一种耐高温、抗老化的电力管材及其制造方法

技术领域

本发明涉及管材技术领域，具体是一种耐高温、抗老化的电力管材及其制造方法。

背景技术

电力管材是一种电缆上常用的绝缘保护套管，电力管材一般需要应用在各种恶劣环境，包括海底，雪地以及盐碱环境等，随着现代化建设的快速发展，人口越来越集中，用电量加大，工业发展用电也不断提高，通常情况下，高压电缆线都使用耐高温、抗老化的电力管材保护套管保护后埋入地下；

由于高压电缆在负荷状态下处于发热状态，管材内经常保持较高的温度，导致电力管材的使用寿命缩短，容易发生老化龟裂、腐蚀进而引发安全事故，造成不必要的人身及财产损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温、抗老化的电力管材及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种耐高温、抗老化的电力管材，主要由以下重量份的原料组成：

聚丙烯100-160份、填充剂10-20份、热稳定剂2-5份、云母粉6-10份、纳米二氧化硅5-9份、纳米氢氧化铝1-3份、抗氧化剂6-10份、阻燃剂4-8份、抗老化剂2-7份。

作为本发明进一步的方案：所述耐高温、抗老化的电力管材，主要由以下重量份的原料组成：聚丙烯120-140份、填充剂12-16份、热稳定剂3-4份、云母粉7-9份、纳米二氧化硅6-8份、纳米氢氧化铝2-3份、抗氧化剂7-9份、阻燃剂5-7份、抗老化剂3-5份。

作为本发明进一步的方案：所述耐高温、抗老化的电力管材，主要由以下重量份的原料组成：聚丙烯130份、填充剂14份、热稳定剂4份、云母粉8份、纳米二氧化硅7份、纳米氢氧化铝2份、抗氧化剂8份、阻燃剂6份、抗老化剂4份。

作为本发明再进一步的方案：所述填充剂为轻质碳酸钙和活性碳酸钙，轻质碳酸钙与活性碳酸钙的质量分数比为1：(2-5)。

作为本发明再进一步的方案：所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡和马来酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡与马来酸二丁基锡的质量分数比为1：(1-3)。

作为本发明再进一步的方案：所述抗氧化剂为二苯胺、三亚磷酸和丙酸十八醇酯，二苯胺、三亚磷酸与丙酸十八醇酯的质量分数比为1：1:3。

作为本发明再进一步的方案：所述阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺，三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺的质量分数比为1:2:1:3。

作为本发明再进一步的方案：所述抗老化剂为改性高岭土，所述改性高岭土的制备方法如下：将20-30重量份的高岭土在70-80重量份的水中分散，制得悬浮液；将2-5重量份的阳离子单体、4-7重量份改性剂、0.5-1重量份表面活性剂与0.1-0.15重量份引发剂加入10-15重量份的水中并混合均匀，制得混合液；将制得的悬浮液与制得的混合液混合均匀，100℃反应1-2h，然后将反应后的液体依次经过过滤、干燥和粉碎，得到改性高岭土，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述改性剂为聚丙烯酸丁酯，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述引发剂为过硫酸铵。

一种耐高温、抗老化的电力管材的制造方法，包括如下步骤：

1)按照重量份比例依次称取聚丙烯100-160份、填充剂10-20份、热稳定剂2-5份、云母粉6-10份、纳米二氧化硅5-9份、纳米氢氧化铝1-3份、抗氧化剂6-10份、阻燃剂4-8份、抗老化剂2-7份；

2)将聚丙烯、填充剂、热稳定剂、云母粉、纳米二氧化硅以及纳米氢氧化铝加入密炼机中混炼，混炼温度105-108摄氏度，混炼时间15-20分钟，得到第一混合物料；

3)将抗氧化剂、阻燃剂以及抗老化剂加入高速混合机中混合均匀后，放入烘箱中在80-100摄氏度下烘干2-3小时，得到第二混合物料；

4)将第二物料加入第一物料中并且在110-115摄氏度下，继续混炼16-20分钟，得到第三混合料；

5)将第三混合物料置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，造粒干燥后，即可制得该耐高温、抗老化的电力管材。

作为本发明实施例进一步的方案：在步骤5)中，所述双螺杆挤出机的加料段温度为150-160摄氏度，中段温度为170-180摄氏度，模头温度为150-165摄氏度；螺杆转速为90-100r/min，牵引转速为1100-1200r/min，冷却水温20-35℃，真空度0.015-0.06MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过对高岭土进行改性处理，通过高岭土的分散性剂细化时的稳定性，上述改性剂具有良好的耐候性、尺寸稳定性剂耐燃性等优点，还可提高复合材料的抗冲击性能，与阳离子单体协同作用包裹于高岭土粒子表面，提高了高岭土粒子在复合体系中的相容性，粒子性能稳定，有利于提高高岭土在复合材料中的耐热性能，制得的电缆保护管材料综合性能良好；

2)本发明在聚丙烯管材中添加了抗氧剂和热稳定剂，可以改善聚丙烯材料的加工性能，提高了其耐热性和抗老化性，能够有效延长管材使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

1)按照重量份比例依次称取聚丙烯100份、填充剂10份、热稳定剂2份、云母粉6份、纳米二氧化硅5份、纳米氢氧化铝1份、抗氧化剂6份、阻燃剂4份、抗老化剂2份，所述填充剂为轻质碳酸钙和活性碳酸钙，轻质碳酸钙与活性碳酸钙的质量分数比为1：2，所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡和马来酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡与马来酸二丁基锡的质量分数比为1：1，所述抗氧化剂为二苯胺、三亚磷酸和丙酸十八醇酯，二苯胺、三亚磷酸与丙酸十八醇酯的质量分数比为1：1:3，所述阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺，三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺的质量分数比为1:2:1:3，所述抗老化剂为改性高岭土，所述改性高岭土的制备方法如下：将20重量份的高岭土在70重量份的水中分散，制得悬浮液；将2重量份的阳离子单体、4重量份改性剂、0.5重量份表面活性剂与0.1重量份引发剂加入10重量份的水中并混合均匀，制得混合液；将制得的悬浮液与制得的混合液混合均匀，100℃反应1h，然后将反应后的液体依次经过过滤、干燥和粉碎，得到改性高岭土，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述改性剂为聚丙烯酸丁酯，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述引发剂为过硫酸铵；

2)将聚丙烯、填充剂、热稳定剂、云母粉、纳米二氧化硅以及纳米氢氧化铝加入密炼机中混炼，混炼温度105摄氏度，混炼时间15分钟，得到第一混合物料；

3)将抗氧化剂、阻燃剂以及抗老化剂加入高速混合机中混合均匀后，放入烘箱中在80摄氏度下烘干2小时，得到第二混合物料；

4)将第二物料加入第一物料中并且在110摄氏度下，继续混炼16分钟，得到第三混合料；

5)将第三混合物料置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，造粒干燥后，即可制得该耐高温、抗老化的电力管材，所述双螺杆挤出机的加料段温度为150摄氏度，中段温度为170摄氏度，模头温度为150摄氏度；螺杆转速为90r/min，牵引转速为1100r/min，冷却水温20℃，真空度0.015MPa。

实施例2

1)按照重量份比例依次称取聚丙烯120份、填充剂12份、热稳定剂3份、云母粉7份、纳米二氧化硅6份、纳米氢氧化铝2份、抗氧化剂7份、阻燃剂5份、抗老化剂3份，所述填充剂为轻质碳酸钙和活性碳酸钙，轻质碳酸钙与活性碳酸钙的质量分数比为1：3，所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡和马来酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡与马来酸二丁基锡的质量分数比为1：2，所述抗氧化剂为二苯胺、三亚磷酸和丙酸十八醇酯，二苯胺、三亚磷酸与丙酸十八醇酯的质量分数比为1：1:3，所述阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺，三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺的质量分数比为1:2:1:3，所述抗老化剂为改性高岭土，所述改性高岭土的制备方法如下：将25重量份的高岭土在75重量份的水中分散，制得悬浮液；将3重量份的阳离子单体、5重量份改性剂、0.7重量份表面活性剂与0.12重量份引发剂加入12重量份的水中并混合均匀，制得混合液；将制得的悬浮液与制得的混合液混合均匀，100℃反应1.5h，然后将反应后的液体依次经过过滤、干燥和粉碎，得到改性高岭土，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述改性剂为聚丙烯酸丁酯，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述引发剂为过硫酸铵；

2)将聚丙烯、填充剂、热稳定剂、云母粉、纳米二氧化硅以及纳米氢氧化铝加入密炼机中混炼，混炼温度106摄氏度，混炼时间17分钟，得到第一混合物料；

3)将抗氧化剂、阻燃剂以及抗老化剂加入高速混合机中混合均匀后，放入烘箱中在90摄氏度下烘干2.5小时，得到第二混合物料；

4)将第二物料加入第一物料中并且在112摄氏度下，继续混炼18分钟，得到第三混合料；

5)将第三混合物料置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，造粒干燥后，即可制得该耐高温、抗老化的电力管材，所述双螺杆挤出机的加料段温度为155摄氏度，中段温度为175摄氏度，模头温度为160摄氏度；螺杆转速为95r/min，牵引转速为1150r/min，冷却水温30℃，真空度0.03MPa。

实施例3

1)按照重量份比例依次称取聚丙烯140份、填充剂16份、热稳定剂4份、云母粉9份、纳米二氧化硅8份、纳米氢氧化铝3份、抗氧化剂9份、阻燃剂7份、抗老化剂5份，所述填充剂为轻质碳酸钙和活性碳酸钙，轻质碳酸钙与活性碳酸钙的质量分数比为1：4，所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡和马来酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡与马来酸二丁基锡的质量分数比为1：3，所述抗氧化剂为二苯胺、三亚磷酸和丙酸十八醇酯，二苯胺、三亚磷酸与丙酸十八醇酯的质量分数比为1：1:3，所述阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺，三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺的质量分数比为1:2:1:3，所述抗老化剂为改性高岭土，所述改性高岭土的制备方法如下：将28重量份的高岭土在75重量份的水中分散，制得悬浮液；将4重量份的阳离子单体、6重量份改性剂、0.8重量份表面活性剂与0.13重量份引发剂加入13重量份的水中并混合均匀，制得混合液；将制得的悬浮液与制得的混合液混合均匀，100℃反应1.8h，然后将反应后的液体依次经过过滤、干燥和粉碎，得到改性高岭土，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述改性剂为聚丙烯酸丁酯，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述引发剂为过硫酸铵；

2)将聚丙烯、填充剂、热稳定剂、云母粉、纳米二氧化硅以及纳米氢氧化铝加入密炼机中混炼，混炼温度107摄氏度，混炼时间18分钟，得到第一混合物料；

3)将抗氧化剂、阻燃剂以及抗老化剂加入高速混合机中混合均匀后，放入烘箱中在95摄氏度下烘干2.5小时，得到第二混合物料；

4)将第二物料加入第一物料中并且在113摄氏度下，继续混炼19分钟，得到第三混合料；

5)将第三混合物料置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，造粒干燥后，即可制得该耐高温、抗老化的电力管材，所述双螺杆挤出机的加料段温度为160摄氏度，中段温度为175摄氏度，模头温度为150摄氏度；螺杆转速为95r/min，牵引转速为1100r/min，冷却水温32℃，真空度0.05MPa。

实施例4

1)按照重量份比例依次称取聚丙烯160份、填充剂20份、热稳定剂5份、云母粉10份、纳米二氧化硅9份、纳米氢氧化铝3份、抗氧化剂10份、阻燃剂8份、抗老化剂7份，所述填充剂为轻质碳酸钙和活性碳酸钙，轻质碳酸钙与活性碳酸钙的质量分数比为1：5，所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡和马来酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡与马来酸二丁基锡的质量分数比为1：3，所述抗氧化剂为二苯胺、三亚磷酸和丙酸十八醇酯，二苯胺、三亚磷酸与丙酸十八醇酯的质量分数比为1：1:3，所述阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺，三聚氰胺多聚磷酸盐、硼酸锌、八溴醚以及氰尿酸三聚氰胺的质量分数比为1:2:1:3，所述抗老化剂为改性高岭土，所述改性高岭土的制备方法如下：将30重量份的高岭土在80重量份的水中分散，制得悬浮液；将5重量份的阳离子单体、7重量份改性剂、1重量份表面活性剂与0.15重量份引发剂加入15重量份的水中并混合均匀，制得混合液；将制得的悬浮液与制得的混合液混合均匀，100℃反应2h，然后将反应后的液体依次经过过滤、干燥和粉碎，得到改性高岭土，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述改性剂为聚丙烯酸丁酯，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述引发剂为过硫酸铵；

2)将聚丙烯、填充剂、热稳定剂、云母粉、纳米二氧化硅以及纳米氢氧化铝加入密炼机中混炼，混炼温度108摄氏度，混炼时间20分钟，得到第一混合物料；

3)将抗氧化剂、阻燃剂以及抗老化剂加入高速混合机中混合均匀后，放入烘箱中在100摄氏度下烘干3小时，得到第二混合物料；

4)将第二物料加入第一物料中并且在115摄氏度下，继续混炼20分钟，得到第三混合料；

5)将第三混合物料置入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，造粒干燥后，即可制得该耐高温、抗老化的电力管材，所述双螺杆挤出机的加料段温度为170摄氏度，中段温度为180摄氏度，模头温度为165摄氏度；螺杆转速为100r/min，牵引转速为1200r/min，冷却水温35℃，真空度0.06MPa。

对比例1

对比例1与实施例3相比，对比例1中不添加抗老化剂，其余均与实施例3相同。

对比例2

对比例2与实施例3相比，对比例2中不添加抗氧剂和热稳定剂，其余均与实施例3相同。

对比例3

对比例3与实施例3相比，对比例3中不添加抗老化剂、抗氧剂和热稳定剂，其余均与实施例3相同。

性能测试：

对实施例1-4所制得的的电力管材和对比例1-3所制得的电力管材分别进行抗冲击性能、阻燃性能、拉伸强度、热变形温度等性能测试，测试结果如表1所示：

表1：实施例1-4和对比例1-3制得的电力管材性能测试结果汇总表

将采用实施例1-4制得的电缆保护管材料和对比例1-3的材料进行热老化性能试验和其中，热老化性能试验方法根据GB/T2951.12-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》进行测试，并将测试结果记录于表2：

表2：实施例1-4和对比例1-3制得的电缆保护管材料经热老化试验后的拉伸强度测试结果汇总表

综上所示、本发明提高高岭土在复合材料中的耐热性能，制得的电缆保护管材料综合性能良好；本发明在聚丙烯管材中添加了抗氧剂和热稳定剂，可以改善聚丙烯材料的加工性能，提高了其耐热性和抗老化性，能够有效延长管材使用寿命。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。