一种添加纳米膨润土改性沥青的复合电缆料的制作方法

文档序号:11124666阅读:823来源:国知局

本发明涉及电缆料技术领域,尤其涉及一种添加纳米膨润土改性沥青的复合电缆料。



背景技术:

聚乙烯因具有优良的电性能、力学性能、耐化学性能和良好的加工特性,已广泛应用于制作薄膜、管材、电线电缆、塑料制品、包装材料等日常生活用品和其他高精尖工程技术领域。其中低密度聚乙烯具有突出的柔韧性和绝缘性,无毒且易于着色,大量用于电缆料,取代含卤素的聚氯乙烯。电线电缆在应用过程中会不断受到电、热以及机械应力等各种因素的综合作用,例如过电流时导体会向绝缘层注入电子和空穴,而绝缘层极易发生电子或空穴积聚,形成空间电荷包,引发电场畸变,严重时发生电击穿,造成输电事故;因此,寻找有效途径抑制空间电荷积聚,均化绝缘层电场分布,抑制电树枝生长,延长电缆的使用寿命,是制备高性能电线电缆亟待解决的问题。

《多层介孔纳米MgO/低密度聚乙烯复合材料的制备及其绝缘性能》一文中采用低沸点溶剂法制备多层介孔结构纳米氧化镁,实现了纳米氧化镁在低密度聚乙烯中的均匀分散,添加1%纳米氧化镁的低密度聚乙烯70KV/mm电场下有效地抑制 了空间电荷积聚,提高了直流击穿强度,降低了介电常数,同时在较高场强下有效抑制了电子及空穴注入,阻止隧道效应的发生,抑制了空间电荷包的产生,复合材料的介电性能满足作为高性能绝缘材料的使用条件。但是由于聚乙烯材料的氧指数比较低,属于易燃材料,还需要对其进行阻燃改性后才能进一步满足电缆料的使用需求,电缆绝缘材料的综合性能决定了导线安全使用性,因此要求对绝缘材料进行介电性能研究的同时对其阻燃性、热稳定性、力学性能等进行深入研究。



技术实现要素:

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷,提供一种添加纳米膨润土改性沥青的复合电缆料。

本发明是通过以下技术方案实现的:

一种添加纳米膨润土改性沥青的复合电缆料,由下列重量份的原料制成:低密度聚乙烯100-105、无水乙醇适量、纳米氧化镁1.5-2、硅烷偶联剂KH5500.1-0.12、酶解木质素20-22、浓度为2wt%的氢氧化钠溶液400-420、浓度为45wt%的甲醛水溶液6-7、三聚氰胺15-16、0.1mol/L的盐酸适量、焦磷酸钠4-5、微胶囊化红磷5-6、去离子水适量、白油3-4、棕榈油2-3抗氧剂1680.8-1、沥青1-1.2、纳米膨润土9-10、SBS0.8-1。

所述一种添加纳米膨润土改性沥青的复合电缆料,由以下具体步骤制成:

(1)将纳米氧化镁超声分散在4-5倍量的无水乙醇中,离心、干燥,将干燥后的纳米氧化镁放入马弗炉中,以3-5℃/min的升温速率升温至200-220℃,保温30-40分钟,冷却后取出待用;将硅烷偶联剂KH550溶于10-12倍量的无水乙醇中,然后与煅烧后的纳米氧化镁混合,超声分散30-40分钟后离心、过滤、干燥,得到改性纳米氧化镁;

(2)将酶解木质素与浓度为2wt%的氢氧化钠溶液混合,以300-400转/分的速度搅拌至完全溶解,加热至90-95℃,加入浓度为45wt%的甲醛水溶液,搅拌反应100-120分钟后继续加入三聚氰胺,继续反应90-120分钟后缓慢滴加0.1mol/L的盐酸中和后待用;将焦磷酸钠溶于18-20倍量的去离子水中,然后加入上述反应中,继续搅拌反应60-90分钟,沉淀生成,静置、过滤、用去离子水清洗2-3次,然后放入真空干燥箱中以80-90℃的温度干燥,最后粉碎,过200目筛,得到改性酶解木质素;

(3)将沥青加热至165-170℃,将SBS缓慢加入其中,以300-400转/分的速度保温搅拌30-40分钟后加入纳米膨润土,以4500-5000转/分的速度高速剪切40-50分钟,剪切结束后保持温度在160℃以上继续搅拌30-40分钟后冷却硬化,将硬化后的产品粉碎,过80目筛;

(4)将步骤(1)(2)(3)得到的产物与低密度聚乙烯、五氯苯酚月桂酸酯以及其余剩余成分共同放入高速混料机中,以800-1000转/份的速度搅拌混合10-12分钟后送入双辊开放式塑炼机中,控制温度160-170℃进行混炼,然后送入双螺杆挤出机中,控温150-170℃,进行挤出造粒即得。

本发明的优点是:本发明采用曼尼希反应原理通过甲醛、三聚氰胺、焦磷酸钠等成分对酶解木质素进行改性反应,生成改性酶解木质素,在热分解过程中作为一种碳源,可以对高分子材料的热分解起抑制作用,与微胶囊化红磷进行复配,添加到低密度聚乙烯电缆料的制备中,协同作用具有明显的阻燃抑烟效果,同时添加的阻燃成分不含卤,由天然物质生成,能够替代那些不可再生资源,安全环保,同时阻燃效果优异;本发明还再电缆料的制备中添加了改性纳米氧化镁,具有介孔结构,通过混料均匀的分散在低密度聚乙烯中,在较高场强下有效抑制了电子及空穴注入,阻止隧道效应的发生,抑制了空间电荷包的产生,提高了直流击穿强度,提高了本发明电缆料的抗击穿性能以及绝缘稳定性。

本发明通过一系列的工艺用SBS以及纳米膨润土对沥青进行改性,能够明显提高其高温稳定性、低温抗裂性,添加到基体聚乙烯中,分散良好,与基体不易分层,界面相容性佳,加工流动性得到了提高;本发明电缆料与传统聚乙烯电缆料相比具有更高的阻燃性、抗击穿性能,同时耐高温、耐低温、抗裂、防水、绝缘,可以适应较大温差的工作环境,耐候性佳,非常适合恶劣环境中的电力架空电缆保护套等。

具体实施方式

一种添加纳米膨润土改性沥青的复合电缆料,由下列重量份(公斤)的原料制成:低密度聚乙烯100、无水乙醇适量、纳米氧化镁1.5、硅烷偶联剂KH5500.1、酶解木质素20、浓度为2wt%的氢氧化钠溶液400、浓度为45wt%的甲醛水溶液6、三聚氰胺15、0.1mol/L的盐酸适量、焦磷酸钠4、微胶囊化红磷5、去离子水适量、白油3、棕榈油2抗氧剂1680.8、沥青1、纳米膨润土9、SBS0.8。

所述一种添加纳米膨润土改性沥青的复合电缆料,由以下具体步骤制成:

(1)将纳米氧化镁超声分散在4倍量的无水乙醇中,离心、干燥,将干燥后的纳米氧化镁放入马弗炉中,以3℃/min的升温速率升温至200℃,保温30分钟,冷却后取出待用;将硅烷偶联剂KH550溶于10倍量的无水乙醇中,然后与煅烧后的纳米氧化镁混合,超声分散30分钟后离心、过滤、干燥,得到改性纳米氧化镁;

(2)将酶解木质素与浓度为2wt%的氢氧化钠溶液混合,以300转/分的速度搅拌至完全溶解,加热至90℃,加入浓度为45wt%的甲醛水溶液,搅拌反应100分钟后继续加入三聚氰胺,继续反应90分钟后缓慢滴加0.1mol/L的盐酸中和后待用;将焦磷酸钠溶于18倍量的去离子水中,然后加入上述反应中,继续搅拌反应60分钟,沉淀生成,静置、过滤、用去离子水清洗2次,然后放入真空干燥箱中以80℃的温度干燥,最后粉碎,过200目筛,得到改性酶解木质素;

(3)将沥青加热至165℃,将SBS缓慢加入其中,以300转/分的速度保温搅拌30分钟后加入纳米膨润土,以4500转/分的速度高速剪切40分钟,剪切结束后保持温度在160℃以上继续搅拌30分钟后冷却硬化,将硬化后的产品粉碎,过80目筛;

(4)将步骤(1)(2)(3)得到的产物与低密度聚乙烯、五氯苯酚月桂酸酯以及其余剩余成分共同放入高速混料机中,以800转/份的速度搅拌混合10分钟后送入双辊开放式塑炼机中,控制温度160℃进行混炼,然后送入双螺杆挤出机中,控温150℃,进行挤出造粒即得。

将本发明电缆料应用于电缆的生产,电缆产品经检测,达到的指标如下:抗张强度26MPa,断裂伸长率380%,氧指数38%,介电强度40MV/m。

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