一种可作为制备架空绝缘电缆的绝缘材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明是涉及一种可作为制备架空绝缘电缆的绝缘材料及其制备方法，属于功能 材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 因交联聚烯烃具有优异的耐热性、绝缘性能、力学性能、耐老化性能，且密度小，制 品的单位重量消耗少，因此，随着环保法规的日益严格要求，现有的PVC电缆材料已经全部 或绝大部分被交联聚烯烃所取代。
[0003] 架空绝缘电缆（电缆)主要用于城市、农村配电网中架空敷设，因该类电缆长期裸 露在室外，容易受各种恶劣环境影响，如紫外线、高温、低温等，绝缘层容易老化，而普通交 联聚乙烯绝缘料很难满足耐紫外线及耐老化要求，导致电缆使用寿命低。并且，目前制备交 联聚烯烃的填充补强的材料主要是白炭黑、钛白粉、炭黑、蒙脱土和陶土等矿物质，且占比 很高，用量很大。而矿物质的使用需要大量开采天然矿石，不仅会严重破坏自然资源，导致 山体滑坡、泥石流等严重的自然灾害，而且要耗费大量能源。
[0004] 另外，我国食用菌产量占世界总产量的65%以上，是世界上食用菌的生产大国和 出口大国。目前食用菌产业已形成相当大的规模，成为我国农副产品出口创汇的主要商品。 近年来食用菌的种植均采用菌种包种植技术，种植食用菌的菌种包用量非常巨大，并且每 袋菌种包只能用一次便成为废菌料，即每只菌种包收割一茬食用菌后便不能重复利用，因 而导致废菌料的量非常巨大，例如：2013年上海市年产杏鲍菇8300吨，产生废菌料1万吨以 上;废菌料已经成为水源、土壤的污染源，更为严重的是容易产生霉菌、细菌、蚊类、螨类等， 从而导致病虫害大量蔓延，直接造成来年食用菌减产甚至绝收。而目前对废菌料的再利用 主要采用以下几个途径:其一，是将废菌料加入新的菌料包重复利用，例如:生产杏鲍菇产 生的废菌料处理后用来栽培草菇，但废菌料的用量不能超过30%，并且还会产生新的废菌 料;其二，是用于作为生产柑橘、角瓜、草莓及桑叶的肥料，但利用率及其有限;其三，是利用 废菌料制备木炭，但成本过高，经济效益低而难以推广;其四，撒落在田间地头使直接成为 农用废弃物，造成大量资源的浪费和环境的污染，成为食用菌种植地区的沉重负担。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种以废菌料作为填充补强 材料、可作为制备架空绝缘电缆的绝缘材料及其制备方法，在实现废菌料资源化利用的同 时，为制备架空绝缘电缆提供一种理想的绝缘材料。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种可作为制备架空绝缘电缆的绝缘材料，至少包括如下组成： 低密度聚乙烯 50~70质量份 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30~50质量份； 填充剂 3~25质量份；
[0008] 交联剂 〇.5~2质量份； 抗氧剂 1~3质量份； 润滑剂 1~3:质量份；
[0009] 其中的填充剂为废菌料或废菌料与陶土的混合物。
[0010] 作为一种优选方案，所述的绝缘材料具有如下组成： 低密度聚乙烯 70质量份； 乙烯-醋酸乙烯醋共聚物 30质量份； 填充剂 3~25质量份；
[0011] 光引发剂 0.5~2质量份； 紫外光交联剂 0.5~2质量份； 抗氧剂 K3质量份： 润滑剂 1~3质量份。
[0012] 作为另一种优选方案，所述的绝缘材料具有如下组成： 低密度聚乙烯 50质量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 50质量份； 填充剂 5~25质量份；
[0013] 化学交联剂 0.5~2质量份； 助交联剂 0.5~2质量份： 抗氧剂 1~3质量份； 润滑剂 1~3质量份&
[0014] 上述低密度聚乙烯优选为线性低密度聚乙烯。
[0015] 上述的废菌料可以是未经改性的废菌料，也可以是经偶联剂改性的废菌料，或者 是两者的混合物。
[0016] 上述的废菌料为种植食用菌用的废弃菌种包，所述的食用菌为蘑菇或木耳。
[0017] 作为一种优选方案，所述的抗氧剂选自0-(3,5_二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八碳 醇酯（抗氧剂1〇76)、2,2'_硫代二乙基双[3-(3,5_二叔丁基-4-羟苯基）丙酸酯](抗氧剂 1035)、四[0-(3,5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)中的至少一种。
[0018] 作为一种优选方案，所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸铅、二盐基性硬 脂酸铅、硬脂酸钡、石蜡、乙烯蜡、硬脂酸正丁酯中的至少一种。
[0019] 作为一种优选方案，所述的光引发剂选自安息香、安息香烷基醚(例如：安息香双 甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚）、安息香酯、苯偶酰缩醛(例如:二甲氧基-2-苯基苯乙酮）、芳基酮(例如:二苯甲酮、蒽酮、硫杂蒽酮）中的至少一种。
[0020]作为一种优选方案，所述的紫外光交联剂选自三聚氰酸三烯丙酯(TAC)、三聚异氰 酸三烯丙酯(TAIC)、三烯丙基三羟基丙烷醚(TMPTAE)、三烯丙基季戊四醇/四烯丙基季戊四 醇醚混合物(PETAE)中的至少一种。
[0021 ]作为一种优选方案，所述的化学交联剂选自过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲 烷、过氧化乙烷中的至少一种。
[0022]作为一种优选方案，所述的助交联剂选自三聚氰酸三烯丙酯(TAC)、三聚异氰酸三 烯丙酯(TAIC)中的至少一种。
[0023] -种制备上述绝缘材料的方法，包括如下步骤：
[0024] a)制备废菌料粉末:称取干燥的废菌料或经偶联剂改性的废菌料，粉碎、研磨，筛 选200~250目的粉末；
[0025] b)按配方称取各组成原料；
[0026] c)使混合均匀；
[0027] d)投入挤出机，进行挤出、造粒。
[0028] 作为一种优选方案，偶联剂改性废菌料的操作包括如下步骤:将偶联剂直接加入 经研磨的废菌料粉末中，搅拌使混合均匀，然后在60~80°C烘箱中保温4~8h。
[0029] 作为进一步优选方案，所述偶联剂选自硬脂酸偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联 剂、硅酸酯偶联剂中的至少一种。
[0030] 作为进一步优选方案，改性用的偶联剂质量为废菌料质量的3~10%。
[0031 ] 作为一种优选方案，混合温度为50~60°C，混合机的转速2 750rpm。
[0032] 作为一种优选方案，挤出温度为100~140°C，挤出机的转速2 80rpm。
[0033]性能测试结果表明：本发明所提供的绝缘材料，具有绝缘电阻低、机械性能优异等 优点，主要性能指标均能符合《黑色聚乙烯架空绝缘料技术规范》要求，可作为制备架空绝 缘电缆的绝缘材料。
[0034]与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：
[0035]本发明采用废菌料为填充补强材料制得了性能符合《黑色聚乙烯架空绝缘料技术 规范》、可作为制备架空绝缘电缆的绝缘材料，不仅实现了废菌料的资源化利用，节约了自 然资源，降低了环境污染，具有节能环保方面的深远意义，而且制备方法简单，原料来源广 泛，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现规模化生产，具有极强的实用价值。
【具体实施方式】
[0036]下面结合具体实施例及对比例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按 照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0037] 实施例1
[0038] a)将种植食用菌用的废弃菌种包直接进行干燥、粉碎、研磨，筛选200~250目的粉 末待用；
[0039] b)按如下组成配方称取各原料： 低密度聚乙烯 70质量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30质量份； 填充剂（废菌料） 10质量份；
[0040] 光引发剂（二苯甲酮） 1质量份； 紫外光交联剂（三聚异氰酸酯） 1质量份； 抗氧剂C抗氧剂1010) 1质量份; 润滑剂（硬脂酸锌） 1质量份；
[0041 ] C)将称取的上述原料投入混合机中，在50~60°C下使混合均匀(约5~lOmin);
[0042] d)将混合后的混合物投入挤出机中进行挤出造粒(挤出温度为100~130°C，挤出 机转速为80rpm)，即得所述的绝缘材料。
[0043] 将上述制得的绝缘材料粒料先在平板硫化机上压成试片:压片温度为165°C，压力 为10~15MPa，先热压5min，再冷压5min;然后将试片置于紫外老化箱中进行紫外光辐照，辐 照强度为l〇〇WX14min，然后再按照JB/T15065-2009《黑色聚乙烯架空绝缘料技术规范》进 行主要性能测试，详细测试结果见表1所示。
[0044] 实施例2
[0045] a)将种植食用菌用的废弃菌种包经干燥、粉碎后与硅烷偶联剂混合，搅拌使混合 均匀，在60~80°C烘箱中保温4~8h，取出，研磨均匀，筛选200~250目的粉末待用；其中偶 联剂的质量为废菌料质量的5% ;
[0046] b)按如下组成配方称取各原料： 低密度聚乙:li 50质量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 50质量份； 填充剂（废菌料） 6质量份； 填充剂（陶土） 4质量份：
[0047] 化学交联剂（过氧化二异丙苯） 1质量份； 助交联剂（三聚异氰酸酯） 1.5质量份; 抗氧剂（抗氧剂1010) 1.2质量份； 润滑剂（硬脂酸） 1质量份； 润滑剂（石蜡） 0.2质量份；
[0048] c)将称取的上述原料投入混合机中，在50~60°C使混合均匀(约5~lOmin);
[0049] d)将混合后的混合物投入挤出机中进行挤出造粒(挤出温度为100~130°C，挤出 机转速为80rpm)，即得所述的绝缘材料。
[0050] 将上述制得的绝缘材料粒料在平板硫化机上压成试片:压片温度为175°C，压力为 10~15MPa，先热压lOmin，再冷压5min;然后再按照JB/T15065-2009《黑色聚乙烯架空绝缘 料技术规范》进行主要性能测试，详细测试结果见表1所示。
[0051] 对比例
[0052] a)按如下组成配方称取各原料： 低密度聚乙烯 70质量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30质量份： 填充剤（陶土) 10质量份；
[0053] 光引发剂（二苯甲酮） 1质量份： 紫外光交联剂（三聚异氰酸酯） 1质量份； 抗氧剂（抗氧剂1010) 1质量份;.
[0054] 润滑剂（硬脂酸锌） 1质量份；
[0055] b)将称取的上述原料投入混合机中，在50~60°C使混合均匀(约5~lOmin);
[0056] c)将混合后的混合物投入挤出机中进行挤出造粒(挤出温度为100~130°C，挤出 机转速为80rpm)，得到作为对比的复合材料。
[0057]将对比例制备的复合材料粒料先在平板硫化机上压成试片:压片温度为165°C，压 力为10~15MPa，先热压5min，再冷压5min;然后将试片置于紫外老化箱中进行紫外光辐照， 辐照强度为l〇〇WX14min，然后再按照JB/T15065-2009《黑色聚乙烯架空绝缘料技术规范》 进行主要性能测试，详细测试结果见表1所示。
[0058]表1材料的性能测试结果
[0060]由表1所示性能结果可见:本发明采用废菌料为填充补强材料制得了性能符合《黑 色聚乙烯架空绝缘料技术规范》、可用于制备架空绝缘电缆的绝缘材料，不仅实现了废菌料 的资源化利用，节约了自然资源，降低了环境污染，具有节能环保方面的深远意义，而且相 对于以陶土等传统填充补强材料制备的复合材料而言，具有绝缘电阻低、机械性能更加优 良等优点，具有显著的有益效果。
[0061]最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发 明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和 调整均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种可作为制备架空绝缘电缆的绝缘材料，其特征在于，至少包括如下组成： 低密度聚乙烯 50-70质量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30~50质量份； 填充剂 3~25质量份； 交联剂 0.5~2质量份； 抗氧剂 1~3质量份； 润滑剂 质量份； 其中的填充剂为废菌料或废菌料与陶土的混合物。2. 根据权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述的绝缘材料具有如下组成： 低密度聚乙烯 70质量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30质量份； 填充剂 3~25质量份； 光引发剂 0.5~2质量份； 紫外光交联剂 0.5~2质量份； 抗氧剂 1~3质量份； 润滑剂 1~3质量份。3. 根据权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述的绝缘材料具有如下组成： 低密度聚乙烯 50质量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 50质量份； 填充剂 5~25质量份； 化学交联剂 0.5~2质量份： 助交联剂 0.5~2质量份； 抗氧剂 1~3质量份 润滑剂 1~3质量份。4. 根据权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于:所述的废菌料为种植食用菌用的废弃 菌种包，所述的食用菌为蘑菇或木耳。5. 根据权利要求1至3中任一项所述的绝缘材料，其特征在于:所述的抗氧剂选自抗氧 剂1076、抗氧剂1035、抗氧剂1010中的至少一种。6. 根据权利要求1至3中任一项所述的绝缘材料，其特征在于:所述的润滑剂选自硬脂 酸、硬脂酸锌、硬脂酸铅、二盐基性硬脂酸铅、硬脂酸钡、石蜡、乙烯蜡、硬脂酸正丁酯中的至 少一种。7. 根据权利要求2所述的绝缘材料，其特征在于:所述的光引发剂选自安息香、安息香 烷基醚、安息香酯、苯偶酰缩醛、芳基酮中的至少一种。8. 根据权利要求2所述的绝缘材料，其特征在于:所述的紫外光交联剂选自三聚氰酸三 烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯、三烯丙基三羟基丙烷醚、三烯丙基季戊四醇/四烯丙基季戊 四醇醚混合物中的至少一种。9. 根据权利要求3所述的绝缘材料，其特征在于:所述的化学交联剂选自过氧化二异丙 苯、过氧化苯甲烷、过氧化乙烷中的至少一种。10. 根据权利要求3所述的绝缘材料，其特征在于:所述的助交联剂选自三聚氰酸三烯 丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯中的至少一种。11. 一种制备权利要求1至3中任一项所述的绝缘材料的方法，其特征在于，包括如下步 骤： a) 制备废菌料粉末:称取干燥的废菌料或经偶联剂改性的废菌料，粉碎、研磨，筛选200 ~250目的粉末； b) 按配方称取各组成原料； c) 使混合均匀； d) 投入挤出机，进行挤出、造粒。12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，偶联剂改性废菌料的操作包括如下步 骤:将偶联剂直接加入经研磨的废菌料粉末中，搅拌使混合均匀，然后在60~80°C烘箱中保 温4~8小时。13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于:所述偶联剂选自硬脂酸偶联剂、钛酸酯 偶联剂、硅烷偶联剂、硅酸酯偶联剂中的至少一种。14. 根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于:改性用的偶联剂质量为废菌料质量 的3~10% 〇15. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于：混合温度为50~60°C，混合机的转速2 750rpm;挤出温度为100~140 °C，挤出机的转速2 80rpm。
【专利摘要】本发明公开了一种可作为制备架空绝缘电缆的绝缘材料及其制备方法，所述的绝缘材料至少包括如下组成：50～70质量份低密度聚乙烯、30～50质量份乙烯?醋酸乙烯酯共聚物、3～25质量份填充剂、0.5～2质量份交联剂、1～3质量份抗氧剂、1～3质量份润滑剂，其中的填充剂为废菌料或废菌料与陶土的混合物。本发明采用废菌料为填充补强材料制得了性能符合《黑色聚乙烯架空绝缘料技术规范》的绝缘材料，可作为制备架空绝缘电缆的绝缘材料，不仅实现了废菌料的资源化利用，节约了自然资源，降低了环境污染，具有节能环保方面的深远意义，而且制备方法简单，原料来源广泛，易于实现规模化生产。
【IPC分类】H01B3/44, C08K9/04, C08K5/00, C08K3/34, C08K9/06, C08L23/08
【公开号】CN105713291
【申请号】CN201610281882
【发明人】张书华, 谢明明, 符家聪, 张红梅, 陈阳, 张弥弘
【申请人】上海工程技术大学