CN104086887A - 一种耐候性电力管材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐候性电力管材，其原料按重量份数包括：聚丙烯100-150份、轻质碳酸钙5-10份、片状滑石粉1-8份、煅烧高岭土2-10份、水镁石粉1-5份、改性微硅粉20-40份、着色剂0.2-3份、新型成核剂2-10份、抗氧剂1-2.7份、聚四氟乙烯0.5-3份、增韧母料2-12份、氰尿酸三聚氰胺5-20份、改性晶须5-15份；新型成核剂的制备过程为：将150-180份的对叔丁基苯甲酸加入到200-300ml钛酸四异丙酯中，在90-130℃下反应3-5h后加入100-150ml硅酸酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在50-65℃水解3-5h，过滤后烘干得到所述新型成核剂。本发明中所述的耐候性电力管材耐冲击性、耐老化性、耐寒性、耐热性强。

Description

一种耐候性电力管材
技术领域
本发明涉及电力管技术领域，尤其涉及一种耐候性电力管材。
背景技术
聚丙烯(PP)熔点高，综合性能优良，是当今最具发展前途的热塑性高分子材料之一，与其它通用热塑性塑料相比，它具有密度小、刚性好、强度高、耐挠曲、突出的耐应力开裂性以及良好的耐热性、电绝缘性和耐化学药品性，且原料来源丰富，价格低廉、易于加工成型，已广泛应用于化工、电器、汽车、建筑、包装等行业，但聚丙烯材料有一关键性弱点，即由于其分子链上存在着大量不稳定的叔碳原子，在有氧的情况下，只需要很小的能量就可以将叔碳原子上的氢脱除成为叔碳自由基，叔碳自由基非常活跃，可造成分子链的老化降解，使PP材料原有性能下降甚至丧失，未添加耐候助剂的PP树脂在造粒贮存加工成型及制品使用的各个阶段，均会发生降解，使PP制品的物理机械性能逐步下降。
随着改性技术的发展，聚丙烯已经可以在很多场合替代工程塑料，是当今世界产量最大、应用最广的塑料品种之一，同时随着聚丙烯材料越来越多地应用于机场、农膜、运动场、空调外壳、防水加固材料等户外产品中，提高聚丙烯材料的耐候性能就成为一个重要的研究课题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种耐候性电力管，得到的电力管材具有优异的耐候性和耐老化性能，同时其耐冲击性、耐寒性、耐热性也得到了提高。
本发明提出了一种耐候性电力管材，其原料按重量份数包括：聚丙烯80-120份、硅橡胶粒子5-15份、活性轻质碳酸钙2-5份、氧化锌0.2-0.8份、片状滑石粉0.5-4份、煅烧高岭土2-5份、水镁石粉0.3-3份、改性微硅粉10-25份、改性凹凸棒土2-10份、着色剂0.2-3份、新型成核剂2-10份、抗氧剂1-2.7份、聚四氟乙烯0.5-3份、增韧母料2-12份、氰尿酸三聚氰胺3-10份、改性晶须5-15份、稳定剂1-1.5份；
所述改性凹凸棒土采用以下工艺进行制备：将2-3份的聚丙烯接枝马来酸酐与3-5份的十氢萘在130-138℃下加热溶解后加入20-35份的凹凸棒土，在75-89℃下超声震荡0.5-1.5h，在50-75℃下真空干燥15-25h得到改性凹凸棒土；
所述新型成核剂采用以下步骤进行制备：将150-180份的对叔丁基苯甲酸加入到200-300ml钛酸四异丙酯中，在90-130℃下反应3-5h后加入100-150ml硅酸酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在50-65℃水解3-5h，过滤后烘干得到所述新型成核剂。
优选地，其原料按重量份数包括：聚丙烯100-105份、硅橡胶粒子8.6-9.4份、活性轻质碳酸钙3.9-4.3份、氧化锌0.55-0.67份、片状滑石粉1.3-2.4份、煅烧高岭土2.8-4.5份、水镁石粉1.3-2.3份、改性微硅粉14-22份、改性凹凸棒土4-8份、着色剂1.2-2.3份、新型成核剂4-7份、抗氧剂1.5-2.0份、聚四氟乙烯1.5-2.8份、增韧母料4-8份、氰尿酸三聚氰胺5-8份、改性晶须7-12份、稳定剂1.2-1.4份；最优选地，聚丙烯101份、硅橡胶粒子9份、活性轻质碳酸钙4份、氧化锌0.6份、片状滑石粉2.1份、煅烧高岭土3.2份、水镁石粉1.8份、改性微硅粉16份、改性凹凸棒土5份、着色剂2份、新型成核剂6份、抗氧剂1.8份、聚四氟乙烯2.2份、增韧母料5.3份、氰尿酸三聚氰胺6.5份、改性晶须8.9份、稳定剂1.3份。
优选地，所述硅胶粒子为纳米核壳结构，其制备包括以下工艺过程：在100-200ml去离子水中加入5-10份八甲基环四硅氧烷和5-15份甲基三甲氧基硅烷乳化10min后在65-85℃水解5-10h得到种子乳液，向种子乳液中加入0.2-0.5份的二甲基丙烯酸乙二醇酯和5-15份的甲基丙烯酸丁酯在80-85℃水浴反应5-8h，得到目标乳液，将目标乳液破乳烘干后得到所述硅橡胶粒子。
优选地，所述改性微硅粉为偶联剂改性，所述偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-151、KH-171、KH-580、KH-602、KH-792、Si-42、Si-69中的一种或多种的组合。
优选地，所述增韧母料为mPE/LDPE交联物。
优选地，所述改性晶须为表面活性剂改性碱式硫酸镁晶须，改性过程为：在三口烧瓶中搅拌状态下加入10-15份碱式硫酸镁晶须和150-250ml去离子水，然后加入0.5-0.8份乳化剂和0.5-1份引发剂，加热至70-90℃，在1-1.5h内加入15-20份表面活性剂后抽滤、洗涤、烘干得到改性晶须。
优选地，所述表面活性剂为甲基丙烯酸酯；所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠、二烷基苯磺酸钠、烷基芳基磺酸钠、二丁基萘黄酸钠中的一种或多种的组合；所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、过氧化环乙酮、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异庚腈中的一种或多种的组合。
优选地，所述稳定剂为紫外光稳定剂、受阻胺光稳定剂和光稳定剂的组合物。
优选地，所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的一种。
优选地，所述新型成核剂采用以下步骤进行制备：将169份的对叔丁基苯甲酸加入到235ml钛酸四异丙酯中，在112℃下反应3.6h后加入118ml硅酸酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在58℃水解4h，过滤后烘干得到所述新型成核剂。
本发明中添加了多种无机填充剂，活性轻质碳酸钙提高了管材抗冲击性的同时可降低成本；滑石粉可提高管材的刚性、耐热性、尺寸稳定性，同时降低成本；煅烧高岭土能够提高管材的电绝缘性；水镁石粉达到了填充、阻燃和消烟的三重效果；微硅粉用偶联剂改性后，比表面积大，且可进入聚丙烯裂缝与空隙的内部，与聚丙烯形成“丝状连接”结构，使得产生的裂缝被终止而转化为纹银状态，此时需要更大的应力或者消耗更多的外界能量才可使管材断裂，提高了管材的拉伸强度、冲击韧性和弯曲强度。
本发明中添加了新型成核剂，使聚丙烯形成的球晶的尺寸减小、相邻球晶间的明显界面消失，单位面积内球晶数量增多，为聚丙烯提供大量的异相晶核，促进了聚丙烯的结晶速度，提高了聚丙烯结晶的程度，提高了所得管材的力学性能。
本发明中添加了聚四氟乙烯，起填料作用的同时也作为润滑剂，提高管材的润滑性，减小摩擦；添加了mPE/LDPE交联物作为增韧母料，mPE/LDPE交联物为典型的蜂窝状网络结构，交联度大的地方，在强的剪切力作用下也不易分散成更细的颗粒，蜂窝状的交联物与丙烯酸共混使在剪切力的作用下很容易分散成具有一定粒度的分散相，改善聚丙烯的韧性，同时交联物中疏松结构中的未交联树脂分子质量低，与聚丙烯的相容性好，也容易渗入聚丙烯基体中，形成互穿网络，改善聚丙烯的韧性。
本发明中添加了氰尿酸三聚氰胺作为阻燃剂，提高了管材的阻燃性；添加了改性晶须，改性晶须在维持阻燃性的同时提高了管材的拉伸强度和弯曲强度，这是因为：晶须能传递、分散应力，当应力从基体传向镁盐晶须时，在两界产生了剪切应力，能够有效的增加基体界面产生的剪切屈服应力，增大材料的拉伸强度和弯曲强度，另外晶须与聚丙烯良好的相容性也增加了材料的拉伸强度和弯曲强度。
本发明中添加了改性的凹凸棒土，凹凸棒土是一种纤维状结构的刚性粒子，棒晶能够在聚丙烯基体中均匀分散，起到增强效果；改性后，增加了其与聚丙烯的相容性，更有利于提高其力学性能；凹凸棒土粒子引发周围聚丙烯基体屈服或损伤和阻滞裂纹扩展而消耗更多的应变能，提高复合材料的断裂韧性；改性的凹凸棒土起到了明显的成核作用，降低了复合体系的结晶温度，提高了结晶速率，改善了管材的综合性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
本发明中所述耐候性电力管材，其原料按重量份数包括：聚丙烯的重量分数可以为82、85、86、89、90、92、94、95、96.3、101、105、108、109.7、112、118份，硅橡胶粒子的重量分数可以为6、7、8.6、11、13份，活性轻质碳酸钙的重量分数可以为3、3.4、4、4.8份，氧化锌的重量分数可以为0.2、0.4、0.6、0.7份，片状滑石粉的重量分数可以为0.9、1.2、1.5、2、2.4、3、3.6份，煅烧高岭土的重量分数可以为2.3、3.6、4、4.4份，水镁石粉的重量分数可以为0.9、1.3、2.6份，改性微硅粉的重量分数可以为12、13.5、16、16.9、18、20、22、23份，改性凹凸棒土的重量分数可以为3、4.7、5、7、9、9.3份，着色剂的重量分数可以为0.5、0.9、1.6、1.9、2.3、2.5、2.6、2.8份，新型成核剂的重量分数可以为2.3、5、5.9份，抗氧剂的重量分数可以为1.4、1.6、1.9、2.4、2.6份，聚四氟乙烯的重量分数可以为0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、1.8、2.5、2.8份，增韧母料的重量分数可以为4、5.8、8、10.2、11份，氰尿酸三聚氰胺的重量分数可以为4、6、7、9、9.3份，改性晶须的重量分数可以为5.7、8、9、13、13.4份，稳定剂的重量分数可以为1.1、1.2、1.3、1.4份。
下面通过具体实施例对本发明所述耐候性电力管材的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明所述耐候性电力管材，其原料按重量份数包括：聚丙烯80份、硅橡胶粒子7份、活性轻质碳酸钙3.4份、氧化锌0.2份、片状滑石粉0.5份、煅烧高岭土3.6份、水镁石粉1.3份、改性微硅粉12份、改性凹凸棒土3份、着色剂0.2份、新型成核剂5份、抗氧剂1.6份、聚四氟乙烯1.1份、增韧母料2份、氰尿酸三聚氰胺6份、改性晶须5份、稳定剂1份；
所述改性凹凸棒土采用以下工艺进行制备：将2份的聚丙烯接枝马来酸酐与3份的十氢萘在130℃下加热溶解后加入20份的凹凸棒土，在89℃下超声震荡1.3h，在75℃下真空干燥25h得到改性的凹凸棒土；
所述新型成核剂采用以下步骤进行制备：将150份的对叔丁基苯甲酸加入到200ml钛酸四异丙酯中，在90℃下反应5h后加入150ml正硅酸乙酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在65℃水解5h，过滤后烘干得到所述新型成核剂。
实施例2
本发明所述耐候性电力管材，其原料按重量份数包括：聚丙烯120份、硅橡胶粒子11份、活性轻质碳酸钙2份、氧化锌0.4份、片状滑石粉4份、煅烧高岭土5份、水镁石粉0.3份、改性微硅粉10份、改性凹凸棒土2份、着色剂3份、新型成核剂2份、抗氧剂2.7份、聚四氟乙烯0.5份、增韧母料10.2份、氰尿酸三聚氰胺10份、改性晶须15份、稳定剂1.5份；
所述改性凹凸棒土采用以下工艺进行制备：将2.26份的聚丙烯接枝马来酸酐与3.6份的的十氢萘在138℃下加热溶解后加入28份的凹凸棒土，在89℃下超声震荡0.5h，在58℃下真空干燥19h得到改性凹凸棒土；
所述新型成核剂采用以下步骤进行制备：将169份的对叔丁基苯甲酸加入到235ml钛酸四异丙酯中，在112℃下反应3.6h后加入118ml正硅酸乙酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在58℃水解4h，过滤后烘干得到所述新型成核剂。
所述硅胶粒子为纳米核壳结构，其制备包括以下工艺过程：在100ml去离子水中加入5份八甲基环四硅氧烷和15份甲基三甲氧基硅烷乳化10min后在65℃水解10h得到种子乳液，向种子乳液中加入0.5份的二甲基丙烯酸乙二醇酯和5份的甲基丙烯酸丁酯在85℃水浴反应8h，得到目标乳液，将目标乳液破乳烘干后得到所述硅橡胶粒子；
所述改性微硅粉为偶联剂改性，所述偶联剂为KH-550；所述增韧母料为mPE/LDPE交联物；所述稳定剂为紫外光稳定剂、受阻胺光稳定剂和光稳定剂的组合物；
所述改性晶须为表面活性剂改性碱式硫酸镁晶须，改性过程为：在三口烧瓶中搅拌状态下加入10份碱式硫酸镁晶须和150ml去离子水，然后加入0.5份二丁基萘黄酸钠和0.5份偶氮二异丁腈，加热至70℃，在1h内加入20份甲基丙烯酸酯后抽滤、洗涤、烘干得到改性晶须。
实施例3
本发明所述耐候性电力管材，其原料按重量份数包括：聚丙烯112份、硅橡胶粒子15份、活性轻质碳酸钙4.8份、氧化锌0.8份、片状滑石粉3份、煅烧高岭土4份、水镁石粉3份、改性微硅粉25份、改性凹凸棒土5份、着色剂2.4份、新型成核剂5.9份、抗氧剂1份、聚四氟乙烯3份、增韧母料12份、氰尿酸三聚氰胺4份、改性晶须8份、稳定剂1.4份；
所述改性凹凸棒土采用以下工艺进行制备：将3份的聚丙烯接枝马来酸酐与5份的十氢萘在132℃下加热溶解后加入35份的凹凸棒土，在75℃下超声震荡1.5h，在50℃下真空干燥15h得到改性的凹凸棒土；
所述新型成核剂采用以下步骤进行制备：将165份的对叔丁基苯甲酸加入到222ml钛酸四异丙酯中，在115℃下反应3h后加入100ml正硅酸甲酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在60℃水解3h，过滤后烘干得到所述新型成核剂；
所述硅胶粒子为纳米核壳结构，其制备包括以下工艺过程：在100ml去离子水中加入5份八甲基环四硅氧烷和6份甲基三甲氧基硅烷乳化10min后在65℃水解8h得到种子乳液，向种子乳液中加入0.2份的二甲基丙烯酸乙二醇酯和5份的甲基丙烯酸丁酯在85℃水浴反应5h，得到目标乳液，将目标乳液破乳烘干后得到所述硅橡胶粒子；
所述改性微硅粉为偶联剂改性，所述偶联剂为Si-42；所述增韧母料为mPE/LDPE交联物；所述稳定剂为紫外光稳定剂、受阻胺光稳定剂和光稳定剂的组合物；
实施例4
本发明所述耐候性电力管材，其原料按重量份数包括：聚丙烯101份、硅橡胶粒子5份、活性轻质碳酸钙5份、氧化锌0.6份、片状滑石粉2.1份、煅烧高岭土2份、水镁石粉1.8份、改性微硅粉16份、改性凹凸棒土10份、着色剂2份、新型成核剂10份、抗氧剂1.8份、聚四氟乙烯2.2份、增韧母料5.3份、氰尿酸三聚氰胺3份、改性晶须8.9份、稳定剂1.3份；
所述改性凹凸棒土采用以下工艺进行制备：将2.5份的聚丙烯接枝马来酸酐与4.3份的十氢萘在136℃下加热溶解后加入29份的凹凸棒土，在79℃下超声震荡1.3h，在65℃下真空干燥17h得到改性的凹凸棒土；
所述新型成核剂采用以下步骤进行制备：将180份的对叔丁基苯甲酸加入到300ml钛酸四异丙酯中，在130℃下反应4.5h后加入135ml正硅酸丙酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在50℃水解3.5h，过滤后烘干得到所述新型成核剂；
所述改性晶须为表面活性剂改性碱式硫酸镁晶须，改性过程为：在三口烧瓶中搅拌状态下加入13份碱式硫酸镁晶须和210ml去离子水，然后加入0.3份烷基芳基磺酸钠和0.3份的二丁基萘黄酸钠和0.5份过硫酸铵和0.3份的偶氮二异丁酸二甲酯，加热至82℃，在1.4h内加入16份甲基丙烯酸甲酯后抽滤、洗涤、烘干得到改性晶须；
所述改性微硅粉为偶联剂改性，所述偶联剂为KH-570和Si-69；所述增韧母料为mPE/LDPE交联物；所述稳定剂为紫外光稳定剂、受阻胺光稳定剂和光稳定剂的组合物。
根据上述实施例1-4的耐候性电力管材对其性能进行测试，其结果参见表1。
表1  本发明所述耐候性电力管材的产品性能指标以及实施例试验指标
表1为本发明中所述耐候性电力管材的产品性能指标和实施例试验指标，从表1可以看出，本发明所述的耐候性电力管材综合性能优异。

Claims (10)

1.一种耐候性电力管材，其特征在于，其原料按重量份数包括：聚丙烯80-120份、硅橡胶粒子5-15份、活性轻质碳酸钙2-5份、氧化锌0.2-0.8份、片状滑石粉0.5-4份、煅烧高岭土2-5份、水镁石粉0.3-3份、改性微硅粉10-25份、改性凹凸棒土2-10份、着色剂0.2-3份、新型成核剂2-10份、抗氧剂1-2.7份、聚四氟乙烯0.5-3份、增韧母料2-12份、氰尿酸三聚氰胺3-10份、改性晶须5-15份、稳定剂1-1.5份；
所述改性凹凸棒土采用以下工艺进行制备：将2-3份的聚丙烯接枝马来酸酐与3-5份的十氢萘在130-138℃下加热溶解后加入20-35份的凹凸棒土，在75-89℃下超声震荡0.5-1.5h，在50-75℃下真空干燥15-25h得到改性凹凸棒土；
所述新型成核剂采用以下步骤进行制备：将150-180份的对叔丁基苯甲酸加入到200-300ml钛酸四异丙酯中，在90-130℃下反应3-5h后加入100-150ml硅酸酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在50-65℃水解3-5h，过滤后烘干得到所述新型成核剂。
2.根据权利要求1所述的耐候性电力管材，其特征在于，其原料按重量份数包括：聚丙烯100-105份、硅橡胶粒子8.6-9.4份、活性轻质碳酸钙3.9-4.3份、氧化锌0.55-0.67份、片状滑石粉1.3-2.4份、煅烧高岭土2.8-4.5份、水镁石粉1.3-2.3份、改性微硅粉14-22份、改性凹凸棒土4-8份、着色剂1.2-2.3份、新型成核剂4-7份、抗氧剂1.5-2.0份、聚四氟乙烯1.5-2.8份、增韧母料4-8份、氰尿酸三聚氰胺5-8份、改性晶须7-12份、稳定剂1.2-1.4份。
3.根据权利要求1或2所述的耐候性电力管材，其特征在于，所述硅胶粒子为纳米核壳结构，其制备包括以下工艺过程：在100-200ml去离子水中加入5-10份八甲基环四硅氧烷和5-15份甲基三甲氧基硅烷乳化10min后在65-85℃水解5-10h得到种子乳液，向种子乳液中加入0.2-0.5份的二甲基丙烯酸乙二醇酯和5-15份的甲基丙烯酸丁酯在80-85℃水浴反应5-8h，得到目标乳液，将目标乳液破乳烘干后得到所述硅橡胶粒子。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的耐候性电力管材，其特征在于，所述改性微硅粉为偶联剂改性，所述偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-151、KH-171、KH-580、KH-602、KH-792、Si-42、Si-69中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的耐候性电力管材，其特征在于，所述增韧母料为mPE/LDPE交联物。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的耐候性电力管材，其特征在于，所述改性晶须为表面活性剂改性碱式硫酸镁晶须，改性过程为：在三口烧瓶中搅拌状态下加入10-15份碱式硫酸镁晶须和150-250ml去离子水，然后加入0.5-0.8份乳化剂和0.5-1份引发剂，加热至70-90℃，在1-1.5h内加入15-20份表面活性剂后抽滤、洗涤、烘干得到改性晶须。
7.根据权利要求6所述的耐候性电力管材，其特征在于，所述表面活性剂为甲基丙烯酸酯；所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠、二烷基苯磺酸钠、烷基芳基磺酸钠、二丁基萘黄酸钠中的一种或多种的组合；所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、过氧化环乙酮、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异庚腈中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的耐候性电力管材，其特征在于，所述稳定剂为紫外光稳定剂、受阻胺光稳定剂和光稳定剂的组合物。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的耐候性电力管材，其特征在于，所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的一种。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的耐候性电力管材，其特征在于，所述新型成核剂采用以下步骤进行制备：将169份的对叔丁基苯甲酸加入到235ml钛酸四异丙酯中，在112℃下反应3.6h后加入118ml硅酸酯得到溶液A，将溶液A加入到乙醇-水混合物中，在58℃水解4h，过滤后烘干得到所述新型成核剂。
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