CN110204820A - 聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料及其制备方法、绝缘子护套 - Google Patents

聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料及其制备方法、绝缘子护套 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料领域，具体涉及一种阻燃耐高压聚偏氟乙烯‑聚乙烯复合材料及其制备方法、绝缘子护套。其中聚偏氟乙烯‑聚乙烯复合材料按重量份组成包括：聚偏氟乙烯：10‑50份；聚乙烯：10‑50份；相容剂：1‑10份；增容剂：1‑10份；阻燃剂：5‑35份；润滑剂：0.1‑1份；以及抗氧剂：0.5‑3份。本发明的聚偏氟乙烯‑聚乙烯复合材料具有较好的防湿闪、防污闪能力，通过在原料配方中添加阻燃剂提高了复合材料的耐电弧性和阻燃性。此外，复合材料中的原料均无毒，在生产过程中无废气、废料、废水产生，对环境无污染。

Description

聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料及其制备方法、绝缘子护套
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料及其制备方法、绝缘子护套。
背景技术
复合绝缘子国际上始于20世纪50年代，至今已有四十余年的历史，我国硅橡胶绝缘子生产运行已有十余年的历史，在电力***中有成千上万的国产高压复合绝缘子正在运行当中，随着我国特高压输电项目的实施，西电东送工程进一步展开，高压复合绝缘子的需求量将大幅增加。
复合绝缘子一般由玻璃纤维及环氧树脂引拔棒、硅橡胶伞裙、金具三部分组成。其中硅橡胶伞裙是复合绝缘子的外绝缘部分，作用是使复合绝缘子具有足够高的防湿闪和污闪能力，同时也起着保护芯棒免遭外部大气的侵袭。此外，护套长年暴露在户外大气中，经受日晒、雨淋、酷暑、严寒等各种恶劣气象条件，承受自然(飞尘、盐碱及海水盐雾)污染和工业污染在污秽潮湿的情况下可能遭遇火花放电及电弧的烧蚀。
现有的硅橡胶护套主要经过一定的高温、必要的压力作用下，在一定的时间内通过注塑成型、模内硫化成固化硅橡胶，存在以下问题：在成型过程中受温度、压力的波动导致硅橡胶硫化不完全；由于加工温度过高易使芯棒上的偶联剂发生交联反应，导致护套与芯棒不能整体可靠粘接；硅橡胶注塑成型周期较长，生产效率偏低；硅橡胶硫化工艺环保性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃耐高压聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料及其制备方法、绝缘子护套。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料，按重量份组成包括：聚偏氟乙烯：10-50份；聚乙烯：10-50份；相容剂：1-10份；增容剂：1-10份；阻燃剂：5-35份；润滑剂：0.1-1份；以及抗氧剂：0.5-3份。
进一步，在230℃，2.16Kg测试条件下，所述聚偏氟乙烯的熔体流动速率为10-15g/10min。
进一步，所述聚乙烯包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯的一种或者两种；在190℃，2.16Kg测试条件下，所述聚乙烯的熔体流动速率为2-3g/10min。
进一步，所述增容剂包括EVA、EAA或EMA中的一种或几种；在190℃，2.16Kg测试条件下，所述增容剂的熔体流动速率为2-3g/10min。
进一步，所述相容剂包括PE-g-GMA、POE-g-MAH或EMA-g-GMA中的一种或几种；在190℃，2.16Kg测试条件下，所述相容剂的熔体流动速率小于2.0g/10min。
进一步，所述阻燃剂为磷、氮复配无卤阻燃剂，即含磷阻燃剂与含氮成炭剂的重量比为3-4：1。
进一步，含磷阻燃剂包括次磷酸盐、烷基次磷酸盐或PX-200中的一种或几种，且含磷阻燃剂的粒径小于3微米；以及含氮成炭剂包括三嗪大分子成炭剂。
进一步，所述润滑剂包括硅酮母料、EBS、聚乙烯蜡中的一种或几种。
又一方面，本发明还提供了一种聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的制备方法，包括：将主料和辅料分别加入双螺杆挤出机，在螺杆作用下通过剪切、熔融及混合；拉条；以及切成颗粒料。
另一方面，本发明还提供了一种绝缘子护套，包括：如前所述的聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料；所述聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料适于通过注塑机预塑、注射、保压及冷却成型，即所述绝缘子护套。
本发明的有益效果是，本发明的聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料具有较好的防湿闪、防污闪能力，通过在原料配方中添加阻燃剂提高了复合材料的耐电弧性和阻燃性。此外，复合材料中的原料均无毒，在生产过程中无废气、废料、废水产生，对环境无污染。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的工艺流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料，按重量份组成包括：聚偏氟乙烯：10-50份；聚乙烯：10-50份；相容剂：1-10份；增容剂：1-10份；阻燃剂：5-35份；润滑剂：0.1-1份；以及抗氧剂：0.5-3份。优选的，所述聚偏氟乙烯为15-25份。
熔体流动速率(MFR)是在一定的温度和压力下，树脂熔料通过标准毛细管，单位为g/10min。熔体流动速率是一个选择塑料加工材料和牌号的重要参考依据，能使选用的原材料更好地适应加工工艺的要求，使制品在成型的可靠性和质量方面有所提高。因此在塑料加工中，通过测定塑料的流动速率，可以研究聚合物的结构因素，用来衡量塑料熔体的流动性。
可选的，在230℃，2.16Kg测试条件下，所述聚偏氟乙烯(PVDF)的熔体流动速率为10-15g/10min，作为基体树脂，提供耐候性、耐高压性、耐电弧性。
可选的，所述聚乙烯(PE)包括但不限于线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯的一种或者两种；在190℃，2.16Kg测试条件下，所述聚乙烯的熔体流动速率为2-3g/10min，作为基体树脂，提供耐候性、韧性、耐高压性、耐电弧性。
可选的，所述增容剂包括EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、EAA(乙烯-丙烯酸共聚物)或EMA(乙烯-丙烯酸甲酯共聚物)中的一种或几种；在190℃，2.16Kg测试条件下，所述增容剂的熔体流动速率为2-3g/10min，其主要为进一步促进相容剂与主料混合更均匀，保证产品不分层。
可选的，所述相容剂包括但不限于PE-g-GMA(聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯)、POE-g-MAH(聚烯烃弹性体接枝马来酸酐)或EMA-g-GMA(乙烯-丙烯酸甲酯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯)中的一种或几种；在190℃，2.16Kg测试条件下，所述相容剂的熔体流动速率小于2.0g/10min，可以有效解决聚偏氟乙烯与聚乙烯加工时混合不匀导致的产品分层问题。
可选的，所述阻燃剂为磷、氮复配无卤阻燃剂，即含磷阻燃剂与含氮成炭剂的重量比为3-4：1。其中，含磷阻燃剂包括次磷酸盐、烷基次磷酸盐或PX-200(有机磷酸酯类阻燃剂，即1,3-亚苯基磷酸四(2,6-二甲基苯基)酯)中的一种或几种，且含磷阻燃剂的粒径小于3微米；以及含氮成炭剂包括三嗪大分子成炭剂。由于基体树脂聚乙烯不阻燃，而绝缘子产品要求阻燃等级为FV0级时，只有通过添加阻燃剂改善复合材料的阻燃性。可选的，所述润滑剂包括但不限于硅酮母料、EBS(亚乙基双硬脂酰胺)、聚乙烯蜡中的一种或几种，其作用为一是加工时可以减少设备与聚合物间的摩擦力，其二可以使阻燃剂分散更均匀。
可选的，所述抗氧剂可以按照作用效果分为主、辅抗氧剂；其中主抗氧剂例如但不限于受阻酚类抗氧剂，辅抗氧剂例如但不限于亚磷酸酯类抗氧剂。抗氧剂可以提高聚合物的耐候性，提高聚合物的抗老化性能。
可选的，本实施例1的聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料中的原料可以通过现有物料进行配比，如表1所示。本实施例1的聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料可以通过相关测试标准检测性能，其测试标准如表2所示。
表1现有物料的规格
表1中，增容剂为聚醋酸乙烯酯；磷、氮和协效剂复配(磷系阻燃剂：三嗪类成炭剂：协效剂＝4:1:0.3)。
表2性能检测标准
检测项目 检测标准
拉断强度/拉断伸长 GB/T528
抗撕裂强度 GB/T528
可燃性试验 GB/T10707
体积电阻率 GB/T1692
实施例2
见图1，在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤S1，将主料和辅料分别加入双螺杆挤出机，在螺杆作用下通过剪切、熔融及混合；步骤S2，口模拉条，即通过口模拉成条状物；以及步骤S3，切成颗粒料。
可选的，所述主料按重量份组成包括：聚偏氟乙烯：10-50份；聚乙烯：10-50份；相容剂：1-10份；增容剂：1-10份。
可选的，所述辅料按重量份组成包括：阻燃剂：5-35份；润滑剂：0.1-1份；抗氧剂：0.5-3份。
具体制备步骤如下：首先，将聚偏氟乙烯10-50份、聚乙烯10-50份、相容剂1-10份、增容剂：1-10份加入双锥不锈钢混合机混合均匀，形成主料；将阻燃剂5-35份、润滑剂0.1-1份、抗氧剂0.5-3份加入双锥不锈钢混合机混合均匀，形成辅料。其次，将主料送入主料斗经失重计量后进入双螺杆挤出机，将辅料送入辅料斗经失重计量后侧喂料进入双螺杆挤出机。主料、辅料在螺杆作用下通过剪切、熔融及混合，然后通过口模拉条、切成颗粒，形成聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料。其中双螺杆侧喂料优选在双螺杆挤出机的第三个筒体上，且双螺杆的长径比为40-52，优选48，以及双螺杆挤出机的温度设置为180-210℃，可选为190℃、200℃。
关于聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的组分含量及具体实施过程参见实施例1的相关论述，此处不再赘述。
实施例3
在实施例1和实施例2的基础上，本实施例3提供了一种绝缘子护套，包括：如前所述的聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料；所述聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料适于通过注塑机预塑、注射、保压及冷却成型，即所述绝缘子护套。
可选的，所述注塑机的温度设置为175-220℃，可选为190℃、200℃、210℃。
关于聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的组分含量及具体实施过程参见实施例1和2的相关论述，此处不再赘述。
实施例4
将PVDF 20份、PE 35份、聚醋酸乙烯酯8份、EMA接枝料5份置于双锥不锈钢混合机中混合10分钟；将阻燃剂30份、硅酮母料0.5份、主抗氧剂1份、辅抗氧剂0.5份置于双锥不锈钢混合机混合10分钟，分别加入双螺杆的主料斗、侧喂料斗经失重计量后经螺杆剪切、熔融及混合后拉条、切粒，形成所述聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料。其中双螺杆挤出机长径比为48：1，直径为35.6mm，螺杆转速为400转/分，侧喂料频率为40Hz。双螺杆挤出机的温度可以设置为175℃、190℃、210℃、210℃、215℃、215℃、215℃、215℃、210℃、210℃、210℃。
实施例5
调整PVDF为15份，PE为40份，其它条件不变，按实施例4的制备方法制备聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料。
实施例6
调整PVDF为40份，PE为20份，其它条件不变，按实施例4的制备方法制备聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料。
实施例7
将PVDF 10份、低密度聚乙烯50份、EAA 10份、POE-g-MAH 10份置于双锥不锈钢混合机中混合10分钟；将阻燃剂(次磷酸盐：三嗪大分子成炭剂＝3:1)5份、EBS 0.1份、阻酚类抗氧剂0.3份、亚磷酸酯类抗氧剂0.2份置于双锥不锈钢混合机混合10分钟，分别加入双螺杆的主料斗、侧喂料斗经失重计量后经螺杆剪切、熔融及混合后拉条、切粒，形成所述聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料。其中双螺杆挤出机长径比为40：1，直径为35.6mm，螺杆转速为400转/分，侧喂料频率为40Hz。双螺杆挤出机的温度可以设置为175℃、190℃、210℃、210℃、215℃、215℃、215℃、215℃、210℃、210℃、210℃。
实施例8
将PVDF 50份、低密度聚乙烯10份、EAA 1份、POE-g-MAH 1份置于双锥不锈钢混合机中混合10分钟；将阻燃剂(次磷酸盐：三嗪大分子成炭剂＝4:1)35份、EBS 1份、阻酚类抗氧剂2份、亚磷酸酯类抗氧剂1份置于双锥不锈钢混合机混合10分钟，分别加入双螺杆的主料斗、侧喂料斗经失重计量后经螺杆剪切、熔融及混合后拉条、切粒，形成所述聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料。其中双螺杆挤出机长径比为40：1，直径为35.6mm，螺杆转速为400转/分，侧喂料频率为40Hz。双螺杆挤出机的温度可以设置为175℃、190℃、210℃、210℃、215℃、215℃、215℃、215℃、210℃、210℃、210℃。
实施例9
本申请的阻燃耐高压聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料及其制备方法、绝缘子护套包含了多种实施方式的制备方法，由于篇幅原因，只列举实施例4-8的前五种实施方式，其余实施方式中各组分含量如表3所示，其具体实施过程参见实施例4中的相关论述，在此不再赘述。
表3复合材料中各组分及用量
表3中各组分单位均为重量份。
实施例10
在本实施例10中，将实施例4-6中的实施方式制备的阻燃耐高压聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料通过表2所述的检测标准检测性能，结果如表4所示。可以看出，其它组分不变的情况下，PVDF和PE的含量配比决定了复合材料的韧性和强度，即PVDF的含量越低、PE的含量越高，阻燃耐高压聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的拉断伸长率越大，其韧性越好，但拉断强度越低；反之，PVDF的含量越高、PE的含量越低，阻燃耐高压聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的拉断伸长率越小，其塑性越差，但拉断强度越高。因此，可以根据复合材料的应用场所和使用要求，配比不同比例的原料组成，以改变聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的性能。
表4复合材料的性能
综上所述，本阻燃耐高压聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料及其制备方法、绝缘子护套通过配方设计、原料选择和挤出拉条的工艺温度，以制成热塑性高分子材料合金-PVDF/PE合金，具有良好的防湿闪、防污闪的能力；通过在原料配方中添加阻燃剂提高了复合材料的耐电弧性和阻燃性；所选原料均为无毒原料，在生产过程中无废气、废料、废水产生，对环境无污染；绝缘子护套通过注塑成型，加工过程无需硫化环节，大大缩短了成型周期。因此，本阻燃耐高压聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料具有生产流程简单连续、高效、产品质量稳定等优点。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料，其特征在于，按重量份组成包括：
聚偏氟乙烯：10-50份；
聚乙烯：10-50份；
相容剂：1-10份；
增容剂：1-10份；
阻燃剂：5-35份；
润滑剂：0.1-1份；以及
抗氧剂：0.5-3份。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
在230℃，2.16Kg测试条件下，所述聚偏氟乙烯的熔体流动速率为10-15g/10min。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
所述聚乙烯包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯的一种或者两种；
在190℃，2.16Kg测试条件下，所述聚乙烯的熔体流动速率为2-3g/10min。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
所述增容剂包括EVA、EAA或EMA中的一种或几种；
在190℃，2.16Kg测试条件下，所述增容剂的熔体流动速率为2-3g/10min。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
所述相容剂包括PE-g-GMA、POE-g-MAH或EMA-g-GMA中的一种或几种；
在190℃，2.16Kg测试条件下，所述相容剂的熔体流动速率小于2.0g/10min。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
所述阻燃剂为磷、氮复配无卤阻燃剂，即
含磷阻燃剂与含氮成炭剂的重量比为3-4：1。
7.根据权利要求6所述的复合材料，其特征在于，
含磷阻燃剂包括次磷酸盐、烷基次磷酸盐或PX-200中的一种或几种，且含磷阻燃剂的粒径小于3微米；以及
含氮成炭剂包括三嗪大分子成炭剂。
8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，
所述润滑剂包括硅酮母料、EBS、聚乙烯蜡中的一种或几种。
9.一种聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将主料和辅料分别加入双螺杆挤出机，在螺杆作用下通过剪切、熔融及混合；
拉条；以及
切成颗粒料。
10.一种绝缘子护套，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料；
所述聚偏氟乙烯-聚乙烯复合材料适于通过注塑机预塑、注射、保压及冷却成型，即所述绝缘子护套。
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