本发明涉及一种制作大功率太阳能发电装置使用的电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料及其制作方法。
背景技术：
大功率光伏发电作为一种环保、可持续的绿色新能源己得到国内外的普遍重视，而光伏电站对光伏电缆有较高的技术性能要求，产品应符合欧盟光伏电缆标准EN50618标准要求的耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨、耐直流电压、250℃热延伸和低烟无卤阻燃等性能，并且使用寿命达到25年。
现有技术中的电缆材料，在耐直流电压和250℃热延伸方面尚有不足，由于现在使用的生产设备中的双螺杆输送装置的混炼效果不好，纳米级材料不能与含量为28%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA树脂材料混炼均匀，只能使用微米级阻燃剂和含量为18%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，要达到同样的阻燃效果微米级阻燃剂添加量是纳米级阻燃剂的2-3倍，单独一种绝缘材料要达到阻燃要求和耐气候性能需要添加大量的阻燃剂和添加剂，导致树脂含量低，绝缘性能大幅下降，需要加装内层绝缘，由于内层绝缘对耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨和低烟无卤阻燃等性能要求低，所以，其所使用的绝缘材料内添加的阻燃剂和添加剂的使用量可以减少，增加了树脂含量，提高了其绝缘性能；也就是要想达到光伏电站对光伏电缆上述性能指标的要求都要采用双层绝缘结构，内层绝缘保障绝缘性能，外层绝缘保障耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨、耐直流电压、250℃热延伸和低烟无卤阻燃等性能。双层绝缘结构的绝缘体积大，成本高，综合性能还是较差；且制作繁琐，工艺控制繁琐，在挤外层绝缘时需要在两层绝缘中间涂抹滑石粉，滑石粉均匀度控制不好会在辐照工序受热外层绝缘出现鼓包现象，使成品电缆报废，成品率低。
技术实现要素：
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种制作光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料及制作方法，该阻燃绝缘材料制成的电缆单层绝缘就能够满足欧盟光伏电缆标准EN50618标准要求的耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨、耐直流电压、250℃热延伸和低烟无卤阻燃等性能，综合性能好，使用寿命达到25年。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种制作光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料，其是由以下原料制成的，按重量比计算：30～40的VA含量为28%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，10～20的高密度聚乙烯HDPE，20～30的无卤阻燃剂1，10～20的聚磷腈阻燃剂，1～5的功能化聚烯烃树脂，1～2的抗氧剂，1～2的光稳定剂，1～2的紫外线吸收剂，0.1～0.3的Ir 1024抗铜剂，1～2的润滑剂和1～2的交联敏化剂。
上述所述的VA含量为28%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为美国杜邦生产的型号为40W的EVA、型号为11D542的EVA、型号为880的EVA、日本旭化成生产的型号为 RF7830 的EVA或日本尤尼卡生产的型号为 NUC8450 的EVA。
上述所述的高密度聚乙烯HDPE为邵氏硬度为95A或97A的高密度聚乙烯HDPE。
上述所述的无卤阻燃剂1为纳米级的碳酸钙和纳米级氧化钙中的一种与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合。
上述所述的功能化聚烯烃树脂为马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体或马来酸酐接枝聚乙烯。
上述所述的润滑剂为所述的润滑剂为甲基硅油、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌中的一种和聚乙烯蜡按照1:3的组合。
上述所述的抗氧剂为264抗氧剂2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol、2246抗氧剂2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、1135抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯中的一种与BHT抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合。
上述所述的交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯或1,1,1-三羟甲基丙烯三甲基丙烯酸酯。
上述所述的光稳定剂为3,3'-碳酰二(4-羟基-6-甲氧基苯磺酸)二钠盐、二苯甲酮-9或2,2'-二羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮-5,5'-二磺酸钠。
上述所述的紫外线吸收剂为UV 944或UV 531紫外线吸收剂。
上述所述的制作光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料的制作方法，其包括以下步骤：
按照所述量称取以下原料：VA含量为28%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，高密度聚乙烯HDPE，无卤阻燃剂1，聚磷腈阻燃剂，功能化聚烯烃树脂，抗氧剂，光稳定剂，紫外线吸收剂，Ir 1024抗铜剂，润滑剂和交联敏化剂；将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为60-80℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区、5区，出料口处为机头6区，各区域温度设置为进料区1区150-160℃、2区145-155℃、3区140-150℃、4区140-150℃、5区130-140℃、机头6区130-140℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区，出料口处为机头模具5区，各区域温度设置为进料区1区120-130℃、2区125-135℃、3区135-145℃、4区140-150℃、机头模具5区155-165℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
上述所述的制作光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料的另一种制作方法，其包括以下步骤：
按照所述量称取以下原料：VA含量为28%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA，高密度聚乙烯HDPE，无卤阻燃剂1，聚磷腈阻燃剂，功能化聚烯烃树脂，抗氧剂，光稳定剂，紫外线吸收剂，Ir 1024抗铜剂，润滑剂和交联敏化剂；将称取的原料一次性加入密炼机内，加热温度为90-150℃，密炼30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；密炼出来的料团温度为160℃，双螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区、5区，出料口处为机头6区，各区域温度设置为1区不加温、2区145-155℃、3区140-150℃、4区135-145℃、5区130-140℃、机头6区120-130℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区，出料口处为机头模具5区，各区域温度设置为进料区1区130-140℃、2区135-145℃、3区145-155℃、4区150-160℃、机头模具5区160-165℃，再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
按照本发明制作的光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料将纳米级的无卤阻燃剂1和聚磷腈阻燃剂混合使用，纳米级的无卤阻燃剂1分散效果好，聚磷腈阻燃剂阻燃效果好，如添加10份聚磷腈阻燃剂与20份纳米级的无卤阻燃剂1配合使用可替代普通阻燃剂70-80份，这样用较少的阻燃剂就能达到很好的阻燃效果，其它助剂所用量微乎其微，这样配方中的树脂含量高，在保证其耐热、耐湿热、耐低温、耐化学腐蚀、耐气候、耐臭氧、耐磨、耐直流电压、250℃热延伸和低烟无卤阻燃等性能要求的情况下，能达到良好的阻燃性能。采用本发明制作的低烟无卤阻燃绝缘材料制作的单层电缆绝缘就能达到欧盟光伏电缆标准EN50618标准对大功率光伏电缆的性能要求，且减小了绝缘的体积，综合性能好，使用寿命达到25年；减少了制作工序，节省60%的人工成本，降低了生产成本，不会出现辐照工序的鼓包现象，降低了废品率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1，一种制作光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料，其是由以下原料制成的，按重量比计算：30的VA含量为28%以上的美国杜邦生产的型号为40W的EVA；20的邵氏硬度为95A的高密度聚乙烯HDPE；20的纳米级的碳酸钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；20的聚磷腈阻燃剂；2的马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物；2的264抗氧剂2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol与BHT抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；2的3,3'-碳酰二(4-羟基-6-甲氧基苯磺酸)二钠盐；2的UV 944紫外线吸收剂；0.1的Ir 1024抗铜剂；1的甲基硅油和聚乙烯蜡按照1:3的组合；2的异氰尿酸三烯丙酯。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第一种制作方法包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为60℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区、5区，出料口处为机头6区，各区域温度设置为进料区1区150℃、2区150℃、3区145℃、4区140℃、5区140℃、机头6区130℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区，出料口处为机头模具5区，各区域温度设置为进料区1区120℃、2区125℃、3区140℃、4区140℃、机头模具5区155℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第二种制作方法，其包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入密炼机内，加热温度为100℃，密炼30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；密炼出来的料团温度为160℃，双螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区、5区，出料口处为机头6区，各区域温度设置为1区不加温、2区145℃、3区140℃、4区145℃、5区140℃、机头6区120℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机入料口处为进料区1区，向出料口方向每段加热片为一区，依次为2区、3区、4区，出料口处为机头模具5区，各区域温度设置为进料区1区130℃、2区135℃、3区140℃、4区160℃、机头模具5区160℃，再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
实施例2，一种制备光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料，其是由以下原料制成的，按重量比计算：35的美国杜邦生产的型号为11D542的EVA；15的邵氏硬度为97A的高密度聚乙烯HDPE；25的纳米级氧化钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；15的聚磷腈阻燃剂；5的马来酸酐接枝聚烯烃弹性体；2的2246抗氧剂2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)与BHT抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；1的二苯甲酮-9；1的UV 531紫外线吸收剂；0.2的Ir 1024抗铜剂；2的硬脂酸钙和聚乙烯蜡按照1:3的组合；1.2的1,1,1-三羟甲基丙烯三甲基丙烯酸酯。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第一种制作方法包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为70℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区160℃、2区145℃、3区140℃、4区150℃、5区130℃、机头6区140℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区130℃、2区135℃、3区135℃、4区145℃、机头模具5区150℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第二种制作方法，其包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入密炼机内，加热温度为90℃，密炼30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；密炼出来的料团温度为160℃，双螺杆挤出机各区域温度设置为1区不加温、2区150℃、3区145℃、4区135℃、5区130℃、机头6区130℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区135℃、2区140℃、3区145℃、4区155℃、机头模具5区165℃，再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
实施例3，一种制备光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料，其是由以下原料制成的，按重量比计算：40的美国杜邦生产的型号为880的EVA；10的邵氏硬度为95A的高密度聚乙烯HDPE；30的碳酸钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；10的聚磷腈阻燃剂；3的马来酸酐接枝聚乙烯；1.8的1135抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯与BHT抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；2的2,2'-二羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮-5,5'-二磺酸钠；2的UV 531紫外线吸收剂；0.2的Ir 1024抗铜剂；2的硬脂酸镁和聚乙烯蜡按照1:3的组合；1.8的异氰尿酸三烯丙酯。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第一种制作方法包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为80℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区155℃、2区155℃、3区150℃、4区145℃、5区135℃、机头6区135℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区125℃、2区130℃、3区145℃、4区150℃、机头模具5区165℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第二种制作方法，其包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入密炼机内，加热温度为150℃，密炼30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；密炼出来的料团温度为160℃，双螺杆挤出机各区域温度设置为1区不加温、2区155℃、3区150℃、4区140℃、5区135℃、机头6区125℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区140℃、2区145℃、3区155℃、4区150℃、机头模具5区162℃，再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
实施例4，一种制作光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料，其是由以下原料制成的，按重量比计算：32的日本旭化成生产的型号为RF7830的EVA；12的97A的高密度聚乙烯HDPE；28的碳酸钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；17的聚磷腈阻燃剂；4的马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物；1的2246抗氧剂2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚) 与BHT抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；1.5的3,3'-碳酰二(4-羟基-6-甲氧基苯磺酸)二钠盐；1.8的UV 944紫外线吸收剂；0.3的Ir 1024抗铜剂；1.4的硬脂酸锌和聚乙烯蜡按照1:3的组合；1的异氰尿酸三烯丙酯。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第一种制作方法包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为65℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区152℃、2区153℃、3区143℃、4区148℃、5区138℃、机头6区138℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区123℃、2区128℃、3区142℃、4区143℃、机头模具5区150℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第二种制作方法，其包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入密炼机内，加热温度为120℃，密炼30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；密炼出来的料团温度为160℃，双螺杆挤出机各区域温度设置为1区不加温、2区152℃、3区148℃、4区143℃、5区132℃、机头6区128℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区138℃、2区138℃、3区153℃、4区153℃、机头模具5区163℃，再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
实施例5，一种制作光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料，其是由以下原料制成的，按重量比计算：38的日本尤尼卡生产的型号为 NUC8450 的EVA；18的97A的高密度聚乙烯HDPE；22的碳酸钙与有机硅烷处理的纳米级氢氧化镁和有机硅烷处理的纳米级氢氧化铝按照1：1：1的组合；13的聚磷腈阻燃剂；1的马来酸酐接枝聚乙烯；1.5的264抗氧剂2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol与BHT抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚按照1：1的组合；1.8的二苯甲酮-9；1.5的UV 531紫外线吸收剂；0.15的Ir 1024抗铜剂；1.8的甲基硅油和聚乙烯蜡按照1:3的组合；1.5的异氰尿酸三烯丙酯。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第一种制作方法包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入高速捏合机内，加热温度为75℃，捏合30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；双螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区158℃、2区148℃、3区148℃、4区142℃、5区133℃、机头6区132℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区128℃、2区132℃、3区148℃、4区148℃、机头模具5区162℃；再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
上述所述低烟无卤阻燃绝缘材料第二种制作方法，其包括以下步骤：
按照所述量称取以上的原料，将称取的原料一次性加入密炼机内，加热温度为140℃，密炼30min放料，经双螺杆挤出机塑化挤出；密炼出来的料团温度为160℃，双螺杆挤出机各区域温度设置为1区不加温、2区148℃、3区142℃、4区138℃、5区138℃、机头6区123℃；单螺杆挤出机挤出造粒，单螺杆挤出机各区域温度设置为进料区1区132℃、2区142℃、3区148℃、4区158℃、机头模具5区164℃，再经风送筛网分离冷却，灌袋包装即可。
对本实施例1-5中所制得的光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料制成的单层电缆进行的性能检测如表1：
表1
现有技术使用含量为18%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA与微米级阻燃剂制成的内层绝缘和外层绝缘的性能检测如表2：
表2
现有技术中的光伏电缆材料需要二次挤出，先将内层绝缘挤出冷却后再将外层绝缘挤出为成品电缆，工艺繁琐，在挤外层绝缘时需要在两层绝缘中间涂抹滑石粉，滑石粉均匀度控制不好会在辐照工序受热外层绝缘出现鼓包现象，使成品电缆报废。上述实施例中的所制得的大功率光伏电缆的低烟无卤阻燃绝缘材料只需要一次挤出为成品电缆，减少了工序，节省60%的人工成本，不会出现辐照工序的鼓包现象，降低了废品率。
上述实施例仅是优选的和示例性的，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。