光交联聚乙烯电线电缆基线及制法制造技术

本发明专利技术采用紫外光交联方法生产包覆交联聚乙烯层的电线电缆基线，将聚乙烯基料、光引发剂、多能团交联剂、主抗氧剂、辅抗氧剂等按一定配比和程序混炼，造粒，经挤塑机挤出，包覆在导电线芯上，在熔融透明状态下经主波长３００－４００ｍｍ、功率密度５０－２００Ｗ／ｃｍ的紫外光在距３－９ｃｍ处均匀照射５－２０秒，进行紫外光交联。本发明专利技术工艺简单，设备体积小，机动性好，不需专用厂房，易对原电线电缆生产线稍加改造而实施，投资少，产品具有优良的耐压性能和耐热性能。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高聚物光交联、电线电缆及其制造方法。目前电线电缆高聚物绝缘层或护层的交联方法主要有化学法和辐射法。化学法交联有连续硫化法(CV)和硅烷法两种。连续硫化法是目前最广泛使用的技术，此法以过氧化物为热引发剂，将其混合在聚乙烯材料内，在过氧化物分解温度下低温挤出成形到电线电缆的导电线芯上，然后加热到它的分解温度以上进行连续交联反应，一般需在长达100米左右的CV管道内、高温高压下进行，适合制造中、高压电缆，对于超过50KV的高压电缆是目前唯一的交联方法。该方法需庞大的专用厂房，占地面积大;热效率低，能耗大;交联反应速率低，时间长，成本高;工艺参数多而复杂，机动性差，更换线种时的时间损失和线头线尾废料量大。由于必须在过氧化物分解温度下低温挤出，产品可加工性差，质量稳定性低，且不适合于小线品种生产。硅烷法交联也存在着与此类似的局限性，且硅烷法交联化合物的放置寿命有限，工艺条件不易控制。辐射法交联须建钴源或电子加速器等辐射源，一次性投资大，设备庞大复杂，造价高，须有专用厂房和配套设施，工艺复杂，操作和维护不易，要求严格的安全防护条件。高能电子束辐照交联还存在电荷累积、产生气泡等问题，影响产品的使用性能。聚乙烯紫外光交联是美国Oster等人于1956年开始研究的。但由于紫外光穿透力差，光交联反应速率低，难于使聚乙烯厚样品发生均匀交联。由于未找到高效的光引发体系和相应的光照条件，光交联反应速率低，需要长达几分钟以上的时间才能达到一定的交联度，尚不能在工业上实际应用。至今国际上仅限于对不超过0.3mm的薄样品进行紫外光涂层固化或其它表面改性，尚未见在工业上成功地对厚度大于1mm的聚乙烯厚样品本体采用紫外光交联的报导。八十年代以来，随着紫外应用技术和紫外光源制造技术的发展，国际著名光化学家、瑞典皇家科学院院士B.R nby教授领导的实验室开始研究聚乙烯厚样品的本体紫外光交联，并在交联厚度、速率和均匀性等方面取得了具有工业应用前景的突破性进展。本专利技术人发表在日本J.Photopolym.Sci.& Tech.2(2)，269-276(1989)、中国《辐射研究与辐射工艺学报》Vol.8，No.3，129-135(1990)和《高分子材料科学与工程》No.6，37-43(1990)杂志上的三篇文章中，介绍了在R nby实验室进行聚乙烯紫外光交联应用基础研究的一些结果，这些结果提出了对聚乙烯厚样品(＞1mm)进行本体紫外光交联选择条件的基本依据，显示了成功的关键在于选择合适的光引发体系和使紫外光照条件优化。本专利技术的目的是对上述实验室结果进一步完善，提供一类用光交联聚乙烯作为绝缘层的电线电缆基线及其紫外光交联生产方法。本专利技术采用紫外光交联方法制备以光交联聚乙烯为绝缘层的电线电缆基线。将聚乙烯料混炼造粒后，经由挤塑机包覆到导电线芯上形成绝缘层，其特点在于所述聚乙烯绝缘层采用紫外光交联方法制造，该方法包括以下工艺1.光交联聚乙烯配料成分和重量比为A料.聚乙烯基料 100 D料.主抗氧剂 0.01-2B料.光引发剂 0.3-4 E料.辅抗氧剂 0.01-2C料.多官能团交联剂 0.3-5 F料.填充剂 0-20上述A料可以是支化低密度聚乙烯(LDPE)、线形低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、或其中二者、或其三者的混合物;B料可以是二苯甲酮(BP)或其衍生物，如2-氯苯酮(2-CBP)、4-氯苯酮(4-CBP)、或4，4′-二氯苯酮(4，4′-DCBP);C料可以是三聚氰酸三烯丙酯(TAC)、三聚异氰酸三烯丙酯(TAIC)、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三烯丙醚(TMPAE)、或季戊四醇三烯丙醚(PETAE)、季戊四醇四烯丙醚或其混合物;D料可以是酚类抗氧剂，如4，4′-硫代双(6-特丁基-3-甲基苯酚)(300＃)或四[亚甲基-3-(3′，5′-二特丁基-4′-羟基苯基)丙酸酯]甲烷(1010);E料是可与D料发生协同效应的亚磷酸酯类，如亚磷酸三苯酯(TPP)或含硫酯类，如硫化二丙酸二月桂酯(DLTDP)，还可以是磷酸酯类如磷酸三苯甲酯;F料可以是硬酯酸金属盐类如硬酯酸钙、硬酯酸铅或硬酯酸钡。2.混炼造粒工艺将炼塑机预热到A料的软化温度、投入A料，待其塑化后，边混炼边依次加入D、E、F、B和C各料，保持在聚乙烯配料软化温度混炼4-10分钟，薄通、混匀后，造成5-25mm3大小的粒料。3.挤塑包覆聚乙烯层工艺将上述粒料加入预热到机尾温度90-120℃机身温度140-160℃的塑料挤出机内，在机头温度170-210℃下将聚乙烯料挤出，均匀包覆成形在导电线芯上，根据需要控制包覆聚乙烯层厚度在0.4-3mm。4.紫外光交联工艺使从挤塑机头中挤出包覆成形在导电线芯上的聚乙烯层在尚处于熔融透明状态而未发生偏心的情况下进入紫外光交联箱，该紫外光交联箱安置在距挤塑机机头15-70cm处，在主波长范围300-400nm、功率密度50-200W/cm的紫外光下，使电线聚乙烯层与光源相距3-9cm，均匀光照5-20秒，进行紫外光交联;电线牵引速率根据光强和光照时间而定，一般控制在几米-几十米/分钟，调节通过光照区的冷却介质流量以使光照区温度稳定在待光交联材料的熔融温度范围内。冷却介质可采用氮气、惰气或空气。采用氮气或惰气可防止光交联过程中聚乙烯层表面发生氧化。但就大规模工业生产而言，采用空气作为冷却介质较为方便且可降低成本。冷却气体直接通过光照区不仅起到冷却控温作用，同时还将光照区的臭氧和其他挥发物带走，起着净化光照区环境的作用。也可采用将冷却介质经由导热夹套或管道对光照区进行间接冷却，此时冷却介质可采用水、油、或其它流体，并可将传出的余热加以利用。在采用间接冷却方式时，须另开排风口，以一定流量抽走光照区内的臭氧和挥发物以净化光照区环境。聚乙烯紫外光交联法工业应用的关键是(1)提高光交联反应速率;(2)增加紫外光的穿透深度;(3)改善交联均匀性。本专利技术选用包括光引发剂和多官能团交联剂的配方体系以进行强化光交联，提高了光交联反应的引发效率和交联速率，交联反应不仅发生在聚乙烯主要结构单元之间，还通过多官能团交联剂的有关基团彼此联接，且后者反应速率高于前者，使光交联反应迅速扩展到深层，从而使光交联反应体系较快地形成三维网络结构。多官能团交联剂还起着改善交联均匀性的作用。聚乙烯交联主要发生于非晶态。将聚乙烯加热到熔融态可使常温下聚乙烯中的晶态转变为非晶态，从而可大大减少反应体系对紫外光的散射，增加紫外光的穿透深度和交联均匀性并使光交联速率迅速提高。因此本专利技术尽量采用无色或本色的原料，并加热到熔融透明状态进行光交联。光交联反应速率与光强的选择有密切的关系。本专利技术选用高功率输出的紫外光源、适当的光照距离和光照时间，以保证一定的交联度。一般光照时间为5-20秒，其交联度为70-85%。光照时间太短会使交联度不够，光照时间太长会使材料脆化，影响机械力学性能。本专利技术聚乙烯配方中选用适当比例的抗氧剂，目的是增强交联聚乙烯材料的抗氧老化能力，延长聚合物绝缘材料的使用寿命。抗氧剂用量太少会起不到抗氧老化作用;用量太多会影响光引发体系的光交联效率。加入辅抗氧剂主要是使之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电线电缆基线，由导电线芯包覆聚乙烯绝缘层而成，其特征在于所述聚乙烯绝缘层（１）由下述原料成分和重量配比的光交联聚乙烯料Ａ．聚乙烯基料１００Ｂ．光引发剂０．３－４Ｃ．多官能团交联剂０．３－５Ｄ．主抗氧剂０．０１－２Ｅ．辅抗氧剂０．０１－２（２）经紫外光交联而成，（３）厚度为０．４－３ｍｍ，（４）耐压２０－１５０ＫＶ（ＤＣ），（５）耐温等级为１２５℃。

【技术特征摘要】
1.一种电线电缆基线，由导电线芯包覆聚乙烯绝缘层而成，其特征在于所述聚乙烯绝缘层(1)由下述原料成分和重量配比的光交联聚乙烯料A.聚乙烯基料 100B.光引发剂0.3-4C.多官能团交联剂 0.3-5D.主抗氧剂0.01-2E.辅抗氧剂0.01-2(2)经紫外光交联而成，(3)厚度为0.4-3mm，(4)耐压20-150KV(DC)，(5)耐温等级为125℃。2.如权利要求1所述的电线电缆基线，其特征在于所述光交联聚乙烯料配方中，A料可以是支化低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、或其中二者、或其三者的混合物;B料可以是二苯甲酮或其衍生物，如2-氯苯酮、4-氯苯酮或4，4′-二氯苯酮;C料可以是三聚氰酸三烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三烯丙醚、或季戊四醇三烯丙醚、季戊四醇四烯丙醚或其混合物;D料可以是酚类抗氧剂，如4，4′-硫代双(6-特丁基-3-甲基苯酚)或四[亚甲基-3-(3′，5′-二特丁基-4′-羟基苯基)丙酸酯]甲烷;E料可以是亚磷酸酯类、含硫酯类或磷酸酯类，如亚磷酸三苯甲酯、硫化二丙酸二月桂酯、磷酸三苯甲酯;还可以加入0-20重量比的填充剂F料硬酯酸金属盐类，如硬酯酸钙、硬酯酸铅或硬酯酸钡。3.权利要求1所述电线电缆基线的生产方法，将聚乙烯料混炼造粒后，经由挤塑机包覆到导电线芯上形成绝缘层，其特征在于所述聚乙烯绝缘层采用紫外光交联方法制造，该方法包括以下工艺(1)光交联聚乙烯配料成分和重量比为A料.聚乙烯基料 100B料.光引发剂 0.3-4C料.多官能团交联剂 0.3-5D料.主抗氧剂 0.01-2E料.辅抗氧剂 0.01-2(2)混炼造粒工艺将炼塑机预热到A料的软化温度、...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟保钧，施文芳，梁任又，金嗣，徐云华，王振华，本特郎比，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，中国科学院辐射技术公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]