CN113248832A

CN113248832A - 一种高压直流聚丙烯电缆料

Info

Publication number: CN113248832A
Application number: CN202110147115.3A
Authority: CN
Inventors: 黄凯文; 赵鹏; 赵健康; 欧阳本红; 陈鸿; 刘松华; 田野; 李建英
Original assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; Xian Jiaotong University; State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Current assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; Xian Jiaotong University; State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2021-08-13

Abstract

本发明提供了一种高压直流聚丙烯电缆料，包括以下重量份数的组分：100份共聚改性聚丙烯料和0.5‑1份抗氧剂。本发明中的高压直流聚丙烯电缆料采用石化装置直接生产的共聚聚丙烯为绝缘料，并加入抗氧剂，具有优异的力学性能和电气性能，可替代交联聚乙烯作为高压电缆的绝缘材料，且共聚聚丙烯为热塑性材料，环境友好，电缆退役后可回收再利用，减少了电缆料的使用成本。

Description

一种高压直流聚丙烯电缆料

技术领域

本发明涉及电力***技术领域，具体而言，涉及一种高压直流聚丙烯电缆料及其制备方法。

背景技术

XLPE（交联聚乙烯电缆）具有优异的机械性能和电气性能，是目前挤包型电缆的主要绝缘材料。但是由于交联聚乙烯的交联过程产生的副产物不易去除，电缆纯净度控制难度大，会对其击穿性能和空间电荷性能产生较大的影响。同时交联和脱气过程耗能高、生产效率低，退役后的绝缘部分难以回收利用，焚烧或填埋造成环境污染大。因此，开发一种满足力学和电气性能的环保型电缆极为重要。聚丙烯为热塑性材料，具有良好的电气性能，在其寿命结束后可回收再利用。然而等规聚丙烯存在的一些缺点，如脆性大，低温性能差等使其无法直接应用于电缆料中。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种高压直流聚丙烯电缆料，旨在解决现有聚丙烯电缆料低温性能差导致其无法在电缆料中推广使用的问题。

一个方面，本发明提出了一种高压直流聚丙烯电缆料，所述电缆料包括以下重量份数的组分：100份共聚改性聚丙烯料和0.5-1份抗氧剂。

进一步地，上述高压直流聚丙烯电缆料中，所述抗氧剂选自1, 2-双(3, 5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼、四［β-（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和4，4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）中的一种或几种。

进一步地，上述高压直流聚丙烯电缆料中，所述抗氧剂中，1, 2-双(3, 5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼占所述抗氧剂的总质量的质量分数大于等于50%。

进一步地，上述高压直流聚丙烯电缆料中，所述抗氧剂中，四［β-（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和4, 4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）各自占所述抗氧剂总质量的质量分数均大于等于10%小于等于20%。

进一步地，上述高压直流聚丙烯电缆料中，所述共聚改性聚丙烯为等规聚丙烯或无规聚丙烯。

进一步地，上述高压直流聚丙烯电缆料中，所述共聚改性聚丙烯的融指为2 ±0.5g/10min。

进一步地，上述高压直流聚丙烯电缆料中，所述共聚改性聚丙烯是通过在工业石化装置中加入丙烯、主催化剂，助催化剂或外给电子体、氢气和乙烯进行催化反应而制得的。

进一步地，上述高压直流聚丙烯电缆料中，制备所述共聚改性聚丙烯中的乙烯含量为10wt%~40wt%。

本发明中的高压直流聚丙烯电缆料采用共聚聚丙烯为绝缘料，并加入抗氧剂，具有优异的力学性能和电气性能，可替代交联聚乙烯作为高压电缆的绝缘材料，且共聚聚丙烯为热塑性材料，环境友好，电缆退役后可回收再利用，减少了电缆料的使用成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a为本发明对比例1制备的聚丙烯电缆料的典型偏光显微镜图；

图1b为本发明实施例1制备的聚丙烯电缆料的典型偏光显微镜图；

图2a为本发明对比例2制备的聚丙烯电缆料的典型偏光显微镜图；

图2b为本发明实施例2制备的聚丙烯电缆料的典型偏光显微镜图。

具体实施方式

以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也视为本发明的保护范围。

本发明提供的高压直流聚丙烯电缆料包括以下重量份数的组分：100份共聚改性聚丙烯料和0.5-1份抗氧剂。即：以共聚改性聚丙烯料为基体，100份共聚改性聚丙烯料中添加抗氧剂（0.5~1）份。共聚改性聚丙烯料是由石化装置直接生产的，具体而言，所述共聚改性聚丙烯是通过在工业石化装置中加入丙烯、主催化剂，助催化剂或外给电子体、氢气和乙烯进行催化反应而制得的。制备所述共聚改性聚丙烯的原料中，乙烯的含量为10wt%~40wt%。

其中：所述共聚改性聚丙烯的融指为2 ±0.5g/10min，该融指的测定条件为：230℃下施加2.16kg作用力测试。

所述抗氧剂选自1, 2-双(3, 5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼、四［β-（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和4，4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）中的一种或几种。

所述抗氧剂中，1, 2-双(3, 5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼占所述抗氧剂的总质量的质量分数大于等于50%，其具有抗氧化作用的同时还具有抗铜剂的作用。

也就是说，所述抗氧剂中，可以仅添加1, 2-双(3, 5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼，而不添加四［β-（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和4, 4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）。

当抗氧剂中添加四［β-（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和4, 4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）时，三种抗氧剂各自占所述抗氧剂总质量的质量分数均大于等于10%小于等于20%。当然，四［β-（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和4, 4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）各自占所述抗氧剂总质量的质量分数可以相同也可不同。

本发明实施例中，共聚改性电缆绝缘料是由石化装置直接进行催化共聚改性造粒生产得到，同时抗氧剂也是在材料共聚改性过程加入石化装置中。改性完的绝缘料可以直接用于新型环保高压聚丙烯电缆的生产。超净料对于电缆料应用于高压直流电缆上是十分重要的，本发明的制备方式相对于现有技术中，实验室和电缆厂的改性一般采用双螺杆进行二次加工改性的方式而言，可以避免二次加工造成灰尘等杂质的引入，从源头上极大程度上保证了绝缘料的纯净度。

下面以几个具体的实施例详细描述本发明。

实施例1

分别取100份等规聚丙烯改性得到的等规共聚聚丙烯、0.8份1,2-双(3,5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼和0.15份四［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯加入造粒装置直接造粒得到聚丙烯电缆料。

实施例2

分别取100份无规聚丙烯改性得到的无规共聚聚丙烯、0.6份1,2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼，0.1份四［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、0.1份三（2.4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和0.1份4,4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）加入造粒装置直接造粒得到聚丙烯电缆料。

实施例3

分别取100份等规聚丙烯改性得到的等规共聚聚丙烯、0.4份1,2-双(3,5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼和0.1份四［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯加入造粒装置直接造粒得到聚丙烯电缆料。

实施例4

分别取100份无规聚丙烯改性得到的无规共聚聚丙烯、0.55份1,2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼，0.15份四［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、0.15份三（2.4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和0.15份4,4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）加入造粒装置直接造粒得到聚丙烯电缆料。

对比例1

分别取100份等规聚丙烯和0.9份1，2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼加入造粒装置直接造粒得到聚丙烯电缆料。

对比例2

分别取100份无规聚丙烯、0.5份1，2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼、0.1份四［β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、0.1份三（2.4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和0.1份4,4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）加入造粒装置直接造粒得到聚丙烯电缆料。

将实施例1、2及对比例1、2制得的聚丙烯电缆料进行性能测试，测试结果如下表：

可以看出，本发明实施例1和实施例2制备的聚丙烯电缆料断裂伸长率相较于对比例1和对比例2中未改性的聚丙烯绝缘料有较大的的改善，而且共聚改性后的聚丙烯其弹性模量都有较大程度的下降，材料的柔韧性更好，共聚聚丙烯有着更为优异的机械性能。同时，从常温下和高温下的体积电阻率可以看出，共聚改性后随温度变化的更小；从拉伸性能和温度体积电阻率综合来看，共聚改性的聚丙烯材料用作高压直流电缆的绝缘材料具有较大的优势。

进一步的，对本发明实施例1、对比例1、实施例2及对比例2制备的聚丙烯电缆料进行偏光显微镜扫描，从得到的聚丙烯绝缘料的形貌结构图中可以发现：对比例1中的聚丙烯绝缘料形貌图中球晶表面光滑，十字消光现象明显；实施例1中的聚丙烯绝缘料形貌图中能看到完整的球晶结构，球晶轮廓明显，球晶表面结构比较粗糙,可以观察到球晶结构上似乎存在某种“杂质”；对比例2中的聚丙烯绝缘料形貌图中未杂散状结晶，不能观察到明显的球晶结构，结晶过程中，两种材料的视野范围内均产生了大量的晶核；实施例2中的聚丙烯绝缘料形貌图中很难找到完整的球晶结构，绝大多数结晶都是以一种碎晶的形式存在。

由于较高的结晶度和较大的晶体尺寸有利于击穿强度，防止电缆运行过程中可能出现的击穿类型的故障，但同时高的结晶度也会使材料的机械强度增大，脆性增大，不利于电缆的施工安装。需要根据共聚改性，在机械性能与电性能之间进行调节平衡。图1b和图2b 中观察到的典型的核壳结构是共聚改性PP中一种特有的结构，这种结构能平衡材料的机械性能与力学性能。

综上，本发明提供的高压直流聚丙烯电缆料主要由共聚改性聚丙烯料和抗氧剂组成，由该组分制备的聚丙烯电缆料的断裂伸长率有较大的的改善，已经超过了XLPE的断裂伸长率（约为500%），且弹性模量有较大程度的下降，材料的柔韧性更好，有利于电缆的敷设，共聚聚丙烯有着优异的机械性能。同时，共聚改性后的电缆料随温度变化的更小。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高压直流聚丙烯电缆料，其特征在于，所述电缆料包括以下重量份数的组分：100份共聚改性聚丙烯料和0.5-1份抗氧剂。

2.根据权利要求1所述的高压直流聚丙烯电缆料，其特征在于，所述抗氧剂选自1, 2-双(3, 5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼、四［β-（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和4，4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）中的一种或几种。

3.根据权利要求3所述的高压直流聚丙烯电缆料，其特征在于，所述抗氧剂中，1, 2-双(3, 5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼占所述抗氧剂的总质量的质量分数大于等于50%。

4.根据权利要求3所述的高压直流聚丙烯电缆料，其特征在于，所述抗氧剂中，四［β-（3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯、三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯和4,4'-硫代双（6-叔丁基-3-甲基苯酚）各自占所述抗氧剂总质量的质量分数均大于等于10%小于等于20%。

5.根据权利要求1所述的高压直流聚丙烯电缆料，其特征在于，所述共聚改性聚丙烯为等规聚丙烯或无规聚丙烯。

6.根据权利要求1所述的高压直流聚丙烯电缆料，其特征在于，所述共聚改性聚丙烯的融指为2 ±0.5g/10min。

7.根据权利要求1所述的高压直流聚丙烯电缆料，其特征在于，所述共聚改性聚丙烯是通过在工业石化装置中加入丙烯、主催化剂，助催化剂或外给电子体、氢气和乙烯进行催化反应而制得的。

8.根据权利要求7所述的高压直流聚丙烯电缆料，其特征在于，制备所述共聚改性聚丙烯中的乙烯含量为10wt%~40wt%。