一種低煙無(wú)鹵中高壓直流電纜用聚烯烴電纜料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種低煙無(wú)鹵中高壓直流電纜用聚烯烴電纜料及制備方法，特別是一 種交聯(lián)聚乙烯（XLPE)基低煙無(wú)鹵中高壓直流電纜用聚烯烴電纜料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了降低溫室效應(yīng)對(duì)氣候的影響，全世界正在大規(guī)模發(fā)展綠色能源，開發(fā)太陽(yáng)能、 風(fēng)能和潮汐發(fā)電等。直流輸電可以把風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等具有不穩(wěn)定的電源 與電力系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)而不會(huì)影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平。
[0003] 眾所周知，高壓直流輸電線路成本低、損耗小、沒(méi)有無(wú)功功率、連接方便、容易控制 和調(diào)節(jié)，在長(zhǎng)距離輸電中已被廣泛采用。另外，直流電力電纜絕緣的工作電場(chǎng)強(qiáng)度高、絕緣 厚度薄、電纜外徑小、重量輕、制造安裝容易、載流量大、沒(méi)有交流磁場(chǎng)、有環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)。 因此直流高壓輸電電纜作為直流輸電系統(tǒng)中不可或缺的一部分，是高壓輸電中的重要課 題。
[0004] 交聯(lián)聚乙烯（XDPE)具備如下特性：1)耐熱性能：網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的XLPE具有十分 優(yōu)異的耐熱性能。在300°C以下不會(huì)分解及碳化，長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)90°C，熱壽命可達(dá)40 年； 2)絕緣性能：XLPE保持了PE原有的良好絕緣特性，且絕緣電阻進(jìn)一步增大。其介質(zhì) 損耗角正切值很小，且受溫度影響不大；3)機(jī)械特性：由于在大分子間建立了新的化學(xué)鍵， XLPE的硬度、剛度、耐磨性和抗沖擊性均有提高，從而彌補(bǔ)了PE易受環(huán)境應(yīng)力而龜裂的缺 點(diǎn)。4)耐化學(xué)特性：XLPE具有較強(qiáng)的耐酸堿和耐油性，其燃燒產(chǎn)物主要為水和二氧化碳，對(duì) 環(huán)境的危害較小，滿足現(xiàn)代消防安全的要求。因此，交聯(lián)聚乙烯（XLPE)是一款優(yōu)異的電纜 料基體樹脂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種低煙無(wú)鹵中高壓直流電纜用聚烯烴電纜料及制備方 法，以滿足日益增長(zhǎng)的低煙無(wú)鹵直流電纜用電纜料的需求。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：將低密度聚乙烯(市購(gòu))、改性復(fù)合基礎(chǔ)阻 燃劑、改性復(fù)合協(xié)效阻燃劑、復(fù)合潤(rùn)滑劑、增容劑(馬來(lái)酸酐接枝線性低密度聚乙烯)、偶 聯(lián)劑(硅烷偶聯(lián)劑)、分散劑(三乙基已基磷酸)、復(fù)合交聯(lián)劑、抗氧劑、混合后，在較高壓力 (10~20MPa)下，利用三螺桿擠出機(jī)熔融共混擠出交聯(lián)得到的產(chǎn)品，所述熔融共混的各組分 的質(zhì)量份數(shù)為：由低密度聚乙烯60~80份(優(yōu)選70份)、改性復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑(氫氧化鎂：氫 氧化鋁：氫氧化鈣=2:2:1 )10~20份(優(yōu)選15份)、改性復(fù)合協(xié)效阻燃劑(有機(jī)硅：硼酸鋅：氮 磷膨脹型阻燃劑=1:1:1 )5~10份(優(yōu)選8份)、復(fù)合潤(rùn)滑劑(聚乙烯蠟：硬脂酸：石蠟=1:1:1) 3~7份(優(yōu)選4份)、增容劑(馬來(lái)酸酐接枝線性低密度聚乙烯)2~5份(優(yōu)選3份)、偶聯(lián)劑(娃 烷偶聯(lián)劑)1~3份(優(yōu)選2份)、分散劑(三乙基已基磷酸)0. 5~1. 5份(優(yōu)選1份)、復(fù)合交聯(lián)劑 (過(guò)氧化二異丙苯（DCP):聚三烯丙基異三聚氰酸酯（TAIC) =3:1) 0. 5~1. 5份(優(yōu)選1份)、抗 氧劑（DLTP市場(chǎng)購(gòu)買）0. 1~0. 3份(優(yōu)選0. 2份)。
[0007] 所述的改性復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑為氫氧化鎂：氫氧化鋁：氫氧化鈣=2:2:1的比例復(fù)合 改性得到，其中氫氧化鎂粒徑為]~3um(優(yōu)選lum)，氫氧化錯(cuò)粒徑為]~3um(優(yōu)選lum)，氫 氧化媽粒徑為l~3um(優(yōu)選lum)〇
[0008] 所述的改性復(fù)合協(xié)效阻燃劑為有機(jī)硅：硼酸鋅：氮磷膨脹型阻燃劑=1:1:1復(fù)合改 性得到，其中有機(jī)硅為甲基苯基硅烷，表觀粘度為500~1500cs優(yōu)選（lOOOcs);硼酸鋅粒徑 為0· 5~lum(優(yōu)選0· 5um);氮磷膨脹型阻燃劑粒徑為]~5um(優(yōu)選5um)〇
[0009] 上述改性復(fù)合阻燃劑的制備包括工藝步驟： (1) 稱量：基礎(chǔ)阻燃劑以氫氧化鎂：氫氧化鋁：氫氧化|丐=2:2:1的比例稱量10~20份， 協(xié)效阻燃劑(有機(jī)硅：硼酸鋅：氮磷膨脹型阻燃劑=1:1:1) 5~10份，分別在高速混合機(jī)中 1800~2400r/min(優(yōu)選1800r/min)共混10~20min(優(yōu)選lOmin)，將混合均勾的復(fù)合阻燃 劑分別放入到110~130°C(優(yōu)選120°C)的恒溫烘箱中干燥24~48h(優(yōu)選36h); (2) 復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑改性：將干燥的復(fù)合阻燃劑10~20份、硅烷偶聯(lián)劑1~3份、分散劑 (三乙基已基磷酸）0. 5~1. 5份、無(wú)水乙醇5~10份(優(yōu)選6份）放入到特制的反應(yīng)釜內(nèi)，超聲 處理3~5h(優(yōu)選4h)，待乙醇揮發(fā)完全，取出改性復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑放入到100~120°C(優(yōu)選 110°C)的恒溫烘箱中干燥24~48h(優(yōu)選36h)，備用； (3) 復(fù)合協(xié)效阻燃劑改性：將干燥的復(fù)合協(xié)效阻燃劑5~10份(優(yōu)選8份)、硅烷偶聯(lián)劑 1~3份、無(wú)水乙醇5~10份(優(yōu)選6份)放入到特制的反應(yīng)爸內(nèi)，超聲處理3~5h(優(yōu)選4h)，待 乙醇揮發(fā)完全，取出改性復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑放入到100~120°C(優(yōu)選110°C)的恒溫烘箱中干 燥24~48h(優(yōu)選36h)，備用； 所述的硅烷偶聯(lián)劑為γ-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH570)(市購(gòu))。
[0010] 所述的分散劑為三乙基已基磷酸(市購(gòu))。
[0011] 所述的無(wú)水乙醇為分析純(市購(gòu))。
[0012] 所述的復(fù)合潤(rùn)滑劑為聚乙烯蠟：硬脂酸：石蠟=1:1:1比例復(fù)合得到。
[0013] 所述的復(fù)合交聯(lián)劑為過(guò)氧化二異丙苯（DCP):聚三烯丙基異三聚氰酸酯（TAIC) =1:1比例復(fù)合得到。
[0014] 所述的增容劑為馬來(lái)酸酐接枝線性低密度聚乙烯（LLDPE)(市購(gòu))。
[0015] 所述的抗氧劑為DLTP(市購(gòu))。
[0016] 上述低煙無(wú)鹵中低壓電纜用聚烯烴電纜料的制備方法，包括以下幾個(gè)工藝步驟： (1) 備料：將低密度聚乙烯（市購(gòu)）60~80份、改性復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑(氫氧化鎂：氫氧化 鋁：三氧化二銻=2:2:1) 10~20份、改性復(fù)合協(xié)效阻燃劑(有機(jī)硅：硼酸鋅：氮磷膨脹型阻燃 劑=1:1:1) 5~10份、復(fù)合潤(rùn)滑劑（聚乙烯蠟：硬脂酸：石蠟=1:1:1) 3~7份、增容劑(馬來(lái)酸 酐接枝線性低密度聚乙烯）2~5份、復(fù)合交聯(lián)劑(過(guò)氧化二異丙苯（DCP):聚三烯丙基異三聚 氰酸酯（TAIC) =3:1) 0. 5~1. 5份、抗氧劑（DLTP市場(chǎng)購(gòu)買）0. 1~0. 3份。放入到高速混合機(jī) 中 1800~2400r/min(優(yōu)選 1800r/min)共混 10~20min(優(yōu)選lOmin)，使混合均勾； (2) 將（1)中得到均勻料加入到三螺桿擠出機(jī)內(nèi)，控制機(jī)頭溫度190~210°C，機(jī)頭壓力 10~20MPa，螺桿轉(zhuǎn)速80~100r/min，熔融共混擠出得力學(xué)性能突出、阻燃等級(jí)高、電學(xué)性能優(yōu) 異的低煙無(wú)鹵中高壓直流電纜用聚烯烴電纜料。
[0017] 隨著直流輸電在特高壓及新能源電力傳輸中的廣泛應(yīng)用，直流輸電設(shè)備需求日益 擴(kuò)大。按照國(guó)家規(guī)劃，在未來(lái)20、30年內(nèi)，我國(guó)將大規(guī)模建設(shè)高壓直流輸電線和建立柔性直 流輸電示范工程，這將成為世界上最大的高壓直流輸電技術(shù)市場(chǎng)。本發(fā)明充分利用了交聯(lián) 聚乙烯（XDPE)所具備優(yōu)異的耐熱性能、絕緣性能、機(jī)械特性、耐化學(xué)特性等特性，再配以合 適的阻燃劑改性工藝得到一種力學(xué)性能突出、阻燃等級(jí)高、電學(xué)性能優(yōu)異的低煙無(wú)鹵中高 壓直流電纜用聚烯烴電纜料。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 實(shí)施例1 : (1) 稱量：基礎(chǔ)阻燃劑(氫氧化鎂：氫氧化鋁：氫氧化鈣=2:2:1)稱量20份，協(xié)效阻燃劑 (有機(jī)硅：硼酸鋅：氮磷膨脹型阻燃劑=1:1:1)稱量10份，分別在高速混合機(jī)中1800r/min 共混lOmin，將混合均勻的復(fù)合阻燃劑放入到120°C的恒溫烘箱中干燥36h; (2) 復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑改性：將干燥的復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑20份、硅烷偶聯(lián)劑2份、三乙基已 基磷酸0.5份、無(wú)水乙醇6份放入到特制的反應(yīng)釜內(nèi)，超聲處理4h，待乙醇揮發(fā)完全，取出改 性復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑放入到ll〇°C的恒溫烘箱中干燥36h，備用； (3) 復(fù)合協(xié)效阻燃劑改性：將干燥的復(fù)合協(xié)效阻燃劑10份、硅烷偶聯(lián)劑1份、無(wú)水乙醇 6份放入到特制的反應(yīng)釜內(nèi)，超聲處理4h，待乙醇揮發(fā)完全，取出改性復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑放入 到ll〇°C的恒溫烘箱中干燥36h，備用； (4) 備料：將低密度聚乙烯60份、改性復(fù)合基礎(chǔ)阻燃劑(氫氧化鎂：氫氧化鋁：氫氧化鈣 =2:2:1) 20份、改性復(fù)合協(xié)效阻燃劑(有機(jī)硅：硼酸