可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的制备方法，属于输电设 备技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于电力输电线路的快速建设，架空输电线路走廊用地紧张的问题非常突出，而 架空线造成的电磁环境问题也影响着通信系统等其他设备的正常运行和人类的日常生活。 同时城市中由于自然景观美化的需要，架空线路并不适合在城区建设。因此交流输电电缆 以其占地面积小，不影响自然景观，不会造成复杂电磁环境问题的优点得到了广泛应用。目 前所广泛使用的挤出型交流电缆一般都采用交联聚乙烯作为绝缘材料，但是交联聚乙烯的 正常工作温度一般为70°C，难以适应大容量高压交流输电电缆的工作要求。同时交联聚乙 烯的击穿电场强度也有限，难以满足高电压等级交流电缆的要求。更重要的是交联聚乙烯 是一种热固性材料，在使用寿命到期后无法回收再利用并且难以降解。目前处理交联聚乙 烯电缆绝缘废料的常用办法是焚烧，然而交联聚乙烯在燃烧过程中会产生很多的有害气体 污染环境。此外交联聚乙烯电缆的加工过程也比较复杂，交联和脱气处理过程中会消耗大 量的能源，并产生污染大气的副产物。
[0003] 因此为了开发新型的可回收大容量高压交流电缆，需要进一步提高电缆绝缘材料 的工作温度和耐受电场强度，并提高电缆绝缘材料的环境友好性，而非交联的热塑性绝缘 材料提供了一个很好的选择。在热塑性树脂材料中，聚丙烯具有良好的电气性能，其介电损 耗较低且相对介电常数随频率几乎不变化，是一种优良的可回收绝缘材料基体。但是聚丙 烯的机械性能稍有欠缺，低温下容易脆断，硬度较高，因此需要对聚丙烯进行改性处理，以 适应交流电缆绝缘材料的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为克服已有的交联聚乙烯作为交流电缆绝缘材料的不足，提出一 种可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的制备方法，本发明采用等规聚丙烯作为可回收 的热塑性高压交流电缆绝缘材料的基体以提高材料的正常工作温度和击穿场强，采用聚烯 烃弹性体改善等规聚丙烯的机械性能和热性能，以用于大容量高压交流电缆。
[0005] 本发明提出的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的制备方法，该方法包括如 下步骤：
[0006] (1)将等规聚丙烯、聚烯烃弹性体，以及抗氧剂、阻燃剂和加工助剂相互混合得到 一种混合物，该混合物中各组分的质量分数分别为：
[0007] 等规聚丙烯 60~80份 聚烯烃弹性体 20~40份 抗氧剂 0,5~1份 阻燃剂 2~5份 加工助剂 0.5~1份
[0008] (2)将上述混合物在密炼机中混炼，加工温度为180~200°C，转速为40~60r/ min，混炼10~15分钟即可制得本发明提出的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料。
[0009] 其中所述的等规聚丙烯的密度为0.90~0? 94g/cm3，熔体流动速率为1 ? 7~ 3. lg/10min，等规度大于97%。
[0010] 所述的聚烯烃弹性体为乙烯-辛烯共聚物，其中辛烯含量为20~30%，密度为 0? 85 ~0? 88g/cm3〇
[0011] 所述的抗氧剂为抗氧剂1〇1〇、抗氧剂2246或者抗氧剂264。
[0012] 所述的阻燃剂为氢氧化镁、低水硼酸锌、氢氧化铝或三氧化二锑。
[0013] 所述的加工助剂为润滑剂硬脂酸甘油酯。
[0014] 本发明提出的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的制备方法，其优点是：
[0015] 利用本发明制备的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料，由于在制备过程中添 加了聚烯烃弹性体，因此提高了聚丙烯的机械性能和热性能，常温下具有很好的柔性，高温 下具有很好的机械完整性。本发明中采用聚丙烯作为基体材料，从而提高了所制备的绝缘 材料的耐受电场强度，同时具有低的介电损耗和稳定的相对介电常数。本发明方法中使用 的等规聚丙烯和聚烯烃弹性体的共混物，加工过程中不需要进行交联处理，因此在使用后 可以继续回收再利用，有利于保护环境。利用本发明方法制备的可回收的热塑性高压交流 电缆绝缘材料可以在高达l〇〇°C的温度下正常工作，同时具有很好的电气性能，可以显著提 高交流电缆的工作温度、工作电压和输送容量。
[0016] 本发明方法制备的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料，主要应用在电能输送 和分配中，但是并不局限于此。在传输信号的电缆中也可以采用这种绝缘材料，以提高信号 传输性能和减少非环保材料对环境的影响。
【附图说明】
[0017] 图1是采用本发明方法制备的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的相对介 电常数和介电损耗随频率变化的图像，其中（a)为相对介电常数随频率变化的图像，（b)为 介电损耗角正切随频率变化的图像。
【具体实施方式】
[0018] 本发明提出的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的制备方法，该方法如下：
[0019] (1)将等规聚丙烯、聚烯烃弹性体，以及抗氧剂、阻燃剂和加工助剂相互混合得到 一种混合物，各组分的质量分数分别为：
[0020] 等规聚丙烯 60~80份 聚烯烃弹性体 20~40份 抗氧剂 0,5~1份 阻燃剂 2~5份 加工助剂 0.5~1份
[0021](2)将上述混合物在密炼机中混炼，加工温度为180~200°C，转速为40~60r/ min，混炼10~15分钟，得到可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料。
[0022] 其中所述的等规聚丙烯的密度为0.90~0. 94g/cm3，熔体流动速率为1. 7~ 3.lg/10min，等规度大于97%。所述的聚烯烃弹性体为乙烯-辛烯共聚物，其中辛烯含量 为20~30%，密度为0. 85~0. 88g/cm3。所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂2246或者 抗氧剂264。所述的阻燃剂为氢氧化镁、低水硼酸锌、氢氧化铝或三氧化二锑。所述的加工 助剂为润滑剂硬脂酸甘油酯。
[0023] 本发明将通过下面的具体实施例对技术方案进行更加详细的说明，但是本发明并 不局限于以下提出的实施案例。
[0024] 以下介绍本发明方法的实施例
[0025] 实施例一：
[0026] (1)将40克的等规聚丙烯，10克的聚烯烃弹性体P0E，0. 25克抗氧剂1010,1克阻 燃剂氢氧化镁和〇. 25克加工助剂硬脂酸甘油酯相互混合，得到一种混合物；
[0027] (2)将上述混合物在密炼机中混炼，加工温度为200°C，转速为60r/min，混炼10分 钟，得到一种可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料。其各项性能见表1。
[0028] 表1性能参数
[0029]
[0030] 本发明上述实施实例所得到的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料，该材料可 以在KKTC下正常工作，大大提高了交流电缆的工作温度和输送容量，同时聚烯烃弹性体的 加入有效改善了等规聚丙烯的机械性能。从图1可以看出，该材料具有较低的介电损耗，同 时相对介电常数几乎不随频率变化。从综合性能来看，该材料满足可回收交流电缆绝缘的 各项要求，制备过程中不需要交联，是一种可回收的热塑性绝缘材料。
[0031] 实施例二：
[0032] (1)将30克的等规聚丙稀，10克的聚烯烃弹性体P0E，0. 25克抗氧剂2246, 2克阻 燃剂低水硼酸锌和〇. 5克加工助剂硬脂酸甘油酯相互混合，得到一种混合物；
[0033] (2)将上述混合物在密炼机中混炼，加工温度为190°C，转速为40r/min，混炼15分 钟，得到一种可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料。
[0034] 实施例三：
[0035] (1)将30克的等规聚丙稀，20克的聚烯烃弹性体POE，0. 5克抗氧剂264, 2. 5克阻 燃剂氢氧化铝和〇. 5克加工助剂硬脂酸甘油酯相互混合，得到一种混合物；
[0036] (2)将上述混合物在密炼机中混炼，加工温度为200°C，转速为50r/min，混炼12分 钟，得到一种可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料。
[0037] 实施例四：
[0038] (1)将40克的等规聚丙烯，20克的聚烯烃弹性体P0E，0? 25克抗氧剂1010,1. 5克 阻燃剂三氧化二锑和0. 25克加工助剂硬脂酸甘油酯相互混合，得到一种混合物；
[0039] (2)将上述混合物在密炼机中混炼，加工温度为180°C，转速为60r/min的转速下 混炼12分钟，得到一种可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料。
[0040] 实施例一得到的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料，图1是该材料的相对介 电常数和介电损耗随频率变化的图像，其中，图1(a)为相对介电常数随频率变化的图像， 图1(b)为介电损耗角正切随频率变化的图像。
【主权项】
1. 可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下 步骤： (1) 将等规聚丙烯、聚烯烃弹性体，以及抗氧剂、阻燃剂和加工助剂相互混合得到一种 混合物，各组分的质量分数分别为：(2) 将上述混合物在密炼机中混炼，加工温度为180~200°C，转速为40~60r/min，混 炼10~15分钟，得到可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料。2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的等规聚丙烯的密度为0. 90~ 0. 94g/cm3,等规聚丙稀的恪体流动速率为1. 7~3.lg/10min，等规度大于97%。3. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的聚烯烃弹性体为乙烯-辛烯共聚 物，其中辛烯含量为20~30%，密度为0. 85~0. 88g/cm3。4. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂 2246或抗氧剂264。5. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的阻燃剂为氢氧化镁、低水硼酸锌、 氢氧化铝或三氧化二铺。6. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的加工助剂为润滑剂硬脂酸甘油 酯。
【专利摘要】本发明涉及一种可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料的制备方法，属于输电设备技术领域。该方法包括：将等规聚丙烯、聚烯烃弹性体、抗氧剂、阻燃剂和加工助剂在180～200℃，转速40～60r/min下混炼10～15分钟制得可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料。本发明提出的可回收的热塑性高压交流电缆绝缘材料，以等规聚丙烯与聚烯烃弹性体的混合物为基础，通过采用等规聚丙烯作为基体提高材料的工作温度和击穿电场强度，通过加入聚烯烃弹性体有效改善材料的机械性能。通过该方法制备的绝缘材料能够耐受高的工作场强和工作温度，并且具有较低的交流介电损耗和随频率变化较为稳定的相对介电常数，并且在达到设计寿命后能够回收利用，不对环境造成破坏。
【IPC分类】C08K5/103, C08K5/13, C08K3/22, C08L23/08, C08L23/12, C08K3/38, C08K5/134
【公开号】CN105037942
【申请号】CN201510504741
【发明人】何金良, 胡军, 周垚, 党斌, 党智敏, 高雷, 余占清
【申请人】清华大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月17日