一种抗静电高分子电力电缆材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗静电高分子电力电缆材料及其制备方法，该电缆包括电力导电体以及外绝缘材料，所述电力导电体由铜、锰、硼化锆、镝、铁等材料制成，其外绝缘材料由玻璃纤维，PBO纤维，聚酰亚胺纤维，聚丙烯，季戊四醇四巯基乙酸酯，硅烷偶联剂，硫酸钡，聚乙烯，红磷，石蜡以及纳米碳酸钙等材料制成。本发明的导电体具有良好的导电性能，且抗拉强度高、力学强度良好，且具有良好的可加工性能和较少的电能损耗；同时制备得到的高分子材料具有较高的弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度，且有很强的耐侯性，降低了环境对电缆护套的影响，而且强度高，硬度好，抗冲击性强，稳定性能优异，使用寿命长，值得推广。
【专利说明】
一种抗静电高分子电力电缆材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于电缆生产技术领域，具体涉及一种抗静电高分子电力电缆材料及其制备方法。【背景技术】
[0002]常用的金属导电材料可分为金属元素、合金(铜合金、铝合金等)、复合金属等。金属导电材料具有良好的各项性能，如热导率、接触电位差、温差电动势、机械强度、耐高温特性、耐腐蚀性、耐磨性等。
[0003]近年来，由于电子技术的不断发展，采用铜基材料的合金也需要不同的特性，包括良好的机械加工型、导电性和弯曲性能，对于精密零部件的不断发展，对于铜材料的抗拉强度和弯曲性能的要求也越来越多。
[0004]常用的电线、电缆按用途可分为裸导线、绝缘电线、耐热电线、屏蔽电线、电力电缆、控制电缆、通信电缆、射频电缆等。电力系统采用的电线电缆产品主要有架空裸电线、汇流排(母线)、电力电缆(塑料线缆、油纸力缆(基本被塑料电力电缆代替)、橡套线缆、架空绝缘电缆)、分支电缆(取代部分母线)、电磁线以及电力设备用电气装备电线电缆等。用于电力电缆的绝缘层材料需要具备以下性能:(1)高的击穿强度；(2)低的介质损耗；(3)相当高的绝缘电阻；(4)优良的耐放电性能；(5)具有一定的柔软性和机械强度；(6)绝缘性能长期稳定。高分子材料在电缆材料中有着较广的用途，由于上述性质的要求，用于电缆材料的高分子材料也需要具备较高的机械强度如弯曲强度、拉伸强度等。
[0005]通讯、电力是国家建设的重点，无论哪个地方的发展，通讯、电力建设总是先行，所以通讯、电力事业发展很快。通讯、电力事业的发展，自燃要各个方面的互相配合，其中电缆料就是一个方面，通用的电线电缆被覆料主要是塑料盒橡胶，电线电缆用热塑性塑料只要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟塑料、氯化聚醚和聚酰胺，其中应用广泛的是聚乙烯和聚氯乙烯。在我国聚氯乙烯电缆料发展较早，品种型号较多，用于制造各种耐热等级的电线电缆绝缘和护套。由于聚乙烯密度小、电性能优良，易于成型加工。聚乙烯是热塑性塑料中的一大品种，具有质轻、无毒、耐化学腐蚀性优异等特点，但是聚乙烯的氧指数很低，属于易燃材料，聚乙烯在燃烧时会产生严重的熔融滴落行为，这给阻燃性带来很大的困难，除易燃外， 聚乙烯的体积电阻率和表面电阻率很高，这就使其在加工和使用过程中一旦带上静电就很难消除，以上的两个缺点给聚乙烯的使用带来了很大的安全隐患和降低了使用范围。红磷是塑料、橡胶、树脂和合成纤维等高聚物的高效阻燃剂，红磷本身易燃，严重影响到红磷的阻燃效果。碳酸钙填充改性高密度聚乙烯，较早的研究重点集中于如何实现最大限度的填充，降低成本，虽然提高了材料的刚度，却极大的降低了材料的强度和断裂韧性，并不适用于承载高密度聚乙烯护套材料，本发明采用特殊工艺改性纳米碳酸钙不仅改善了填料在基体中的分散效果并增强了二者的粘结强度，改善了聚乙烯材料的强度和韧性，极大的增强了承载力，力学性能得到极大的改善。
【发明内容】
[0006]发明目的:本发明针对现有技术中的不足，提出一种具有良好的导电性能，且抗拉强度高、力学强度良好，且具有良好的可加工性能和较少的电能损耗;同时制备得到的高分子材料具有较高的弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度，且有很强的耐侯性，降低了环境对电缆护套的影响，而且强度高，硬度好，抗冲击性强，稳定性能优异，使用寿命长，值得推广的电力电缆材料及其制备方法。
[0007]技术方案:本发明所述的一种抗静电高分子电力电缆材料，包括如下质量份的材料:玻璃纤维20-40份，PB0纤维10-15份，聚酰亚胺纤维5-10份，聚丙烯20-50份，季戊四醇四巯基乙酸酯3-10份，硅烷偶联剂3-10份，硫酸钡3-8份，聚乙烯50-80份，红磷10-15份，石蜡3-5份，纳米碳酸钙15-25份，聚乙烯醇1-2份，聚苯乙烯树脂5-8份，硼酸锌1-3份，季戊四醇硬酯酰胺5-10份，膨胀石墨3-5份，凡士林2-4份，甲壳素1-3份，增塑剂2-5份，填料 3-5份，稳定剂1-3份，润滑剂1-2份，无水乙醇适量。
[0008]进一步的，所述增塑剂为偏苯三酸三壬酯。
[0009] 进一步的，所述填料按质量份包括:煅烧高岭土 10-25份，碳酸钙10-30份。
[0010]进一步的，所述稳定剂为|丐锌复合稳定剂。
[0011]进一步的，所述润滑剂为硬脂酸或硬脂酸钙或者聚乙烯蜡。
[0012]本发明还公开了上述一种抗静电、纤维增强高分子电力电缆材料的制备方法，包括:(1)将硅烷偶联剂加到置于水浴锅的烧瓶内，加入适量的无水乙醇并缓慢升温至完全溶解，再加入烘干的纳米碳酸钙搅拌均匀，控制温度在70-90°C范围内，再加入聚乙烯醇、铜粉加热搅拌回流0.5-1.5h，反应结束后进行多次抽滤、醇洗循环多次，再置于烘箱中在 110-150°C下烘干，研磨备用；(2)将红磷和石蜡混合，再升高温度至50-60°C时搅拌均匀，迅速冷却至室温后加到熔融的聚苯乙烯树脂中，再加入硼酸锌和步骤(1)制备的产物混合搅拌均匀自然冷却至室温后备用；(3)将开放式炼塑机升高温度至160-170°C，将聚乙烯、季戊四醇硬酯酰胺加到双辊中间熔融塑炼，待其混合均匀后加入步骤(2)制备的物料，调整双辊间距，辊炼、薄通多次使二者混合均匀，再加入膨胀石墨、凡士林、甲壳素继续混合搅拌均匀；(4)将步骤(3)的混合物与玻璃纤维、PB0纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯、一起混合并加入到搅拌机中搅拌，搅拌时间为15min-30min;(5)再向高速搅拌机中加入季戊四醇四巯基乙酸酯、硅烷偶联剂、硫酸钡3-8份、增塑剂、填料、稳定剂、润滑剂加入上述成分后再进行搅拌，搅拌均匀；(6)将步骤(5)的混合材料用双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机螺杆长径比为10-18:1，双螺杆挤出机挤出温度为:一区温度165-175°C，二区温度为185-195°C，三区温度为200-205°C，四区温度为210-215°C ;双螺杆挤出机的机头温度为155-165°C ;(7)将步骤(6)熔融挤出料再进行切粒，制备为抗静电、纤维增强高分子电缆材料。 [0〇13] 进一步的，所述高速搅拌机转速为200-500r/min。[〇〇14] 进一步的，所述双螺杆挤出机螺杆长径比为12-14:1。
[0015]有益效果:本发明的导电体具有良好的导电性能，且抗拉强度高、力学强度良好， 且具有良好的可加工性能和$父少的电能损耗；同时制备得到的尚分子材料具有$父尚的弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度，且有很强的耐侯性，降低了环境对电缆护套的影响，而且强度高，硬度好，抗冲击性强，稳定性能优异，使用寿命长，值得推广。【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明:实施例1一种抗静电高分子电力电缆材料，该电缆包括电力导电体以及外绝缘材料，包括如下质量份的材料:玻璃纤维20份，PB0纤维10份，聚酰亚胺纤维5份，聚丙烯20份，季戊四醇四巯基乙酸酯3份，硅烷偶联剂3份，硫酸钡3份，聚乙烯50份，红磷10份，石蜡3份，纳米碳酸钙 15份，聚乙烯醇1份，聚苯乙烯树脂5份，硼酸锌1份，季戊四醇硬酯酰胺5份，膨胀石墨3 份，凡士林2份，甲壳素1份，增塑剂2份，填料3份，稳定剂1份，润滑剂1份，无水乙醇适量。 [〇〇17]进一步的，所述增塑剂为偏苯三酸三壬酯。
[0018]进一步的，所述填料按质量份包括:煅烧高岭土 10份，碳酸钙10份。
[0019]进一步的，所述稳定剂为|丐锌复合稳定剂。
[0020]进一步的，所述润滑剂为硬脂酸或硬脂酸钙或者聚乙烯蜡。
[0021]本发明还公开了上述一种抗静电高分子电力电缆材料的制备方法，包括:(1)将硅烷偶联剂加到置于水浴锅的烧瓶内，加入适量的无水乙醇并缓慢升温至完全溶解，再加入烘干的纳米碳酸钙搅拌均匀，控制温度在70°C范围内，再加入聚乙烯醇、铜粉加热搅拌回流〇.5h，反应结束后进行多次抽滤、醇洗循环多次，再置于烘箱中在110°C下烘干，研磨备用；(2)将红磷和石蜡混合，再升高温度至50°C时搅拌均匀，迅速冷却至室温后加到熔融的聚苯乙烯树脂中，再加入硼酸锌和步骤(1)制备的产物混合搅拌均匀自然冷却至室温后备用；(3)将开放式炼塑机升高温度至160°C，将聚乙烯、季戊四醇硬酯酰胺加到双辊中间熔融塑炼，待其混合均匀后加入步骤(2)制备的物料，调整双辊间距，辊炼、薄通多次使二者混合均勾，再加入膨胀石墨、凡士林、甲壳素继续混合搅拌均勾；(4)将步骤(3)的混合物与玻璃纤维、PB0纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯、一起混合并加入到搅拌机中搅拌，搅拌时间为15min;(5)再向高速搅拌机中加入季戊四醇四巯基乙酸酯、硅烷偶联剂、硫酸钡、增塑剂、填料、稳定剂、润滑剂加入上述成分后再进行搅拌，搅拌均匀；(6)将步骤(5)的混合材料用双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机螺杆长径比为10: 1，双螺杆挤出机挤出温度为:一区温度165°C，二区温度为185°C，三区温度为200°C，四区温度为210°C ;双螺杆挤出机的机头温度为155°C ;(7)将步骤(6)熔融挤出料再进行切粒，制备为抗静电、纤维增强高分子电缆材料。
[0022]进一步的，所述高速搅拌机转速为200r/min。[〇〇23] 实施例2一种抗静电高分子电力电缆材料，该电缆包括电力导电体以及外绝缘材料，包括如下质量份的材料:玻璃纤维40份，PBO纤维15份，聚酰亚胺纤维10份，聚丙烯50份，季戊四醇四巯基乙酸酯10份，硅烷偶联剂10份，硫酸钡8份，聚乙烯80份，红磷15份，石蜡5份，纳米碳酸钙25份，聚乙烯醇2份，聚苯乙烯树脂8份，硼酸锌3份，季戊四醇硬酯酰胺10份，膨胀石墨5份，凡士林4份，甲壳素3份，增塑剂5份，填料5份，稳定剂3份，润滑剂2份，无水乙醇适量。[〇〇24]进一步的，所述增塑剂为偏苯三酸三壬酯。[〇〇25]进一步的，所述填料按质量份包括:煅烧高岭土 25份，碳酸钙30份。
[0026]进一步的，所述稳定剂为|丐锌复合稳定剂。
[0027]进一步的，所述润滑剂为硬脂酸或硬脂酸钙或者聚乙烯蜡。
[0028]本发明还公开了上述一种抗静电高分子电力电缆材料的制备方法，包括:(1)将硅烷偶联剂加到置于水浴锅的烧瓶内，加入适量的无水乙醇并缓慢升温至完全溶解，再加入烘干的纳米碳酸钙搅拌均匀，控制温度在90°C范围内，再加入聚乙烯醇、铜粉加热搅拌回流1.5h，反应结束后进行多次抽滤、醇洗循环多次，再置于烘箱中在150°C下烘干，研磨备用；(2)将红磷和石蜡混合，再升高温度至60°C时搅拌均匀，迅速冷却至室温后加到熔融的聚苯乙烯树脂中，再加入硼酸锌和步骤(1)制备的产物混合搅拌均匀自然冷却至室温后备用；(3)将开放式炼塑机升高温度至170°C，将聚乙烯、季戊四醇硬酯酰胺加到双辊中间熔融塑炼，待其混合均匀后加入步骤(2)制备的物料，调整双辊间距，辊炼、薄通多次使二者混合均勾，再加入膨胀石墨、凡士林、甲壳素继续混合搅拌均勾；(4)将步骤(3)的混合物与玻璃纤维、PB0纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯、一起混合并加入到搅拌机中搅拌，搅拌时间为30min;(5)再向高速搅拌机中加入季戊四醇四巯基乙酸酯、硅烷偶联剂、硫酸钡、增塑剂、填料、稳定剂、润滑剂加入上述成分后再进行搅拌，搅拌均匀；(6)将步骤(5)的混合材料用双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机螺杆长径比为18: 1，双螺杆挤出机挤出温度为:一区温度175°C，二区温度为195°C，三区温度为205°C，四区温度为215°C ;双螺杆挤出机的机头温度为165°C ;(7)将步骤(6)熔融挤出料再进行切粒，制备为抗静电、纤维增强高分子电缆材料。 [0〇29] 进一步的，所述高速搅拌机转速为500r/min。
[0030] 实施例3一种抗静电高分子电力电缆材料，该电缆包括电力导电体以及外绝缘材料，包括如下质量份的材料:玻璃纤维30份，PB0纤维12份，聚酰亚胺纤维7份，聚丙烯35份，季戊四醇四巯基乙酸酯6份，硅烷偶联剂6份，硫酸钡5份，聚乙烯65份，红磷12份，石蜡4份，纳米碳酸钙 20份，聚乙烯醇1.5份，聚苯乙烯树脂6份，硼酸锌2份，季戊四醇硬酯酰胺7份，膨胀石墨4 份，凡士林3份，甲壳素2份，增塑剂3份，填料4份，稳定剂2份，润滑剂1.5份，无水乙醇适量。[〇〇31]进一步的，所述增塑剂为偏苯三酸三壬酯。[〇〇32]进一步的，所述填料按质量份包括:煅烧高岭土 15份，碳酸钙20份。
[0033]进一步的，所述稳定剂为|丐锌复合稳定剂。
[0034]进一步的，所述润滑剂为硬脂酸或硬脂酸钙或者聚乙烯蜡。
[0035]本发明还公开了上述一种抗静电高分子电力电缆材料的制备方法，包括:(1)将硅烷偶联剂加到置于水浴锅的烧瓶内，加入适量的无水乙醇并缓慢升温至完全溶解，再加入烘干的纳米碳酸钙搅拌均匀，控制温度在80°C范围内，再加入聚乙烯醇、铜粉加热搅拌回流lh，反应结束后进行多次抽滤、醇洗循环多次，再置于烘箱中在130°C下烘干，研磨备用；(2)将红磷和石蜡混合，再升高温度至55°C时搅拌均匀，迅速冷却至室温后加到熔融的聚苯乙烯树脂中，再加入硼酸锌和步骤(1)制备的产物混合搅拌均匀自然冷却至室温后备用；(3)将开放式炼塑机升高温度至165°C，将聚乙烯、季戊四醇硬酯酰胺加到双辊中间熔融塑炼，待其混合均匀后加入步骤(2)制备的物料，调整双辊间距，辊炼、薄通多次使二者混合均勾，再加入膨胀石墨、凡士林、甲壳素继续混合搅拌均勾；(4)将步骤(3)的混合物与玻璃纤维、PB0纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯、一起混合并加入到搅拌机中搅拌，搅拌时间为20min;(5)再向高速搅拌机中加入季戊四醇四巯基乙酸酯、硅烷偶联剂、硫酸钡、增塑剂、填料、稳定剂、润滑剂加入上述成分后再进行搅拌，搅拌均匀；(6)将步骤(5)的混合材料用双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机螺杆长径比为14: 1，双螺杆挤出机挤出温度为:一区温度170°C，二区温度为190°C，三区温度为202°C，四区温度为212°C ;双螺杆挤出机的机头温度为160°C ;(7)将步骤(6)熔融挤出料再进行切粒，制备为抗静电、纤维增强高分子电缆材料。 [0〇36] 进一步的，所述高速搅拌机转速为350r/min。
[0037]本发明的导电体具有良好的导电性能，且抗拉强度高、力学强度良好，且具有良好的可加工性能和较少的电能损耗；同时制备得到的高分子材料具有较高的弯曲强度、弯曲模量和拉伸强度，且有很强的耐侯性，降低了环境对电缆护套的影响，而且强度高，硬度好， 抗冲击性强，稳定性能优异，使用寿命长，值得推广。
[0038]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种抗静电高分子电力电缆材料，其特征在于:包括如下质量份的材料:玻璃纤维 20-40份，PBO纤维10-15份，聚酰亚胺纤维5-10份，聚丙烯20-50份，季戊四醇四巯基乙酸酯 3-10份，硅烷偶联剂3-10份，硫酸钡3-8份，聚乙烯50-80份，红磷10-15份，石蜡3-5份，纳 米碳酸钙15-25份，聚乙烯醇1-2份，聚苯乙烯树脂5-8份，硼酸锌1-3份，季戊四醇硬酯酰 胺5-10份，膨胀石墨3-5份，凡士林2-4份，甲壳素1-3份，增塑剂2-5份，填料3-5份，稳定 剂1-3份，润滑剂1-2份，无水乙醇适量。2.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子电力电缆材料，其特征在于:所述增塑剂为偏苯三酸三壬酯。3.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子电力电缆材料，其特征在于:所述填料按质 量份包括:煅烧高岭土 10-25份，碳酸钙10-30份。4.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子电力电缆材料，其特征在于:所述稳定剂为 钙锌复合稳定剂。5.根据权利要求1所述的一种抗静电高分子电力电缆材料，其特征在于:所述润滑剂为 硬脂酸或硬脂酸钙或者聚乙烯蜡。6.根据权利要求1 _5任意一项所述的一种抗静电高分子电力电缆材料的制备方法，其 特征在于:包括:(1)将硅烷偶联剂加到置于水浴锅的烧瓶内，加入适量的无水乙醇并缓慢升温至完全 溶解，再加入烘干的纳米碳酸钙搅拌均匀，控制温度在70-90°C范围内，再加入聚乙烯醇、铜 粉加热搅拌回流0.5-1.5h，反应结束后进行多次抽滤、醇洗循环多次，再置于烘箱中在 110-150°C下烘干，研磨备用；(2)将红磷和石蜡混合，再升高温度至50-60°C时搅拌均匀，迅速冷却至室温后加到熔 融的聚苯乙烯树脂中，再加入硼酸锌和步骤(1)制备的产物混合搅拌均匀自然冷却至室温 后备用；(3)将开放式炼塑机升高温度至160-170°C，将聚乙烯、季戊四醇硬酯酰胺加到双辊 中间熔融塑炼，待其混合均匀后加入步骤(2)制备的物料，调整双辊间距，辊炼、薄通多次使 二者混合均匀，再加入膨胀石墨、凡士林、甲壳素继续混合搅拌均匀；(4)将步骤(3)的混合物与玻璃纤维、PBO纤维、聚酰亚胺纤维、聚丙烯、一起混合并加入 到搅拌机中搅拌，搅拌时间为15min-30min;(5)再向高速搅拌机中加入季戊四醇四巯基乙酸酯、硅烷偶联剂、硫酸钡3-8份、增塑 剂、填料、稳定剂、润滑剂加入上述成分后再进行搅拌，搅拌均匀；(6)将步骤(5)的混合材料用双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机螺杆长径比为10-18:1，双螺杆挤出机挤出温度为:一区温度165-175°C，二区温度为185-195°C，三区温度 为200-205°C，四区温度为210-215°C ;双螺杆挤出机的机头温度为155-165°C ;(7)将步骤(6)熔融挤出料再进行切粒，制备为抗静电、纤维增强高分子电缆材料。7.根据权利要求6所述的一种抗静电高分子电力电缆材料的制备方法，其特征在于:所 述高速搅拌机转速为200-500r/min。8.根据权利要求6所述的一种抗静电高分子电力电缆材料的制备方法，其特征在于:所 述双螺杆挤出机螺杆长径比为12-14:1。
【文档编号】C08L79/08GK106009196SQ201610579086
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】姹や寒, 汤亮
【申请人】姹や寒, 汤亮