【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚乙烯绝缘材料制备，涉及一种交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料及其制备方法。
技术介绍
1、高压电缆的内部由导线输电，导线的外层依次包裹绝缘层、保护层和屏蔽层，屏蔽层外部则包裹有耐磨耐腐蚀的护套，对内部结构起到物理保护作用。其中，绝缘层是决定电缆运输等级、安全与电能质量的最重要部分。交联聚乙烯本身具备优异的电气性能和机械性能，是10-220kv电力电缆的主要绝缘材料。
2、聚乙烯是由乙烯在催化剂的作用下通过加聚反应得到的高分子聚合物，是种线性分子结构，在高温下极易变形。聚乙烯受到高能射线或交联剂的作用，在一定条件下，从线性变成网状结构；由热塑性转变成为不溶不熔的交联聚乙烯材料，交联聚乙烯与聚乙烯相比具有以下特性：(1)耐热性提高，在短时使用温度从125℃提高到150℃，甚至短时间使用温度可达250℃；(2)耐环境应力和冷流性提高；(3)化学稳定性提高，改善了耐热老化性使得长期使用温度从70℃提升到90℃；(4)有利于在生产过程消除气泡，提高电缆绝缘的电压等级。
3、电力电缆日常运行中的负载、过载电流导致其中的导线发热，最高温度可达到95℃左右，交联聚乙烯绝缘层在长期热应力的作用下会发生氧化降解，影响电力电缆的电场分布以及空间电荷分布。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料及其制备方法，通过过氧化物交联剂和硅烷交联剂复配使用，将高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯进行交联，得到具备优异柔韧性和
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料的制备方法，所述制备方法包括：
4、(ⅰ)将蒙脱土浸泡于偶联剂溶液中并加热搅拌一段时间，随后经过滤、洗涤和干燥后得到硅烷化蒙脱土；将苯酚、部分硅烷化蒙脱土、部分催化剂和部分镍盐混合得到反应液，向反应液中分批加入甲醛、剩余的硅烷化蒙脱土、剩余的催化剂和剩余的镍盐并梯度升温以发生缩聚反应，反应结束后对反应产物进行过滤、洗涤和干燥后得到改性蒙脱土；
5、(ⅱ)将玻璃微珠分散于多巴胺溶液中混合搅拌一段时间得到混合液，向混合液中加入硅烷偶联剂的乙醇水溶液，混合搅拌一段时间后过滤、洗涤和干燥得到活化玻璃微珠；将氮化硼纳米片分散于有机溶剂中得到包覆溶液，将活化玻璃微珠与包覆溶液混合搅拌使得氮化硼纳米片包覆于玻璃微珠表面，经过滤、洗涤和干燥后得到改性玻璃微珠；
6、(ⅲ)将高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和硅烷交联剂混合搅拌，向混合物中加入步骤(ⅰ)得到的改性蒙脱土、步骤(ⅱ)得到的改性玻璃微珠、过氧化物交联剂、润滑剂和抗氧剂，继续混合搅拌得到混合物料；将混合物料送入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到所述交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料。
7、本专利技术通过过氧化物交联剂和硅烷交联剂复配使用，将高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯进行交联，得到具备优异柔韧性和机械强度的交联聚乙烯基体；同时以改性蒙脱土和改性玻璃微珠作为交联聚乙烯基体的增强填料，在保证柔性电缆绝缘层材料绝缘性能的同时大幅提高了柔性电缆绝缘层材料的力学性能和导热性能，可对金属导线产生的热量进行快速传递耗散，以避免电力电缆热量过高影响其电场分布以及空间电荷分布。
8、蒙脱土的层间距一般在1-1.5mm之间，由于蒙脱土较小的层间距以及表面的疏油性和较大的表面能，使得交联聚乙烯大分子链很难直接进入蒙脱土的片层间，也不利于蒙脱土在交联聚乙烯基体中的分散，因此需要对蒙脱土进行改性处理。本专利技术采用原位插层聚合法制备得到了改性蒙脱土，首先利用硅烷偶联剂对蒙脱土进行有机改性，将硅烷偶联剂引入蒙脱土的片层间制备有机蒙脱土，使其表面疏水化，同时改善了蒙脱土的界面极性和化学微环境，以利于后续苯酚单体和甲醛单体进入蒙脱土的片层间与其结合形成改性蒙脱土。
9、在硅烷偶联剂的作用下，苯酚单体和甲醛单体通过扩散和吸引等作用力得以顺利进入蒙脱土的片层内，在催化剂作用下，苯酚单体和甲醛单体在蒙脱土的片层间引发聚合反应形成酚醛树脂，一方面，聚合反应放出的巨大热量克服了蒙脱土的片层间的库伦力，使得蒙脱土的片层之间剥离，从而使蒙脱土的片层以纳米尺度分散于交联聚乙烯基体中；另一方面，随着聚合反应的发生，蒙脱土的层间生成的酚醛树脂含量提高，蒙脱土的片层被酚醛树脂撑开扩大，从而与酚醛树脂形成了插层型结构，酚醛树脂分子链段嵌入蒙脱土的片层间，对氧气和热量具有一定的阻隔效果，因此可以有效缓解交联聚乙烯基体受热分解，从而提高交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料的耐热能力。
10、在熔融挤出造粒过程中，剥离后的氮化硼纳米片与聚乙烯树脂之间的分散性较差，使得氮化硼纳米片在交联聚乙烯基体中所形成的导热通路减少，为此，本专利技术引入玻璃微珠作为增强填料和氮化硼纳米片的负载基体，将包覆有氮化硼纳米片的玻璃微珠分散于交联聚乙烯基体中，一方面可以作为增强填料提高交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料的力学性能，另一方面可以作为负载基体提高氮化硼纳米片在交联聚乙烯基体中的分散均匀性，进而提高交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料的导热性能。
11、为了提高玻璃微珠与交联聚乙烯基体之间的界面相容性，本专利技术采用多巴胺和硅烷偶联剂对玻璃微珠进行表面改性处理，其优势在于：
12、(1)通过多巴胺单体的氧化自聚合在玻璃微珠表面沉积包覆形成一层均匀的聚多巴胺层，以在玻璃微珠表面引入可反应的氨基和羟基，聚多巴胺层作为二次反应平台，可与硅烷偶联剂水解后生成的硅羟基发生化学键结合，使得硅烷偶联剂分子得以接枝于聚多巴胺层表面，硅烷偶联剂可以提高玻璃微珠与交联聚乙烯基体之间的界面相容性和粘合性，从而提高了玻璃微珠在交联聚乙烯基体中的分散性，以达到玻璃微珠对交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料的力学增强效果；
13、(2)聚多巴胺层具有疏松多孔结构，通过调整多巴胺对玻璃微珠的表面处理工艺参数，可以实现对聚多巴胺层表面粗糙度的调控，聚多巴胺层疏松多孔结构和表面粗糙结构赋予了玻璃微珠较大的表面积，便于氮化硼纳米片在玻璃纤维表面沉积附着；此外，聚多巴胺分子链上的酚羟基还可以作为与氮化硼纳米片之间的活性反应位点；在物理机械啮合和化学键结合的双重作用下，使得氮化硼纳米片得以均匀包覆于玻璃纤维表面；氮化硼纳米片以玻璃微珠作为负载基体，借助玻璃微珠在交联聚乙烯基体中的分散，使得氮化硼纳米片也得以在交联聚乙烯基体中均匀分散；
14、(3)在玻璃微珠表面沉积聚多巴胺层后，玻璃微珠表面出现聚多巴胺分子聚积形成的颗粒物；通过聚多巴胺改性后的玻璃微珠表面的浸润性显著提高，表面极性基团数量明显增加，但玻璃微珠的力学性能及其与交联聚乙烯基体的界面剪切强度均有所下降，这是由于多巴胺溶液中含有碱性的tris-hcl缓冲液，对玻璃微珠的力学性能造成影响，在外力作用下，玻璃微珠本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述偶联剂溶液包括硅烷偶联剂和乙醇水溶液；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，将参与反应的全部硅烷化蒙脱土按质量分为三份，分别为第一硅烷化蒙脱土、第二硅烷化蒙脱土和第三硅烷化蒙脱土，所述第一硅烷化蒙脱土、第二硅烷化蒙脱土和第三硅烷化蒙脱土的质量比为1:(3-4):(5-6)；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，所述缩聚反应的具体操作步骤如下：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，所述玻璃微珠的粒径为30-50μm；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，所述有机溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的任意一种或至少两种的组合；
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅲ)中，所述双螺杆挤出机的料筒内沿混合
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(Ⅲ)中，所述硅烷交联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷和/或乙烯基三乙氧基硅烷；
9.一种采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料，其特征在于，所述交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料包括高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、改性蒙脱土、改性玻璃微珠、硅烷交联剂、过氧化物交联剂、润滑剂和抗氧剂。
10.根据权利要求9所述的交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料，其特征在于，所述交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料包括如下重量份的各组分：
...【技术特征摘要】
1.一种交联聚乙烯基柔性电缆绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(ⅰ)中，所述偶联剂溶液包括硅烷偶联剂和乙醇水溶液；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(ⅰ)中，将参与反应的全部硅烷化蒙脱土按质量分为三份，分别为第一硅烷化蒙脱土、第二硅烷化蒙脱土和第三硅烷化蒙脱土，所述第一硅烷化蒙脱土、第二硅烷化蒙脱土和第三硅烷化蒙脱土的质量比为1:(3-4):(5-6)；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(ⅰ)中，所述缩聚反应的具体操作步骤如下：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(ⅱ)中，所述玻璃微珠的粒径为30-50μm；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(ⅱ)中，所述有机溶剂包括n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩雪光，卢柱，周云，薛世鹏，唐俊，
申请(专利权)人：浙江光大普特通讯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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