一種耐寒電纜絕緣材料及其製備方法與流程

2023-12-11 00:57:42

本發明屬於電纜絕緣材料技術領域，具體涉及一種耐寒電纜絕緣材料及其製備方法。

背景技術：

聚苯醚(ppo)是世界五大通用工程塑料之一。它具有優異的物理與力學性能、耐熱性能、絕緣等性能，在電子電氣及家用電器、辦公自動化機械、汽車等輸送機械、建材、航空及軍事等領域具有廣泛的應用。但ppo也存在著流動性較差，加工困難，且存在易應力開裂的問題。

近幾年電動汽車行業飛速發展，配套的充電設施中的電動汽車充電電纜在產品應用中廣泛使用。有別於一般的傳統電纜，電動汽車充電線要求電纜的強度、柔軟度、耐高溫、耐低溫度性能都較高。因此，單純以ppo作為電纜絕緣材料已不能滿足電動汽車充電電纜的要求，需要對其進行改性，以提高其耐寒可抗應力開裂的性能。

目前因市場初步形成，主要的電動汽車充電電纜生產者和應用者都集中在江浙及珠三角地區，對於高寒地區及北方長期低溫使用環境下預計不足。現有的耐寒電纜雖然都標稱使用溫度為-40～105℃，但實際使用時電纜的耐低溫性能往往達不到使用要求，經常出現低溫下電纜無法彎曲或彎曲後很硬無法拉直，或長期在低溫使用產生應力開裂現象，產生安全隱患。

因此，在本領域期望得到一種具有良好耐低溫性能的電纜絕緣材料。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種耐寒電纜絕緣材料及其製備方法。該電纜絕緣材料具有良好的耐低溫性能，較高的機械強度和柔韌性，在低溫下長期使用無應力開裂現象。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種耐寒電纜絕緣材料，包括如下質量份數的原料組分：

本發明採用hips和eva配合，對聚苯醚進行改性，提高其柔韌性；採用交聯劑使各基體材料間發生微交聯，提高材料整體的強度和抗撕裂性能。從而使得到的電纜絕緣材料具有良好的耐低溫性能。

本發明中，所述聚苯醚的質量份數可以是40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份或60份等。

本發明中，所述高抗衝聚苯乙烯的質量份數可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。

本發明中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的質量份數可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

本發明中，所述相容劑的質量份數可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。

本發明中，所述交聯劑的質量份數可以是1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份或8份等。

作為本發明的優選技術方案，所述耐寒電纜絕緣材料包括如下質量份數的原料組分：

作為本發明的優選技術方案，所述耐寒電纜絕緣材料的原料組分還包括7-10份(例如7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等)阻燃劑。

優選地，所述阻燃劑為氮系阻燃劑和/或磷系阻燃劑。

優選地，所述氮系阻燃劑選自三聚氰胺、雙氰胺、三聚氰胺氰尿酸鹽或三聚氰胺聚磷酸鹽中的一種或至少兩種的組合。

優選地，所述磷系阻燃劑選自磷酸鹽、次磷酸酯或次磷酸鹽、苯基次磷酸鹽或二烷基次膦酸鹽中的一種或至少兩種的組合。

作為本發明的優選技術方案，所述耐寒電纜絕緣材料的原料組分還包括2-3份(例如2份、2.2份、2.4份、2.5份、2.6份、2.8份或3份等)潤滑劑。

根據實際需要，所述電纜絕緣材料的原料組分還可以包括2-3份的其他加工助劑。本發明對加工助劑的種類不做具體限定，示例性地可以選擇抗氧劑、光穩定劑、分散劑等。

優選地，所述潤滑劑選自季戊四醇硬脂酸酯、氧化聚乙烯蠟或脂肪胺聚氧乙烯醚中的一種或至少兩種的組合；例如可以是季戊四醇硬脂酸酯與氧化聚乙烯蠟的組合、季戊四醇硬脂酸酯與脂肪胺聚氧乙烯醚的組合或氧化聚乙烯蠟與脂肪胺聚氧乙烯醚的組合等。

作為本發明的優選技術方案，所述聚苯醚的重均分子量為20000-50000；例如可以是20000、22000、25000、28000、30000、32000、35000、38000、40000、42000、45000、48000或50000等。

優選地，所述hips的衝擊強度為7-10kj/m2；例如可以是7kj/m2、7.2kj/m2、7.5kj/m2、7.8kj/m2、8kj/m2、8.2kj/m2、8.5kj/m2、8.8kj/m2、9kj/m2、9.2kj/m2、9.5kj/m2、9.8kj/m2或10kj/m2等。

優選地，所述eva中醋酸乙烯酯單元的含量為40-70wt％；例如可以是40wt％、42wt％、45wt％、48wt％、50wt％、52wt％、55wt％、58wt％、60wt％、62wt％、65wt％、68wt％或70wt％等。

作為本發明的優選技術方案，所述相容劑選自馬來酸酐接枝的苯乙烯(ps-g-mah)、馬來酸酐接枝的氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs-g-mah)、馬來酸酐接枝的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(abs-g-mah)或馬來酸酐接枝的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯嵌段共聚物(asa-g-mah)中的一種或至少兩種的組合；例如可以是ps-g-mah與sebs-g-mah的組合、ps-g-mah與abs-g-mah的組合、ps-g-mah與asa-g-mah的組合、sebs-g-mah與asa-g-mah的組合、sebs-g-mah與abs-g-mah的組合或asa-g-mah與abs-g-mah的組合等。

作為本發明的優選技術方案，所述交聯劑為過氧化二異丙苯(dcp)和/或二叔丁基過氧化異丙基苯(bipb)。

另一方面，本發明提供一種上述耐寒電纜絕緣材料的製備方法，包括如下步驟：

(1)將配方量的各原料混合；

(2)將各原料的混合物料通過雙螺杆擠出機熔融擠出，得到第一混煉膠料；

(3)將所述第一混煉膠料通過單螺杆擠出機熔融擠出，得到第二混煉膠料；

(4)將所述第二混煉膠料在水中固化穩定，得到所述耐寒電纜絕緣材料。

作為本發明的優選技術方案，步驟(1)中所述混合是在高速混合機中進行；

優選地，所述高速混合機的攪拌速率為400-500r/min；例如可以是400r/min、410r/min、420r/min、430r/min、440r/min、450r/min、460r/min、470r/min、480r/min、490r/min或500r/min等。

優選地，所述混合的時間為5-10min；例如可以是5min、6min、7min、8min、9min或10min等。

優選地，步驟(2)中所述雙螺杆擠出機的工作溫度為180-210℃；例如可以是180℃、182℃、185℃、188℃、190℃、192℃、195℃、198℃、200℃、202℃、205℃、208℃或210℃等。

優選地，步驟(3)中所述單螺杆擠出機的工作溫度為235-245℃；例如可以是235℃、236℃、237℃、238℃、239℃、240℃、241℃、242℃、243℃、244℃或245℃等。

優選地，步驟(4)中所述水的溫度為80-85℃；例如可以是80℃、81℃、82℃、83℃、84℃或85℃等。

優選地，步驟(4)中所述固化穩定的時間為20-60min；20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等。

作為本發明的優選技術方案，所述製備方法包括如下步驟：

(1)將配方量的各原料加入高速混合機中，在400-500r/min的轉速下混合5-10min；

(2)將各原料的混合物料加入雙螺杆擠出機中，在180-210℃下熔融擠出，得到第一混煉膠料；

(3)將所述第一混煉膠料加入單螺杆擠出機中，在235-245℃下熔融擠出，得到第二混煉膠料；

(4)將所述第二混煉膠料在80-85℃的水中固化穩定20-60min，得到所述耐寒電纜絕緣材料。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明採用hips和eva配合，對聚苯醚進行改性，提高其柔韌性；採用交聯劑使各基體材料間發生微交聯，提高材料整體的強度和抗撕裂性能。從而使得到的電纜絕緣材料具有良好的耐低溫性能。

本發明提供的耐寒電纜絕緣材料的使用溫度範圍為-65～180℃，常溫下撕裂強度為46-53n/mm，抗張強度為18-20mpa，斷裂伸長率為430-550％，體積電阻率為(1-5)×1012ω·m；在-65℃環境下處理24h，其抗張強度變化率為+5～+10％，斷裂伸長變化率為-15～-25％。

添加阻燃劑後，本發明提供的耐寒電纜絕緣材料具有良好的阻燃性能，能夠達到ul1581vw-1水平。

具體實施方式

下面通過具體實施例來進一步說明本發明的技術方案。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。

下述實施例中，所用聚苯醚的重均分子量為30000，hips的衝擊強度為8kj/m2，eva中醋酸乙烯酯單元的含量為50wt％。

實施例1

一種耐寒電纜絕緣材料，包括如下質量份數的原料組分：

上述耐寒電纜絕緣材料的製備方法如下：

(1)將配方量的各原料加入高速混合機中，在400r/min的轉速下混合10min；

(2)將各原料的混合物料加入雙螺杆擠出機中，在180℃下熔融擠出，得到第一混煉膠料；

(3)將第一混煉膠料加入單螺杆擠出機中，在245℃下熔融擠出，得到第二混煉膠料；

(4)將第二混煉膠料在80℃的水中固化穩定60min，得到上述耐寒電纜絕緣材料。

實施例2

一種耐寒電纜絕緣材料，包括如下質量份數的原料組分：

上述耐寒電纜絕緣材料的製備方法如下：

(1)將配方量的各原料加入高速混合機中，在500r/min的轉速下混合5min；

(2)將各原料的混合物料加入雙螺杆擠出機中，在210℃下熔融擠出，得到第一混煉膠料；

(3)將第一混煉膠料加入單螺杆擠出機中，在235℃下熔融擠出，得到第二混煉膠料；

(4)將第二混煉膠料在85℃的水中固化穩定20min，得到上述耐寒電纜絕緣材料。

實施例3

一種耐寒電纜絕緣材料，包括如下質量份數的原料組分：

上述耐寒電纜絕緣材料的製備方法如下：

(1)將配方量的各原料加入高速混合機中，在450r/min的轉速下混合8min；

(2)將各原料的混合物料加入雙螺杆擠出機中，在200℃下熔融擠出，得到第一混煉膠料；

(3)將第一混煉膠料加入單螺杆擠出機中，在240℃下熔融擠出，得到第二混煉膠料；

(4)將第二混煉膠料在82℃的水中固化穩定30min，得到上述耐寒電纜絕緣材料。

實施例4

一種耐寒電纜絕緣材料，包括如下質量份數的原料組分：

上述耐寒電纜絕緣材料的製備方法如下：

(1)將配方量的各原料加入高速混合機中，在420r/min的轉速下混合6min；

(2)將各原料的混合物料加入雙螺杆擠出機中，在190℃下熔融擠出，得到第一混煉膠料；

(3)將第一混煉膠料加入單螺杆擠出機中，在240℃下熔融擠出，得到第二混煉膠料；

(4)將第二混煉膠料在80℃的水中固化穩定40min，得到上述耐寒電纜絕緣材料。

實施例5

一種耐寒電纜絕緣材料，包括如下質量份數的原料組分：

上述耐寒電纜絕緣材料的製備方法如下：

(1)將配方量的各原料加入高速混合機中，在460r/min的轉速下混合8min；

(2)將各原料的混合物料加入雙螺杆擠出機中，在180℃下熔融擠出，得到第一混煉膠料；

(3)將第一混煉膠料加入單螺杆擠出機中，在240℃下熔融擠出，得到第二混煉膠料；

(4)將第二混煉膠料在82℃的水中固化穩定50min，得到上述耐寒電纜絕緣材料。

實施例6

一種耐寒電纜絕緣材料，包括如下質量份數的原料組分：

上述耐寒電纜絕緣材料的製備方法如下：

(1)將配方量的各原料加入高速混合機中，在450r/min的轉速下混合10min；

(2)將各原料的混合物料加入雙螺杆擠出機中，在200℃下熔融擠出，得到第一混煉膠料；

(3)將第一混煉膠料加入單螺杆擠出機中，在240℃下熔融擠出，得到第二混煉膠料；

(4)將第二混煉膠料在85℃的水中固化穩定30min，得到上述耐寒電纜絕緣材料。

對比例1

與實施例1的區別在於，hips的用量為0，eva的質量份數為25份；其他組分、用量及製備方法與實施例1相同。

對比例2

與實施例1的區別在於，hips的質量份數為25份，eva的用量為0；其他組分、用量及製備方法與實施例1相同。

對比例3

與實施例1的區別在於交聯劑的用量為0。

對上述實施例1-6和對比例1-3提供的電纜絕緣材料的性能進行測試，測試標準和結果如下表1所示。

表1

由實施例1、對比例1和對比例2的性能數據可知，本發明中hips和eva具有協同提高電纜絕緣材料的撕裂強度、柔韌性和耐寒性能的作用；由實施例1和對比例3的性能數據可知，微交聯也能夠改善電纜絕緣材料的耐寒性能。

申請人聲明，以上所述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，所屬技術領域的技術人員應該明了，任何屬於本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。