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一种抗静电聚烯烃电缆料、电缆线外皮及其制作方法

2021-01-27 13:03:51

一种抗静电聚烯烃电缆料、电缆线外皮及其制作方法

  技术领域

  本发明涉及电缆技术领域,更具体地说,它涉及一种抗静电聚烯烃电缆料、电缆线外皮及其制作方法。

  背景技术

  电缆线从内向外依次是由导体线芯、绝缘护套和电缆线外皮制作而成的;上述缘护套和电缆线外皮依次包覆在导体线芯外。由于原料丰富,价格低廉,容易加工成型,综合性能优良,聚烯烃成为了一类产量最大,应用十分广泛的高分子材料。但是聚烯烃有很强的电绝缘性,目前,添加抗静电剂是消除聚烯烃静电最为常用的方法。所谓抗静电剂是指涂覆于材料表面或掺和在材料内部,以减少静电累积的助剂。抗静电剂按结构可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型和高分子型等。按使用方法有外涂型和内添加型两大类。

  目前常用的有阳离子型的季铵盐(如抗静电剂SN(硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵硝酸盐)、抗静电剂LS[(3-月桂酰胺丙基)三甲基铵硫酸甲酯盐]、抗静电剂609[(N,N'-双(2-羟基乙基)-N-(3'-十二烷氧基-2'-羟基丙基)甲胺硫酸甲酯盐)、抗静电剂SP(硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐)和非离子型的酯类(如硬脂酸单甘酯、油酸单甘酯、月桂酸单甘酯)。这两类抗静电剂都有其缺点,阳离子抗静电耐热性能较差,高温下容易分解,从而影响其抗静电性能及塑料制品颜色;非离子抗静电剂性能较差,很多情况下不能达到抗静电要求。

  发明内容

  针对现有技术存在的抗静电性能较差的问题,本发明的第一个目的在于提供一种抗静电聚烯烃电缆料,所述抗静电聚烯烃电缆料具有高效持久的抗静电优点。

  本发明的第二个目的在于提供一种电缆线外皮,所述电缆线外皮具有耐环境应力开裂、高效持久的抗静电优点。

  本发明的第三个目的在于提供一种电缆线外皮的制作方法,所述制作方法具有操作简单方便,且适用于工业大批量生产的优点。

  本发明的第四个目的在于提供一种电缆线,所述电缆线具有耐环境应力开裂、高效持久的抗静电优点。

  为实现上述第一个目的,本发明提供了如下技术方案:一种抗静电聚烯烃电缆料,抗静电聚烯烃电缆料由以下重量份的原料制成;

  内层电缆料 50-65份;

  第一隔层电缆料 5-8份;

  导热中间层电缆料 30-40份;

  第二隔层电缆料 5-8份;

  表层电缆料 15-20份;

  所述表层电缆料选自KPH-805电缆料;所述导热中间层电缆料选自掺杂处理后的聚乙炔颗粒;

  所述内层电缆料、第一隔层电缆料、导热中间层电缆料、第二隔层电缆料和表层电缆料按照靠近电缆线的方向依次重叠设置,并且相邻两层之间粘结固定。

  通过采用上述技术方案,通过采用上述技术方案,利用KPH-805电缆料具有一定的吸水性性能,此时在第一隔层电缆料的作用下,水汽不会进入到电缆表皮内,同时利用其吸水性能,在电缆线外皮的表面形成连续的水膜,利用水的导电性可以有效的去除因表面摩擦引起的静电附着,抗静电较好。

  其次,导热中间层电缆料具有较高的导热、吸热作用能够将电缆线工作产生的热量快速沿着中间层疏导到电缆线外皮外,由此利用导热中间层电缆料的吸热和导热作用,使得表层电缆料的表面形成低温区,空气中的水汽遇冷容易凝结在表层电缆料的表面上,有助于线缆线上水膜的形成,因此,获得了高效持久的抗静电效果。

  进一步地,所述内层电缆料由包含以下重量份的原料制成:

  乙烯-醋酸乙烯共聚物 45-60份;

  高密度聚乙烯20-40份;

  氢氧化镁10-30份;

  氟硅烷偶联剂3-5份;

  相容剂5-10份;

  空心玻璃微珠20-50份;

  所述内层电缆料的制作方法,包括按配比将乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、三分之一的相容剂、三分之一至二分之一的氢氧化镁在高速混合机中以600-900转/秒的速度混合10-20min,然后经由双螺杆造粒机混合塑化造粒,得到基料;

  将所述基料、氟硅烷偶联剂、剩余的氢氧化镁、剩余的相容剂和剩余的氟硅烷偶联剂在高速混合机中以600-850转/秒的速度混合5-10min,再在双阶机中捏合塑化造粒,得到粒料;

  将所述粒料在高速混合机中以500-600转/秒的速度混合5-8min,接着转移至搅拌机中以150-200转/秒,边搅拌边加入空心玻璃微珠,要求20-35min加完,继续搅拌5-8min,再经由双螺杆造粒机塑化造粒得到内层电缆料。

  进一步地,所述第一隔层电缆料选自聚丙烯PPR粒子、PE塑料粒子中的一种或几种的组合物,所述第二隔层电缆料选自聚丙烯PPR粒子、PE塑料粒子中的一种或几种的组合物;所述聚丙烯PPR粒子选用无规共聚聚丙烯粒子99-99.9%和色母料1-0.1%。

  为实现上述第二个目的,本发明提供了如下技术方案:

  一种抗静电聚烯烃电缆料制作而成的电缆线外皮,电缆线外皮从靠近导体线芯的方向依次粘附有内层、第一隔层、导热中间层、第二隔层和表层。

  进一步地,所述表层沿所述电缆外皮周向开设有多组间隔设置的散热孔分布带,所述散热孔分布带占表层总表面积的1/5-1/3,每组所述散热孔分布带均是由多个沿电缆外皮的长度方向间隔设置的散热孔组成的,所述散热孔的直径控制在0.1-0.5纳米。

  通过采用上述技术方案,由于在表层上开设有多个散热孔分布带,此时位于导热中间层内吸收的热量可以通过上述散热孔快速地散发到空气中,有效地降低整个抗静电聚烯烃电缆线表面的温度,使抗静电聚烯烃电缆线表面形成低温区。

  进一步地,所述第一隔层和第二隔层均采用具有多个微孔一的PE塑料薄膜;所述微孔一的内壁直径控制在0.1-0.3纳米。

  通过采用上述技术方案,上述直径的微孔只能让空气通过,并且还能有效阻挡水分通过,此时位于导热中间层内吸收的热量能够随着空气经由多个散热孔分布带快速的排出到抗静电聚烯烃电缆线外,此时不具有散热孔分布带的表面区域温度较低,上述不具有散热孔分布带的表面区域即可形成低温区,上述低温区在表层KPH-805电缆料的吸水作用下,可以在上述不具有散热孔分布带的表面区域形成连续的水膜,从而有助于将电缆表面因摩擦引起的静电沿着电缆的长度方向有序的排走,从而使得上述电缆具有较好的抗静电性能。

  进一步地,所述微孔一的内壁呈直径从大到小逐渐缩小的漏斗状结构,所述第一隔层和第二隔层上微孔一的内壁直径较小的一侧均靠近表层,所述微孔一与散热孔内外一一对应设置。

  通过采用上述技术方案,利用第一隔层和第二隔层上微孔一的漏斗状结构,有助于将导热中间层内吸收的热量随着空气经由多个散热孔分布带快速的排出到抗静电聚烯烃电缆线外,反之上述外界的热量不易经过上述散热孔分布带被导热中间层反向吸收。

  进一步地,所述第一隔层上还设有微孔二,所述微孔二位于相邻两个微孔一之间的第一隔层上,且微孔二的内壁直径较大的一侧靠近表层,所述微孔二与散热孔交叉错位设置。

  通过采用上述技术方案,在不具有散热孔分布带处设置反向漏斗状的微孔二(即微孔二的内壁直径较大的一侧靠近表层),利用上述微孔二,可以将不有散热孔分布带处,因外界摩擦电缆表层而聚集在表层与导热中间层之间的热量,通过上述微孔二被导热中间层带走,并从微孔一和散热孔处排走,由此在表层不有散热孔分布带处进一步形成的低温区,有助于在表层外表面吸附水汽。

  为实现上述第三个目的,本发明提供了如下技术方案:

  一种电缆线外皮的制作方法,包括如下操作步骤:

  步骤一、将多根具有绝缘护套的导体线芯绑扎成束,

  步骤二、将内层电缆料在步骤一的导体线芯与绝缘层外表面挤包;

  步骤三、经冷却5-10min后,将带状的第一隔层按照螺旋形式均匀地粘附在内层外;

  步骤四、将导热中间层电缆料在第一隔层外表面挤包;

  步骤五、经冷却5-10min后,将带状的第二隔层按照螺旋形式均匀地粘附在内层外;

  步骤六、将表层电缆料在第二隔层外表面挤包,并经过冷却后定型处理。

  为实现上述第四个目的,本发明提供了如下技术方案:

  一种抗静电聚烯烃电缆线,抗静电聚烯烃电缆线是由导体线芯、绝缘护套和电缆线外皮制作而成的,所述电缆线外皮是采用上述电缆线外皮的制作方法制作而成的。

  综上所述,本发明具有以下有益效果:

  第一、由于本发明采用KPH-805电缆料作为表层电缆料,掺杂处理后的聚乙炔颗粒作为导热中间层电缆料,以及第一隔层电缆料和第二隔层电缆料之间的相互复配,由于表层电缆料的吸水和导热中间层的吸热、导热性能,使得上述抗静电聚烯烃电缆料获得了高效持久的抗静电效果。

  第二、本发明中优选采用第一隔层和第二隔层,由于微孔一和微孔二的结构的特点,上述抗静电聚烯烃电缆料获得了高效持久的抗静电效果。

  第三、本发明的方法,通过依次表面挤包操作,将电缆线外皮的多层结构依次包复在多根具有绝缘护套的导体线芯外,并使之形成特有的抗静电聚烯烃电缆线结构,因此上述制作方法具有操作简单方便,且适用于工业大批量生产的优点。

  附图说明

  图1为本发明提供的一种抗静电聚烯烃电缆线的立体图;

  图2为本发明提供的一种抗静电聚烯烃电缆线外皮的结构示意图。

  附图说明:1、导体线芯;2、绝缘护套;3、电缆线外皮;4、内层;5、第一隔层;6、导热中间层;7、第二隔层;8、表层;9、散热孔分布带;10、散热孔;11、微孔一;12、微孔二。

  具体实施方式

  以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

  一、试验材料说明

  乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA),日本尤尼卡有限公司,牌号8450;

  高密度聚乙烯(HDPE),韩国大林公司,牌号5502,密度0.955g/cm3;

  氢氧化镁Mg(OH)2,大连亚泰科技新材料有限公司;

  空心玻璃微珠,东莞市德辉塑胶科技有限公司,商品品牌:东莞德辉,型号KW6B,粒径2-5μm,主要成份SiO2、Al2O3等;

  全氟辛磺酰氨丙基三乙氧基硅烷,武汉卡米克科技有限公司,规格25KG/纸板桶,含量99%,品牌kmk;

  三元乙丙橡胶接枝马来酸酐,产地:美国斯泰隆,品牌:美国盛禧奥;型号:3722P;

  乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐(PC-28),佛山市南海柏晨高分子新材料有限公司,接枝率为0.8-1.2%,熔融指数(g/10min)≤1.5。

  二、制备例

  (一)、内层电缆料的制备例

  制备例A:一种内层电缆料,内层电缆料由包含以下重量份的原料制成:45份乙烯-醋酸乙烯共聚物、20份高密度聚乙烯、10份氢氧化镁、3份氟硅烷偶联剂、5份相容剂、20份空心玻璃微珠。

  其次,氟硅烷偶联剂为全氟辛磺酰氨丙基三乙氧基硅烷;相容剂选为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐和乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐;三元乙丙橡胶接枝马来酸酐和乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐重量比为1:2。

  上述制备例A的内层电缆料的制作方法,包括按配比将乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、三分之一的相容剂、三分之一至二分之一的氢氧化镁在高速混合机中以600转/秒的速度混合20min,然后经由双螺杆造粒机混合塑化造粒,得到基料;

  将基料、氟硅烷偶联剂、剩余的氢氧化镁、剩余的相容剂和剩余的氟硅烷偶联剂在高速混合机中以600转/秒的速度混合10min,再在双阶机中捏合塑化造粒,得到粒料;

  将粒料在高速混合机中以500转/秒的速度混合8min,接着转移至搅拌机中以150转/秒,边搅拌边加入空心玻璃微珠,要求35min加完,继续搅拌5min,再经由双螺杆造粒机塑化造粒得到内层电缆料。

  制备例B:一种内层电缆料,内层电缆料由包含以下重量份的原料制成:60份乙烯-醋酸乙烯共聚物、40份高密度聚乙烯、30份氢氧化镁、5份氟硅烷偶联剂、10份相容剂、50份空心玻璃微珠。

  其次,氟硅烷偶联剂为全氟辛磺酰氨丙基三乙氧基硅烷;相容剂选为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐和乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐;三元乙丙橡胶接枝马来酸酐和乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐重量比为1:3。

  上述制备例B的内层电缆料的制作方法,包括按配比将乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、三分之一的相容剂、三分之一至二分之一的氢氧化镁在高速混合机中以900转/秒的速度混合10min,然后经由双螺杆造粒机混合塑化造粒,得到基料;

  将基料、氟硅烷偶联剂、剩余的氢氧化镁、剩余的相容剂和剩余的氟硅烷偶联剂在高速混合机中以850转/秒的速度混合5min,再在双阶机中捏合塑化造粒,得到粒料;

  将粒料在高速混合机中以600转/秒的速度混合5min,接着转移至搅拌机中以200转/秒,边搅拌边加入空心玻璃微珠,要求20min加完,继续搅拌8min,再经由双螺杆造粒机塑化造粒得到内层电缆料。

  (二)、抗静电聚烯烃电缆料的制备例

  制备例1-3:一种抗静电聚烯烃电缆料,抗静电聚烯烃电缆料由以下表1中的重量份的原料制成的。其中,内层电缆料、第一隔层电缆料、导热中间层电缆料、第二隔层电缆料和表层电缆料按照靠近电缆线的方向依次重叠设置,并且相邻两层之间粘结固定。

  表1一种抗静电聚烯烃电缆料中制备例1-3的配方组成

  

  制备例4:一种抗静电聚烯烃电缆料,与制备例1的不同之处在于:上述内层电缆料采用制备例B作为原料。上述第一隔层电缆料采用聚丙烯PPR粒子作为原材料。其中,聚丙烯PPR粒子选用无规共聚聚丙烯粒子99%和色母料1%。上述第二隔层电缆料采用聚丙烯PPR粒子作为原材料;上述聚丙烯PPR粒子选用无规共聚聚丙烯粒子99.9%和色母料0.1%。

  三、实施例

  实施例1:一种电缆线外皮,采用制备例1的抗静电聚烯烃电缆料制作而成的。如图1所示,电缆线外皮从靠近导体线芯的方向依次粘附有内层、第一隔层、导热中间层、第二隔层和表层。

  如图1所示,表层沿上述电缆外皮周向开设有多组长条状且间隔设置的散热孔分布带,上述散热孔分布带占表层总表面积的1/5,每组散热孔分布带均是由多个沿电缆外皮的长度方向间隔设置的散热孔组成的,其中散热孔的直径控制在0.1纳米左右,此时利用上述孔径下的散热孔,外界空气中的水汽不能从上述散热孔进入到表层内,而电缆线外皮内暂存的热量可以通过上述散热孔散发到空气中,从而达到较好的散热作用。

  为了加快导热中间层内吸收的热量快速排出,同时减少外界高温通过散热孔进入到导热中间层内,此时上述第一隔层和第二隔层均采用具有多个微孔一的PE塑料薄膜;上述微孔一的内壁呈直径从大到小逐渐缩小的漏斗状结构,微孔一的内壁直径优先选择在0.1-0.3纳米之间,可以选择0.1纳米的直径,也可以选择0.3纳米的直径,由此利用上述孔径下的微孔一,可以有效阻挡水汽进入到导热中间层中,同时还可以起到良好的散热作用。

  为了进一步加快内部向外散热的同时减少外部热量向内传递,如图2可知,由此可将上述微孔一的内壁呈直径从大到小逐渐缩小的漏斗状结构。与此同时,第一隔层和第二隔层上微孔一的内壁直径较小的一侧均靠近表层,微孔一与散热孔内外一一对应设置。由此利用从表层到导热中间层其微孔一的内壁直径逐渐缩小,可以有效将导热中间层内吸收的热量快速排出到电缆线外,同时减少大气中的热量向内传递。

  如图2可知,为了在不具有散热孔分布带的表层处形成低温区,在第一隔层上还设有微孔二,微孔二位于相邻两个微孔一之间的第一隔层上,且微孔二的内壁直径较大的一侧靠近表层,微孔二与散热孔交叉错位设置。由此可利用上述微孔二,可以将不有散热孔分布带处,因外界摩擦电缆表层而聚集在表层与导热中间层之间的热量,通过上述微孔二被导热中间层带走,并从微孔一和散热孔处排走,由此在表层不有散热孔分布带处进一步形成的低温区,有助于在表层外表面吸附水汽。

  上述实施例1的电缆线外皮制作方法,包括如下操作步骤:

  步骤一、采用橡皮筋将多根具有绝缘护套的导体线芯绑扎成束。

  步骤二、将内层电缆料在步骤一的导体线芯与绝缘层外表面挤包。

  步骤三、经冷却5min后,将带状的第一隔层按照螺旋形式手工均匀地粘附在内层外,螺旋缠绕的过程中使第一隔层形成连续的结构层。

  步骤四、将导热中间层电缆料在第一隔层外表面挤包。

  步骤五、经冷却5min后,将带状的第二隔层按照螺旋形式手工均匀地粘附在内层外,螺旋缠绕的过程中使第二隔层形成连续的结构层。

  步骤六、将表层电缆料在第二隔层外表面挤包,并经过冷却至室温后进行定型处理。随后在将制作完成的电缆上经由辊轴进行表层打孔处理,使在表层上形成具有多组散热孔分布带。

  实施例2:一种电缆线外皮,与实施例1的不同之处在于:上述散热孔分布带占表层总表面积的1/3,每组散热孔分布带均是由多个沿电缆外皮的长度方向间隔设置的散热孔组成的,其中散热孔的直径控制在0.5纳米左右。

  实施例3:一种电缆线外皮,与实施例1的不同之处在于:在步骤三和步骤五中的冷却时间均为10min。

  实施例a:一种抗静电聚烯烃电缆线,抗静电聚烯烃电缆线是由导体线芯、绝缘护套和电缆线外皮制作而成的,上述电缆线外皮是实施例1所述的电缆线外皮的制作方法制作而成的。

  实施例b:一种抗静电聚烯烃电缆线,与实施例a的不同之处在于:上述电缆线外皮是实施例2所述的电缆线外皮的制作方法制作而成的。

  四、对比例

  对比例1:一种电缆线外皮,与实施例1的不同之处在于:上述表层采用橡胶材料。

  对比例2:一种电缆线外皮,与实施例1的不同之处在于:上述表层不具有散热孔分布带。

  对比例3:一种电缆线外皮,与实施例1的不同之处在于:上述表层具有散热孔分布带,但是电缆线外皮内未设置有第一隔层。

  五、性能检测分析

  试验一:抗静电性能

  试验对象:实施例1-3制作得到的电缆线外皮作为试验样1-3,将对比例1-3作为得到的电缆线外皮作为对照样1-3。

  试验结果:试验样1-3均具有较好的拉伸强度、断裂伸长率和耐环境应力开裂。对照样1-3与试验样1-3的拉伸强度、断裂伸长率和耐环境应力开裂相差不大。其次,试验样1-3在电缆表面无水到有水膜过程中其介电常数增加较大,由此可知在电缆线正常的表面无水状态下,试验样1-3的介电常数越小,代表其绝缘性越好。通过在表面具有水膜的情况下,其介电常增大,其导电性能增加,从而能够将电缆线表面的静电快速导走,起到了较好的防静电作用。其次对照样1中介电常变化不大。因此可知,电缆线表面是否有水对其影响不大,且对照样1的防静电性能差于试验样1-3。其次,对照样2-3的电缆线表面温度较高,水分容易散失,水膜不稳定,因此在考核电缆表面有水后的介电常数时,对照样2-3的介电常数小于试验样1-3的,由此可知,上述散热孔分布带和第一隔层具有提高防静电作用。

  表2

  

  具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

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