一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘及制备方法

摘要

本发明公开了一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘及制备方法，按重量份数计，将100份聚乙烯树脂、5～15份间规聚丙烯、0.2～2份流变母粒、1～3份光引发剂、1～3份助交联剂和0.1～0.5份抗氧剂混合均匀，直接经电缆绝缘挤塑机挤出，然后在电缆导体表面熔融包覆成电缆绝缘，熔融态的电缆绝缘经紫外光辐照交联。本发明首创性采用了间规聚丙烯，将聚乙烯树脂与间规聚丙烯进行巧妙组合，解决成品热老化强度变化率不合格问题，电缆绝缘材料拉伸强度大于20MPa，断裂伸长率高于600％；经135℃×168h热老化实验，拉伸强度和断裂伸长率变化率小于±15％；200℃绝缘负载下热延伸80％以内，综合绝缘性能优良。

说明书

技术领域

本发明属于聚乙烯电缆绝缘材料制备技术领域，具体涉及一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘及制备方法。

背景技术

近年来，中国科技大学瞿保均教授团队对紫外光交联法进行了改进优化，紫外光交联工艺获得了长足发展。紫外光交联聚乙烯相较于目前常用的硅烷交联聚乙烯，由于紫外光交联工艺是边挤塑边交联，无需硅烷交联所需的温水交联以及相关的复绕等工序，节约了大量能耗的同时也提高了生产电缆的效率，一经推出就获得了广大电缆制造企业的关注和尝试。

目前已公开的专利、文献等资料显示市面上一般都是电缆材料企业将各自的紫外光交联聚乙烯料生产好，然后电缆制造企业拿造好的紫外光交联聚乙烯料进行挤塑加工。此方法中，紫外光交联聚乙烯料的生产和使用是独立分开的。由于紫外光交联料配方体系中会使用大量的低分子量的光引发剂和助交联剂，由于这些助剂的分子量小，闪点低，紫外光交联材料单独生产过程中势必会让低分子量的光引发剂和助交联剂受热从体系中外逸到空气中，造成环境污染，为达到好的交联效果势必需要额外增加这些助剂的使用，来填补外逸部分的缺失，从而造成成本的增加。

另外一方面，经过我们长期的使用验证发现，当前市面上很多电缆料企业提供的紫外光交联聚乙烯绝缘料在使用后往往会出现绝缘层老化后抗张强度变化率不合格的问题，在高速挤出放线的时候越明显。我们分析造成这个现象的原因是，紫外光交联料熔融包覆到导体表面后快速经紫外光辐照交联，这个过程中材料内部积累了大量热应力，但是没有获得充分释放，导致绝缘层老化前抗张强度不稳定，进而导致老化后抗张强度变化率时有不合格。而目前常用的硅烷交联工艺由于挤塑后有数个小时的高温蒸煮温水工艺，材料内部积累的热应力能获得很好的释放，从而不会出现类似现象。

基于以上背景，开发能满足电缆企业高速挤塑工艺绝缘材料性能的紫外光交联聚乙烯绝缘配方及与之相适应的生产使用工艺是本发明的研究重点。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘及制备方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘，按重量份数计，包括以下组份：

进一步的，所述流变母粒为一种有机氟加工助剂材料。

进一步的，所述光引发剂选自安息香双甲醚、酰基磷氧化物类光引发剂、二苯甲酮类光引发剂、联苯甲酰、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(英文缩写为TPO)中的一种或多种的复配物。

进一步的，所述助交联剂选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(英文缩写为TMPTMA)、三烯丙基异氰脲酸酯(英文缩写为TAIC)、三聚氰酸三烯丙酯(英文缩写为TAC)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(英文缩写为TMPTA)中的至少一种。

进一步的，所述抗氧剂选自抗氧剂型号1010、300、DLTP中的至少一种。

进一步的，所述聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯的一种或多种的组合，组合的聚乙烯树脂的综合熔融指数为1.5～4g/10min。

进一步的，所述间规聚丙烯的间规度0.8～0.9，熔点125～140℃。

本发明公开了一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘的制备方法，包括以下步骤：

按重量份数计，将100份聚乙烯树脂、5～15份间规聚丙烯、0.2～2份流变母粒、1～3份光引发剂、1～3份助交联剂和0.1～0.5份抗氧剂投放到高混锅中混合均匀后，下到电缆绝缘挤塑机喂料斗，直接经电缆绝缘挤塑机挤出，然后在电缆导体表面熔融包覆成电缆绝缘，熔融态的电缆绝缘经UV-LED紫外光辐照设备辐照后获得交联；所得一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘的材料拉伸强度大于20MPa，断裂伸长率高于600％；经135℃×168h热老化实验，拉伸强度和断裂伸长率变化率小于±15％；200℃绝缘负载下热延伸80％以内。

进一步的，所述电缆绝缘挤塑机的各区温度控制在120～230℃。

进一步的，所述电缆绝缘挤塑机的各区温度为：机身1区150℃、机身2区160℃、机身3区170℃、机身4区180℃、机身5区190℃；法兰200℃；机头1区210℃、机头2区220℃、机头3区230℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明在电缆绝缘挤塑机采用一步法进行紫外光交联，配方各组分混合后进行挤塑交联一体化，避免了现有技术中紫外光交联料单独生产过程中的助剂受热挥发、环境污染、成本增加等问题；配方设计中，首创性采用了间规聚丙烯，将聚乙烯树脂与间规聚丙烯进行巧妙组合，充分发挥了间规聚丙烯的高柔性和高韧性的特点，间规聚丙烯与聚乙烯树脂间的复配降低绝缘挤出包覆过程中的热应力的积聚，从而解决成品热老化强度变化率不合格问题，高速放线下熔融态的电缆绝缘经UV-LED紫外光辐照设备辐照交联，所得电缆绝缘材料拉伸强度大于20MPa，断裂伸长率高于600％；经135℃×168h热老化实验，拉伸强度和断裂伸长率变化率小于±15％；200℃绝缘负载下热延伸80％以内，综合绝缘性能优良，适合工业化推广使用。

具体实施方式

下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

实施例1

一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘的制备方法，包括以下步骤：

按重量份数计，向高混锅中投入低密度聚乙烯LDPE 2420H 50份、线性低密度聚乙烯LLDPE 7042 50份、间规聚丙烯10份(间规度：0.85，熔点130℃)、流变母粒1份、二苯甲酮2份、三聚氰酸三烯丙酯TAC 1.5份和抗氧剂1010 0.2份，低速混合5min，混合均匀后下到电缆绝缘挤塑机喂料斗，随后直接通过电缆绝缘挤塑机熔融挤出并包覆在70mm

实施例2

一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘的制备方法，包括以下步骤：

按重量份数计，向高混锅中投入LDPE 2420H 80份、LLDPE 8320 20份、间规聚丙烯8份(间规度：0.8，熔点125℃)、流变母粒1份、光引发剂651 1.4份、TAIC 2.5份和抗氧剂1010 0.3份，低速混合5min均匀后下到电缆绝缘挤塑机喂料斗，直接通过电缆绝缘挤塑机熔融挤出并包覆在70mm

余同实施例1。

实施例3

一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘的制备方法，包括以下步骤：

按重量份数计，向高混锅中投入LLDPE 7042 80份、MDPE 2520 10份、间规聚丙烯15份(间规度：0.85，熔点130℃)、流变母粒0.8份、二甲基二苯甲酮1.5份、TMPTMA 2份、抗氧剂1010 0.1份和抗氧剂DLTP 0.1份，低速混合5min均匀后下到电缆绝缘挤塑机喂料斗，直接通过电缆绝缘挤塑机熔融挤出并包覆在70mm

余同实施例1。

实施例4

一种一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘的制备方法，包括以下步骤：

按重量份数计，向高混锅中投入LLDPE 35B 100份、间规聚丙烯12份(间规度：0.9，熔点140℃)、流变母粒0.8份、TPO 1份、TAIC 2份和抗氧剂300 0.2份，低速混合5min均匀后下到电缆绝缘挤塑机喂料斗，随后直接通过电缆绝缘挤塑机熔融挤出并包覆在70mm

余同实施例1。

对比例1

某材料厂家采用现有技术生产的紫外光交联聚乙烯绝缘料，经电缆绝缘挤塑机熔融挤出包覆在70mm

对实施例1-4所得一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘与对比例1所得紫外光交联聚乙烯绝缘参考国家对应的性能测试标准进行试验，性能测试结果如表1所示。

表1

从上表1中可以看出，本发明提供的一步法紫外光交联聚乙烯电缆绝缘，各项性能与现有技术生产的绝缘料相比均能满足标准要求，能很好符合电缆厂家使用要求，解决成品热老化强度变化率不合格问题，综合性能优良。

本发明未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。