本发明涉及电气材料技术领域，具体是一种耐候性电缆绝缘材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，我国电力事业发展迅速，电网系统运行电压等级不断提高，网络规模逐步扩大。电缆绝缘材料是电缆中重要的组成部分，不仅起到的是绝缘的作用，还能起到隔热防腐蚀的作用，一旦在金属线芯的外层的绝缘层出现破损则会极大地降低电缆的性能。目前，电缆绝缘材料在耐高温方面难以满足实际需求。绝缘材料体积电阻率偏低，特别在直流高压下，电荷长期积聚造成表面闪络，是特高压电网安全的最大隐患之一。由于空间电荷分布不均匀会造成绝缘材料的畸变，影响其绝缘程度以及加速材料的老化，另外国内空气污染严重，气候条件复杂，作为电力安全头号大敌的输变电设备污闪防护依然任务艰巨。
技术实现要素：
针对目前电缆绝缘材料体积电阻率偏低、不耐高温、使用寿命不长的问题，本发明的发明目的在于提供一种低烟无卤阻燃、环保安全、老化性能优异、使用寿命长的耐候性电缆绝缘材料及其制备方法，本发明以氟硅树脂、增韧剂、钛酸丁酯、玻璃纤维、滑石粉、硬脂酸、白炭黑、乙烯基三甲氧基硅烷等为原料，通过原料间的协同作用以及特定工艺条件的加工方法，制备得到一种低烟无卤阻燃、环保安全、老化性能优异、使用寿命长的耐候性电缆绝缘材料。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂15-30份、增韧剂1-10份、钛酸丁酯0.1-3份、玻璃纤维1-8份、防老剂1-5份、滑石粉5-20份、硬脂酸0.1-3份、过氧化二异丙苯1-8份、白炭黑15-45份、乙烯基三甲氧基硅烷1-5份、防辐射剂5-35份、交联剂1-15份、稳定剂1-8份。
作为本发明进一步的方案：增韧剂为乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶与苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体中的一种或两种以上的混合物；玻璃纤维为AR玻璃纤维、A玻璃、C玻璃、E玻璃、E-CR玻璃与D玻璃中的一种或两种以上的混合物。
作为本发明进一步的方案：防老剂为酮胺、N-苯基-β-萘胺与对苯二胺中的一种或两种以上的混合物；防辐射剂为氧化铅、氧化铋、五硫化二锑或二硫化钨中的一种或两种以上的混合物。
作为本发明进一步的方案：交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷中的一种或两种以上的混合物；稳定剂为氧化镁、碳酸钙与二盐基亚磷酸铅中的一种或两种以上的混合物。
作为本发明进一步的方案：所述耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂20-25份、增韧剂3-8份、钛酸丁酯0.2-2份、玻璃纤维2-6份、防老剂1-3份、滑石粉10-15份、硬脂酸0.1-2份、过氧化二异丙苯2-5份、白炭黑20-40份、乙烯基三甲氧基硅烷1-3份、防辐射剂10-30份、交联剂1-10份、稳定剂2-6份。
作为本发明进一步的方案：所述耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂21-23份、增韧剂5-7份、钛酸丁酯0.5-1份、玻璃纤维3-5份、防老剂2-3份、滑石粉11-13份、硬脂酸0.5-1份、过氧化二异丙苯3-4份、白炭黑25-35份、乙烯基三甲氧基硅烷2-3份、防辐射剂15-25份、交联剂3-6份、稳定剂2-4份。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种上述耐候性电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将氟硅树脂与玻璃纤维根据重量份称量好后加入密炼机密炼1-5min；
2)按照相应重量份加入钛酸丁酯、过氧化二异丙苯、白炭黑、增韧剂、防老剂、滑石粉、硬脂酸、乙烯基三甲氧基硅烷、防辐射剂、交联剂与稳定剂，混炼1-6min，混炼温度达到110-130℃时密炼机排料；
3)将步骤2)混炼好的胶料在开练机薄通1-2次，过滤，三辊压延机压延，不开条出片，压延后的胶料室温存放22-30h后放入密炼机继续混炼0.5-2min排料；
4)步骤3)排料后的物料在开炼机薄通1-2次，三辊压延机压延开条出片，输出的物料经过冷却辊冷却后即得耐候性电缆绝缘材料。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，将氟硅树脂与玻璃纤维根据重量份称量好后加入密炼机密炼2-3min。
作为本发明进一步的方案：步骤2)中，混炼2-4min，混炼温度达到115-125℃时密炼机排料。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，压延后的胶料室温存放24h后放入密炼机继续混炼0.5-1min排料。
本发明中氟硅树脂是由氟树脂和有机硅树脂混炼而成的合成树脂，具有优异的耐温性、抗粘性和耐化学品性。增韧剂能增加电缆柔韧性。钛酸丁酯能提供快速交联反应。玻璃纤维绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等优点。防老剂能防止或抑制诸如氧、热、光、臭氧、机械应力、重金属离子等因素破坏制品性能、延长制品储存和使用寿命的配合剂。滑石粉具有润滑性、抗黏、助流、耐火性、抗酸性、绝缘性、熔点高、化学性不活泼、遮盖力良好、柔软、光泽好、吸附力强等优良的物理、化学特性。硬脂酸广泛用于制化妆品、塑料耐寒增塑剂、脱模剂、稳定剂、表面活性剂、橡胶硫化促进剂、防水剂、抛光剂、金属皂、金属矿物浮选剂、软化剂、医药品及其他有机化学品。过氧化二异丙苯用作天然橡胶、合成橡胶的硫化剂，聚合反应的引发剂，还可用作聚乙烯树脂交联剂等。交联的聚乙烯用作电缆绝缘材料，不仅具有优良的绝缘性和加工性能，而且可提高其耐热性。白炭黑耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。乙烯基三甲氧基硅烷用于不饱和聚酯、丙烯酸树脂、EPDM等，是硅橡胶与金属粘接的良好促进剂。防辐射剂具有防辐射的功效。交联剂是一种能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质。促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。稳定剂可以减慢反应，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过利用氟硅树脂、增韧剂、钛酸丁酯、玻璃纤维、滑石粉、硬脂酸、白炭黑、乙烯基三甲氧基硅烷等原料的协同作用使得制得的电缆绝缘材料具有优异的力学性能和耐高温性能，低烟无卤阻燃，环保安全，老化性能优异，使用寿命长；在制备电缆绝缘材料时制备方法步骤简单，原料易得。通过原料和制备方法的配合，使得制备的绝缘材料性能优良，具有较高的断裂伸长率和抗拉强度，在老化前断裂伸长率200-250％，抗拉强度12.5-13.3MPa，老化后(158℃*168h)断裂伸长率300-350％；抗拉强度11.0-12.2MPa；同时断裂伸长率变化率达到+20～+25％，抗拉强度变化率达到-8.5～-6.8％，极优于国标中对断裂伸长率变化率和抗拉强度变化率的要求。同时，制备的绝缘材料耐臭氧(25℃，浓度0.025-0.030％，30h)无裂纹，并且具有良好的电性能，体积电阻率2.0*1012～2.4*1012Ω.m，击穿强度15-18kV/mm。本发明提供一种全新的电缆绝缘材料，耐候性强，使用寿命长，还具有良好的电性能，具有很重要的现实意义。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中涉及到的氟硅树脂、增韧剂等都为普通市售产品，实施例中涉及到的各性能检测方法为国标检测方法。
实施例1
本发明实施例中，一种耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂15份、增韧剂1份、钛酸丁酯0.1份、玻璃纤维1份、防老剂1份、滑石粉5份、硬脂酸0.1份、过氧化二异丙苯1份、白炭黑15份、乙烯基三甲氧基硅烷1份、防辐射剂5份、交联剂1份、稳定剂1份。
所述所述耐候性电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将氟硅树脂与玻璃纤维根据重量份称量好后加入密炼机密炼1min。
2)按照相应重量份加入钛酸丁酯、过氧化二异丙苯、白炭黑、增韧剂、防老剂、滑石粉、硬脂酸、乙烯基三甲氧基硅烷、防辐射剂、交联剂与稳定剂，混炼1min，混炼温度达到110℃时密炼机排料。
3)将步骤2)混炼好的胶料在开练机薄通1次，过滤，三辊压延机压延，不开条出片，压延后的胶料室温存放22h后放入密炼机继续混炼0.5min排料。
4)步骤3)排料后的物料在开炼机薄通1次，三辊压延机压延开条出片，输出的物料经过冷却辊冷却后即得耐候性电缆绝缘材料。
本发明实施例1得到的耐候性电缆绝缘材料具体性能指标如下：
老化前：断裂伸长率200％；抗拉强度12.5N/mm2；
老化后(158℃*168h)断裂伸长率300％；抗拉强度11.0N/mm2；断裂伸长率变化率为+25％，抗拉强度变化率为-8.5％；
耐臭氧(25℃，浓度0.025-0.030％，30h)无裂纹；
电性能：体积电阻率2.0*1012Ω.m，击穿强度15kV/mm。
实施例2
本发明实施例中，一种耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂30份、增韧剂10份、钛酸丁酯3份、玻璃纤维8份、防老剂5份、滑石粉20份、硬脂酸3份、过氧化二异丙苯8份、白炭黑45份、乙烯基三甲氧基硅烷5份、防辐射剂35份、交联剂15份、稳定剂8份。
所述所述耐候性电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将氟硅树脂与玻璃纤维根据重量份称量好后加入密炼机密炼5min。
2)按照相应重量份加入钛酸丁酯、过氧化二异丙苯、白炭黑、增韧剂、防老剂、滑石粉、硬脂酸、乙烯基三甲氧基硅烷、防辐射剂、交联剂与稳定剂，混炼6min，混炼温度达到130℃时密炼机排料。
3)将步骤2)混炼好的胶料在开练机薄通2次，过滤，三辊压延机压延，不开条出片，压延后的胶料室温存放30h后放入密炼机继续混炼2min排料。
4)步骤3)排料后的物料在开炼机薄通2次，三辊压延机压延开条出片，输出的物料经过冷却辊冷却后即得耐候性电缆绝缘材料。
本发明实施例2得到的耐候性电缆绝缘材料具体性能指标如下：
老化前：断裂伸长率210％；抗拉强度12.7N/mm2；
老化后(158℃*168h)断裂伸长率310％；抗拉强度11.2N/mm2；断裂伸长率变化率为+24％，抗拉强度变化率为-8.3％；
耐臭氧(25℃，浓度0.025-0.030％，30h)无裂纹；
电性能：体积电阻率2.1*1012Ω.m，击穿强度15.5kV/mm。
实施例3
本发明实施例中，一种耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂20份、增韧剂3份、钛酸丁酯0.2份、玻璃纤维2份、防老剂1份、滑石粉10份、硬脂酸0.1份、过氧化二异丙苯2份、白炭黑20份、乙烯基三甲氧基硅烷1份、防辐射剂10份、交联剂1份、稳定剂2份。
所述所述耐候性电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将氟硅树脂与玻璃纤维根据重量份称量好后加入密炼机密炼2min。
2)按照相应重量份加入钛酸丁酯、过氧化二异丙苯、白炭黑、增韧剂、防老剂、滑石粉、硬脂酸、乙烯基三甲氧基硅烷、防辐射剂、交联剂与稳定剂，混炼2min，混炼温度达到115℃时密炼机排料。
3)将步骤2)混炼好的胶料在开练机薄通2次，过滤，三辊压延机压延，不开条出片，压延后的胶料室温存放24h后放入密炼机继续混炼0.5min排料。
4)步骤3)排料后的物料在开炼机薄通1次，三辊压延机压延开条出片，输出的物料经过冷却辊冷却后即得耐候性电缆绝缘材料。
本发明实施例3得到的耐候性电缆绝缘材料具体性能指标如下：
老化前：断裂伸长率220％；抗拉强度12.9N/mm2；
老化后(158℃*168h)断裂伸长率320％；抗拉强度11.5N/mm2；断裂伸长率变化率为+22％，抗拉强度变化率为-8.0％；
耐臭氧(25℃，浓度0.025-0.030％，30h)无裂纹；
电性能：体积电阻率2.2*1012Ω.m，击穿强度16kV/mm。
实施例4
本发明实施例中，一种耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂25份、增韧剂8份、钛酸丁酯2份、玻璃纤维6份、防老剂3份、滑石粉15份、硬脂酸2份、过氧化二异丙苯5份、白炭黑40份、乙烯基三甲氧基硅烷3份、防辐射剂30份、交联剂10份、稳定剂6份。
所述所述耐候性电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将氟硅树脂与玻璃纤维根据重量份称量好后加入密炼机密炼3min。
2)按照相应重量份加入钛酸丁酯、过氧化二异丙苯、白炭黑、增韧剂、防老剂、滑石粉、硬脂酸、乙烯基三甲氧基硅烷、防辐射剂、交联剂与稳定剂，混炼4min，混炼温度达到125℃时密炼机排料。
3)将步骤2)混炼好的胶料在开练机薄通1次，过滤，三辊压延机压延，不开条出片，压延后的胶料室温存放24h后放入密炼机继续混炼1min排料。
4)步骤3)排料后的物料在开炼机薄通2次，三辊压延机压延开条出片，输出的物料经过冷却辊冷却后即得耐候性电缆绝缘材料。
本发明实施例4得到的耐候性电缆绝缘材料具体性能指标如下：
老化前：断裂伸长率230％；抗拉强度12.9N/mm2；
老化后(158℃*168h)断裂伸长率330％；抗拉强度12.0N/mm2；断裂伸长率变化率为+24％，抗拉强度变化率为-7.5％；
耐臭氧(25℃，浓度0.025-0.030％，30h)无裂纹；
电性能：体积电阻率2.3*1012Ω.m，击穿强度17kV/mm。
实施例5
本发明实施例中，一种耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂21份、增韧剂5份、钛酸丁酯0.5份、玻璃纤维3份、防老剂2份、滑石粉11份、硬脂酸0.5份、过氧化二异丙苯3份、白炭黑25份、乙烯基三甲氧基硅烷2份、防辐射剂15份、交联剂3份、稳定剂2份。
所述所述耐候性电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将氟硅树脂与玻璃纤维根据重量份称量好后加入密炼机密炼2min。
2)按照相应重量份加入钛酸丁酯、过氧化二异丙苯、白炭黑、增韧剂、防老剂、滑石粉、硬脂酸、乙烯基三甲氧基硅烷、防辐射剂、交联剂与稳定剂，混炼2min，混炼温度达到125℃时密炼机排料。
3)将步骤2)混炼好的胶料在开练机薄通1次，过滤，三辊压延机压延，不开条出片，压延后的胶料室温存放24h后放入密炼机继续混炼1min排料。
4)步骤3)排料后的物料在开炼机薄通2次，三辊压延机压延开条出片，输出的物料经过冷却辊冷却后即得耐候性电缆绝缘材料。
本发明实施例5得到的耐候性电缆绝缘材料具体性能指标如下：
老化前：断裂伸长率240％；抗拉强度13.0N/mm2；
老化后(158℃*168h)断裂伸长率340％；抗拉强度12.0N/mm2；断裂伸长率变化率为+23％，抗拉强度变化率为-7.0％；
耐臭氧(25℃，浓度0.025-0.030％，30h)无裂纹；
电性能：体积电阻率2.3*1012Ω.m，击穿强度17kV/mm。
实施例6
本发明实施例中，一种耐候性电缆绝缘材料，按照重量份的原料包括：氟硅树脂23份、增韧剂7份、钛酸丁酯1份、玻璃纤维5份、防老剂3份、滑石粉13份、硬脂酸1份、过氧化二异丙苯4份、白炭黑35份、乙烯基三甲氧基硅烷3份、防辐射剂25份、交联剂6份、稳定剂4份。
所述所述耐候性电缆绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将氟硅树脂与玻璃纤维根据重量份称量好后加入密炼机密炼2min。
2)按照相应重量份加入钛酸丁酯、过氧化二异丙苯、白炭黑、增韧剂、防老剂、滑石粉、硬脂酸、乙烯基三甲氧基硅烷、防辐射剂、交联剂与稳定剂，混炼4min，混炼温度达到120℃时密炼机排料。
3)将步骤2)混炼好的胶料在开练机薄通1次，过滤，三辊压延机压延，不开条出片，压延后的胶料室温存放24h后放入密炼机继续混炼1min排料。
4)步骤3)排料后的物料在开炼机薄通1次，三辊压延机压延开条出片，输出的物料经过冷却辊冷却后即得耐候性电缆绝缘材料。
本发明实施例6得到的耐候性电缆绝缘材料具体性能指标如下：
老化前：断裂伸长率250％；抗拉强度13.3N/mm2；
老化后(158℃*168h)断裂伸长率350％；抗拉强度12.2N/mm2；断裂伸长率变化率为+20％，抗拉强度变化率为-6.8％；
耐臭氧(25℃，浓度0.025-0.030％，30h)无裂纹；
电性能：体积电阻率2.4*1012Ω.m，击穿强度18kV/mm。
由实施例结果可以看出，本发明技术方案中的绝缘材料原料新颖，结合特定的制备方法，得到的绝缘材料性能优良，是一种低烟无卤阻燃、环保安全、老化性能优异、使用寿命长的耐候性绝缘材料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。