一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料及其制备方法

技术领域

本发明属于聚乙烯绝缘料制备技术领域，具体涉及一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料及其制备方法。

背景技术

普通硅烷交联聚乙烯绝缘料是以线性低密度树脂为基料，添加偶联剂、催化剂(提高交联速率)、润滑剂(改善产品加工性能，使物料更容易脱模流动)等，通过适当的比例经过螺杆挤出接枝后与小包催化剂分开包装，在使用时混合在一起的产品。

目前硅烷交联聚乙烯绝缘料在低压电缆绝缘领域占比仍处于优势地位。

有机硅交联聚乙烯的分子结构与通常有机过氧化物交联法形成的分子间碳-碳交联键的结构不同。其主链可以与2个或2个以上的等价键起反应，形成网状交联(立体网状交联)。因此，它的热机械性能一般要比具有碳-碳键平面结构的有机过氧化物交联法聚乙烯好。即使有机硅交联聚乙烯的凝胶率比过氧化物交联聚乙烯低15％～20％，两者热变形仍相当。

将普通聚乙烯在有机过氧化物存在下，经过一定的温度和机械力作用，使含有不饱和乙烯基和易于水解的烷氧基多官能团的硅烷接枝到聚乙烯的主链上。然后将此接枝物在水及硅醇缩合催化剂作用下，发生水解，并缩合形成～Si—O—Si～交联键，即得硅烷交联聚乙烯。

1973年英国道康宁公司(Dow Corning)开发出了硅烷交联技术，它是利用含有双键的乙烯基硅烷在引发剂(通常为过氧化物)作用下，与熔融的聚合物反应，形成硅烷接枝聚合物，该聚合物在硅烷醇缩合催化剂的存在下，遇水发生水解，从而形成网状的硅氧烷键交联结构。

(1)硅烷交联工艺实际使用的硅烷交联主要有两种方法，一种为英国Dow Corning公司发明的两步法，称为Sioplas法；另一种为BICC(英国绝缘电缆公司)和Maillefer发明的一步法，称为Monosil法。近年来，由于石化树脂生产企业对聚乙烯制品的重视，出现了硅烷共聚物法。两种方法的工艺过程如下。

①Sioplas法工艺过程

②Monosil法工艺过程

硅烷共聚法实际上是Sioplas法的一种变型。区别在于聚乙烯接枝料不是通过反应挤出制备，而是在乙烯聚合时，通过加进第二组分(硅烷)共聚来获得共聚型乙烯-硅烷共聚物(A料)，交联催化剂等辅助助剂再由混合设备制得催化母料(B料)，然后按A、B双组分产品出厂。

可见，Sioplas法为两步法，即先用两台挤出机预先生产出聚乙烯硅烷接枝料和催化母料，然后将两种料按一定比例混合，在第三台挤出机上生产交联聚乙烯管材。硅烷交联用的过氧化物是作为引发剂，其用量相当于过氧化物交联法中用量的约0.1％。硅烷接枝料一般与5％的催化母料干混，挤出成型制品；制品随后通过高温水槽(60～95℃)进行交联。该法中硅烷接枝料的存放期较短，因为交联反应在催化剂不存在的情况下也可缓慢进行。

Monosil法为一步法，其特点是硅烷、过氧化物、催化剂均直接加入到同一台挤出机中。一步法生产的制品交联度可较两步法有所提高。

在硅烷交联聚乙烯绝缘料的生产实践过程中，也衍生出室温硅烷交联聚乙烯绝缘料、低收缩硅烷交联聚乙烯绝缘料、抗铜氧化硅烷交联聚乙烯绝缘料等不同的品种。也有按照线径规格分为大线专用硅烷交联聚乙烯绝缘料和小线专用硅烷交联聚乙烯绝缘料。交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料相比较其他硅烷交联料，其交联速率具有明显优势。

发明内容

在硅烷交联聚乙烯绝缘料的生产过程中，由于交联速率的增加与开机过程中发生的反应相违背，即交联速率的增加，容易导致开机过程中材料的提前交联，从而造成表面缺陷。

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料，包括A料和B料；

其中，按重量份计，所述A料包括以下组分：

优选的，所述PE(聚乙烯)树脂为线性低密度PE，型号为8320、M2320、7042、218W或FB2230。

优选的，所述PP(聚丙烯)树脂为均聚PP树脂，型号为T30S、L5E89或S1003，可改善小线出现热收缩不合格问题。

优选的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。

优选的，所述交联剂为过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰，用于引发自由基接枝反应。

优选的，所述除水剂为三甲氧基甲烷，用于去除聚乙烯绝缘料中水分以防止预交联。

优选的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。作用是：催化接枝A料与水进行水解缩合反应，生成三维网状立体结构。

优选的，流变母料可提高挤出加工性，增加两步法硅烷交联聚乙烯绝缘料在螺杆中的润滑性。

本发明还提供一种上述的3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将PE树脂、PP树脂、流变母料、硅烷偶联剂、交联剂和抗预交联剂混合后经熔融挤出，降温，干燥，得到A料；

将催化剂与PE树脂经双阶螺杆挤出，干燥，得到B料；

S2：将A料与B料混合后挤出，得到所述3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料。

优选的，所述步骤S1中，A料熔融挤出的温度为165-185℃。

优选的，所述步骤S1中，A料的熔融挤出分为12个温度区，温度按挤出时间顺序依次为：一区150-180℃，二区150-180℃，三区100-140℃，四区160-190℃，五区170-200℃，六区180-210℃，七区180-210℃，八区175-205℃，九区170-200℃，十区170-200℃，十一区150-180℃，十二区145-175℃。

优选的，所述步骤S1中，B料经双阶螺杆挤出时，螺杆机头的温度为165-185℃。

优选的，所述步骤S1中，B料的熔融挤出分为8个温度区，温度按挤出时间顺序依次为：

一区150-180℃，二区150-180℃，三区150-180℃，四区160-190℃，五区170-200℃，六区180-210℃，七区180-210℃，八区175-205℃。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明公开了一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料及制备方法，包括PE树脂、PP树脂、硅烷偶联剂、流变母料、交联剂和催化剂，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒，水输送后干燥包装成品。

本发明提供的一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料及制备方法，PE树脂和PP树脂复合可改善小线出现热收缩不合格问题，二月桂酸二丁基锡催化剂能够催化接枝A料与空气中的水分进行水解缩合反应，生成三维网状立体结构，所得硅烷交联聚乙烯绝缘料具有更优良的加工性能，挤出稳定，表面挤出良好，满足JB/T10437-2004标准要求和客户加工工艺要求，具有更广泛的适用性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

下述PE树脂为线性低密度PE；下述PP树脂为均聚PP树脂。

实施例1

一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料，包括A料和B料；

其中，按重量份计，A料包括以下组分：

按重量份计，B料包括以下组分：

PE树脂90份；

二月桂酸二丁基锡0.03份。

一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：

1)、PE树脂90份、PP树脂8份和流变母料0.2份混合进入双阶螺杆；

2)、步骤1)所得粒料进入双阶螺杆前段后加入硅烷偶联剂1.1份与交联剂0.1份的混合液，随后，采用双阶螺杆挤出后经单螺杆挤出造粒；硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷1.1份；

3)、由水输送并降温；

4)、干燥打包制成接枝A料；

5)、除步骤1)-步骤4)，另须将催化剂0.03份与PE树脂90份经双阶螺杆挤出造粒后，干燥打包，制得B料；

在客户端挤出时，A料与B料混合后挤出使用，得到交联聚乙烯电缆；A料与B料的重量比为95：5。

此配方开线规格为1.5-185平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在室温条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天，热延伸性能≤100％。

实施例2

实施例2的制备方法与实施例1相同，不同实施例2中的交联剂的用量与实施例1的略有不同，交联剂用量为0.1份。

此配方开线规格为1.5-185平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在室温条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天，热延伸性能≤100％。

实施例3

一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料，包括A料和B料；

其中，按重量份计，A料包括以下组分：

按重量份计，B料包括以下组分：

PE树脂 90份；

二月桂酸二丁基锡 0.03份。

该实施例的制备方法与实施例1相同，不同在于各组分占比不同。

此配方开线规格为1.5-185平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在室温条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天，热延伸性能≤100％。

实施例4

一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料，包括A料和B料；

其中，按重量份计，A料包括以下组分：

按重量份计，B料包括以下组分：

PE树脂 90份；

二月桂酸二丁基锡 0.04份。

实施例4的制备方法与实施例1相同，不同在于各组分占比不同。

该实施例开线规格为1.5-185平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在室温条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天，热延伸性能≤100％。

对比例1

一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料，按重量份计，包括以下组分：

此配方开线规格为1.5-185平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在室温条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天，热延伸率为150％(不合格)。

对比例2

一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料，按重量份计，包括以下组分：

此配方开线规格为1.5-185平方毫米(即导体截面积大小)的绝缘线在室温条件下放置(温度20℃，湿度80％)5天，热延伸率为120％(不合格)。

对比例3

一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料，按重量份计，包括以下组分：

此配方开线规格为1.5-185平方毫米的绝缘线性能差于对比例2，效果差于实施例，此配方应与实施例进行对比，除无交联剂用量不同，其余相同。

对比例4

一种3kV及以下交联聚乙烯电缆用室温交联聚乙烯绝缘料，按重量份计，包括以下组分：

该绝缘料在挤出时会出现少量交联点，热延伸性能≤100％。

对比例1-4的制备方法与实施例相同，配方存在差异，所得性能测试结果差异较大。

效果评价1

实施例1的配方制备得到的主要性能参数如下：

热延伸：伸长率≤60％；

冷却后永久变形率≤1％；热收缩率：≤1％；密度：0.93g/cm

断裂伸长率：680.6％；20℃体积电阻率：3×10

该实施例具有优良的加工性能，挤出稳定，表面挤出性能良好，满足JB/T10437-2004标准要求和客户加工工艺要求，具有更广泛的适用性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。