一种同时提升聚丙烯电缆料断裂伸长率和介电强度的处理方法与流程

1.本发明属于电力电缆用绝缘材料技术领域，具体涉及一种同时提升聚丙烯电缆料断裂伸长率和介电强度的处理方法。


背景技术：

2.目前常见的热塑性电力电缆绝缘材料有聚乙烯、乙丙橡胶、聚丙烯基复合物等。其中，聚乙烯和乙丙橡胶软化温度较低，无法满足高压电缆在长距离、大容量输电过程中长期所处的高温环境要求，因此聚丙烯基复合材料成为了新一代环保型电缆绝缘材料的主要研究方向。
3.常见的聚丙烯基复合材料有聚丙烯/弹性体共混物、聚丙烯/弹性体/纳米填料共混物、聚丙烯/表面接枝改性的纳米粒子共混物、直接合成的抗冲共聚聚丙烯等。其中，聚丙烯/弹性体共混物能实现对聚丙烯高模量的优化，但易引起介电强度的下降。含有纳米粒子的聚丙烯基复合材料可以在机械性能优化的同时为介电强度提供保障，但在实际电缆挤出时，纳米粒子的团聚问题目前尚没有较好的解决方案，特别是在绝缘层较厚的高电压等级电缆上，团聚现象尤为突出，难以进行实际应用。直接合成的抗冲共聚聚丙烯能实现拉伸模量的显著优化，但由于聚集态结构的复杂性，其介电强度受热历史影响较大，目前尚未形成统一的针对直接合成的抗冲共聚聚丙烯电缆料的热加工方法。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种同时提升聚丙烯电缆料断裂伸长率和介电强度的处理方法，能够有效针对性解决常规加工工艺条件下直接合成的抗冲共聚聚丙烯断裂伸长率低和介电强度低的技术问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明公开的一种同时提升聚丙烯电缆料断裂伸长率和介电强度的处理方法，包括以下步骤：
7.1)根据模具体积与聚丙烯电缆料密度，计算称量待处理的聚丙烯电缆料样品粒料，将其平铺于模具上；
8.2)将平铺有聚丙烯电缆料样品粒料的模具进行预热处理；
9.3)对预热处理后的聚丙烯电缆料样品粒料进行压塑处理直至样品成膜；
10.4)对步骤3)处理得到的成膜样品提升压力后继续压塑处理，然后冷却至室温，得到薄膜样品；
11.5)将薄膜样品干燥后冷却至室温，制得断裂伸长率和介电强度同时提升的聚丙烯电缆料。
12.优选地，步骤1)中，聚丙烯电缆料为乙烯-丙烯共聚聚丙烯电缆料，该聚丙烯电缆料的基料包括聚丙烯基相、乙丙嵌段共聚相及乙丙橡胶相三相。
13.优选地，步骤1)中，模具尺寸为100mm
×
100mm
×
1mm。
14.优选地，步骤2)中，预热处理的温度为190～210℃，处理时间为4～6min。
15.进一步优选地，预热处理的温度为200℃，处理时间为5min。
16.优选地，步骤3)中，压塑处理是将样品粒料先在5mpa的压力下处理5min，在此期间进行一次开合压机的排气操作，然后将压力升至10mpa处理5min，在此期间再进行一次开合压机的排气操作。
17.优选地，步骤4)中，将压力提升至15mpa，温度保持在180～220℃，压塑处理20～40min，经循环冷却水冷却至室温。
18.进一步优选地，将压力提升至15mpa，温度保持在200℃，压塑处理30min。
19.优选地，步骤5)中，干燥处理是在70～90℃下，处理10～18h；冷却是自然状态下冷却至室温。
20.进一步优选地，干燥处理是在80℃，处理12h。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.本发明公开的同时提升聚丙烯电缆料断裂伸长率和介电强度的处理方法，是一种热场诱导成型处理方法，相比于传统的交联聚乙烯电缆绝缘材料，本发明的处理对象聚丙烯基电缆料具有熔融温度高，介电性能优异，环保可回收等优点；工艺采用热处理的方法简单易操作，且能够通过不同状态下的热处理可以实现电气、机械性能的协同优化，便于在电缆线路的实际生产中大规模应用；同时，本发明的方法可以填补聚丙烯基电缆后处理阶段工艺参数的空白。经过上述处理后聚丙烯电缆料的断裂伸长率可提升约50％，交流击穿强度可提升约35％，对聚丙烯电缆绝缘加工工艺的优化与改进具有重要价值。
23.进一步地，在压塑成膜环节结束后将平板压塑机的压力提升至15mpa，再次进行压塑处理，是因为抗冲共聚聚丙烯绝缘的内部一般包含聚丙烯基体、乙丙嵌段共聚物、乙丙无规共聚物，其中乙丙无规共聚物的分散均匀性是决定抗冲共聚聚丙烯断裂伸长率与介电强度的重要因素。而抗冲共聚聚丙烯粒料中，部分乙丙嵌段共聚物与乙丙无规共聚物未能完全分离，使得乙丙无规共聚物的分散性均匀性较差。拉伸与电击穿均属于弱点破坏，材料内部乙丙无规共聚物的分散不均会导致断裂伸长率与介电强度的下降。压塑成膜环节结束后提升压力再次压塑处理，可以在促进乙丙无规共聚物从基体分离出来，且压力的提升能一定程度避免分离出来的乙丙无规共聚物间的团聚，使得其以较小尺寸均匀分散在聚丙烯基体中，起到增强断裂伸长率与介电强度的作用。
24.进一步地，将冷却后的薄膜样品放置于真空烘箱中，温度设置为80-90℃，处理12-18h后将试样取出，在自然状态下冷却至室温，压塑之后的循环水冷却速率较快，试样中一般难以形成完善的结晶结构。给予一定温度的热处理有助于晶体结构的进一步完善，同时晶体结构的完善能对分散的乙丙无规共聚物相起到固定作用，避免其在外部应力下团聚而成为结构缺点，进一步提升抗冲共聚聚丙烯的断裂伸长率与介电强度的作用。
附图说明
25.图1为本发明实施实例与对照例的断裂伸长率对比；
26.图2为本发明实施实例与对照例的交流击穿强度对比。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
28.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
30.本发明实施例与对照例中使用的聚丙烯电缆料均为燕山石化k8303抗冲共聚聚丙烯。
31.实施例：
32.试样制备具体步骤如下：
33.(1)采用模具尺寸为100mm
×
100mm
×
1mm，根据模具体积与样品密度，计算称量所需样品粒料后，将样品平铺于模具上，尽量保证其均匀分布。将模具放置在平板压塑机上进行预热，预热温度设置为200℃，预热时间为5min。预热完成后施加5mpa的压力进行压塑，压塑时长为5min，期间进行一次开合压机的排气操作，然后将压力升至10mpa进行压塑，压塑时长为5min，期间再进行一次开合压机的排气操作。
34.(2)在压塑成膜环节结束后，将平板压塑机的压力提升至15mpa，温度保持在200℃，压塑30min后取出，再经循环水冷却至室温。
35.(3)将冷却后的薄膜样品放置于真空烘箱中，温度设置为80℃，处理12h后将试样取出，在自然状态下冷却至室温。
36.对照例1
37.(1)采用模具尺寸为100mm
×
100mm
×
1mm，根据模具体积与样品密度，计算称量所需样品粒料后，将样品平铺于模具上，尽量保证其均匀分布。将模具放置在平板压塑机上进行预热，预热温度设置为200℃，预热时间为5min。预热完成后施加5mpa的压力进行压塑，压塑时长为5min，期间进行一次开合压机的排气操作，然后将压力升至10mpa进行压塑，压塑时长为5min，期间再进行一次开合压机的排气操作，后经循环水冷却至室温。
38.对照例2
39.(1)采用模具尺寸为100mm
×
100mm
×
1mm，根据模具体积与样品密度，计算称量所需样品粒料后，将样品平铺于模具上，尽量保证其均匀分布。将模具放置在平板压塑机上进行预热，预热温度设置为200℃，预热时间为5min。预热完成后施加5mpa的压力进行压塑，压塑时长为5min，期间进行一次开合压机的排气操作，然后将压力升至10mpa进行压塑，压塑时长为5min，期间再进行一次开合压机的排气操作。
40.(2)在压塑成膜环节结束后，将平板压塑机的压力提升至15mpa，温度保持在200℃，压塑30min后取出，再经循环水冷却至室温。
41.性能测试方法：
42.(1)机械性能测试方法参照astm d638进行，采用冲模机将约1mm厚的薄板试样加工成标准哑铃状样条。颈部区域宽度为4mm，长度为20mm。采用美特斯cmt-4503型电子万能拉伸试验机进行测试，设定拉伸速率为50mm/min。
43.(2)击穿强度测试参照标准iec60243进行。采用hjc-100kv型计算机控制电压击穿实验仪进行工频交流击穿实验，实验使用球-球电极，材质为黄铜，电极直径为20mm，实验环境为室温，整个实验过程在变压器油中进行，升压速率设为2kv/s，试样厚度约为1mm。
44.实验结果如图1和图2所示：
45.图1和图2中可以看出，三种样品的断裂伸长率与击穿强度从小到大依次是：对照例1、对照例2、实施实例。说明了在压塑环节完成后提升压强再进行压塑处理，有利于提升材料的断裂伸长率与击穿强度，这是由于抗冲共聚聚丙烯中的相分离与稳定需要较长时间，进一步的压塑处理为材料中的相分离与稳定提供了条件，使得材料中形成更有利于断裂伸长率与击穿强度的相态结构，进而促进了断裂伸长率与击穿强度的提升。在二次压塑的基础上进行热处理可进一步提升材料的断裂伸长率与击穿强度，这是由于热处理可促进抗冲共聚聚丙烯中的晶体结构完善，提高结晶度，同时增强相态结构的稳定性，从而使得断裂伸长率与击穿强度进一步提升。
46.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。