伸长率≥150％。导体屏蔽层最薄点的厚度不小于0.5mm，平均厚度不低于1.0mm。
[0026]所述金属屏蔽层可以为铜带屏蔽层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.耐水树电缆，其特征在于，该电缆包括至少一个缆芯，所述缆芯包括导体及围绕所述导体设置的电绝缘层，所述电绝缘层由热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆制得，挤出后进行退火热处理；所述热塑性绝缘材料含有含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂，所述助剂含有抗氧剂和水树抑制剂；所述退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为50
‑
120℃，热处理时间为2
‑
12h。2.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，所述缆芯由内至外依次包括：导体、任选的导体屏蔽层、电绝缘层、任选的电绝缘屏蔽层和任选的金属屏蔽层；所述导体屏蔽层和电绝缘屏蔽层的材料含有热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体，以热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体的总量计，热塑性绝缘材料的含量为40
‑
65wt％，炭黑的含量为20
‑
40wt％，弹性体的含量为15
‑
25wt％；所述电绝缘屏蔽层挤出后进行退火热处理，退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为60
‑
110℃，优选为80
‑
100℃，热处理时间为2.5
‑
10h，优选为3
‑
8h。3.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，电缆包括护套层和任选的铠装，所述护套层设于缆芯外侧，所述护套层包括外护套层和任选的内护套层，所述铠装设于内护套层与外护套层之间；电缆包括两个以上缆芯时，电缆包括填充层和包带层，所述填充层由填充于各缆芯之间的填充材料形成，所述包带层包覆于所有缆芯的外侧。4.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，所述热塑性绝缘材料中，处于接枝态的含氧极性单体和任选的第二单体结构单元含量为0.1
‑
6wt％，优选为0.5
‑
5wt％，更优选为1
‑
4wt％，二甲苯可溶物含量为0
‑
70wt％，优选为0.5
‑
65wt％；热塑性绝缘材料在230℃、2.16kg载荷下的熔体流动速率为0.2
‑
7g/10min，优选为0.5
‑
5g/10min，更优选为1
‑
3.5g/10min；电绝缘层的材料的弯曲模量为200
‑
800MPa，优选为300
‑
600MPa，更优选为350
‑
550MPa。5.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，所述丙烯聚合物为丙烯均聚物或丙烯共聚物，丙烯聚合物中共聚单体的含量为0
‑
25wt％，优选为0
‑
20wt％；所述丙烯聚合物在230℃、2.16kg载荷下的熔体流动速率为0.5
‑
10g/10min，优选为1
‑
7g/10min，熔融温度Tm为110
‑
180℃，优选为120
‑
170℃；所述丙烯共聚物的共聚单体优选选自乙烯、1
‑
丁烯、1
‑
戊烯、4
‑
甲基
‑1‑
戊烯、1
‑
己烯、1
‑
庚烯和1
‑
辛烯中的至少一种，更优选为乙烯和/或1
‑
丁烯；所述含氧极性单体为含不饱和双键的硅氧烷类单体、丙烯酸酯类单体、酸酐类单体、丙烯酸类单体中的至少一种；优选为丙烯酸酯类单体和/或酸酐类单体；更优选为甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸羟丙酯单体或马来酸酐；所述第二单体为芳香烯烃类单体，优选为苯乙烯。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的耐水树电缆，其中，所述热塑性绝缘材料中含有至少一种含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物；所述含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物优选采用以下方法制备得到：a、将丙烯聚合物置于密闭反应器中，进行惰性气体置换；
b、将自由基引发剂与含氧极性单体和任选的第二单体加入到密闭反应器中，搅拌混合；c、任选地加入助溶胀剂，并任选地使反应体系进行溶胀；d、任选地加入分散剂，使反应体系升温至接枝反应温度，进行接枝反应；e、任选地将反应产物进行过滤，干燥，得到含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物。7.根据权利要求6所述的耐水树电缆，其中，所述自由基引发剂选自过氧化物类自由基引发剂；所述过氧化物类自由基引发剂优选选自过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化月桂酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙基酯、过氧化(2
‑
乙基己酸)叔丁酯和过氧化二碳酸二环己基酯中的至少一种；以丙烯聚合物的质量为基准，所述含...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，邵清，张琦，何金良，袁浩，胡军，张雅茹，王铭锑，李娟，黄上师，高达利，樊林禛，胡世勋，
申请(专利权)人：中石化北京化工研究院有限公司清华大学，
类型：发明
国别省市：