一种耐寒电缆绝缘材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种耐寒电缆绝缘材料及其制备方法。所述耐寒电缆绝缘材料包括如下质量份数的原料组分：40‑60份聚苯醚、5‑15份高抗冲聚苯乙烯、10‑20份乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、5‑15份相容剂和1‑8份交联剂。所述耐寒电缆绝缘材料是通过将配方量的各原料混合后，依次经双螺杆挤出机和单螺杆挤出机熔融挤出，最后在水中固化稳定的方法制备得到。本发明提供的耐寒电缆绝缘材料具有良好的耐低温性能，较高的机械强度和柔韧性，在低温下长期使用无应力开裂现象。

权利要求

1.一种耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述耐寒电缆绝缘材料包括如下质量份数的原料组分：所述高抗冲聚苯乙烯的冲击强度为7-10kJ/m2，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯单元的含量为40-70wt％。

2.根据权利要求1所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述耐寒电缆绝缘材料包括如下质量份数的原料组分：

3.根据权利要求1或2所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述耐寒电缆绝缘材料的原料组分还包括7-10份阻燃剂。

4.根据权利要求3所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述阻燃剂为氮系阻燃剂和/或磷系阻燃剂。

5.根据权利要求4所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述氮系阻燃剂选自三聚氰胺、双氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐或三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求4所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述磷系阻燃剂选自磷酸盐、次磷酸酯或次磷酸盐、苯基次磷酸盐或二烷基次膦酸盐中的一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求1或2所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述耐寒电缆绝缘材料的原料组分还包括2-3份润滑剂。

8.根据权利要求7所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、氧化聚乙烯蜡或脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求1或2所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述聚苯醚的重均分子量为20000-50000。

10.根据权利要求1或2所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述相容剂选自PS-g-MAH、SEBS-g-MAH、ABS-g-MAH或ASA-g-MAH中的一种或至少两种的组合。

11.根据权利要求1或2所述的耐寒电缆绝缘材料，其特征在于，所述交联剂为过氧化二异丙苯和/或二叔丁基过氧化异丙基苯。

12.根据权利要求1-11任一项所述的耐寒电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将配方量的各原料混合；

(2)将各原料的混合物料通过双螺杆挤出机熔融挤出，得到第一混炼胶料；

(3)将所述第一混炼胶料通过单螺杆挤出机熔融挤出，得到第二混炼胶料；

(4)将所述第二混炼胶料在水中固化稳定，得到所述耐寒电缆绝缘材料。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合是在高速混合机中进行。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述高速混合机的搅拌速率为400-

500r/min。

15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述混合的时间为5-10min。

16.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述双螺杆挤出机的工作温度为180-210℃。

17.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述单螺杆挤出机的工作温度为235-245℃。

18.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述水的温度为80-85℃。

19.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述固化稳定的时间为

20-60min。

20.根据权利要求12-19任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在400-500r/min的转速下混合5-10min；

(2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，在180-210℃下熔融挤出，得到第一混炼胶料；

(3)将所述第一混炼胶料加入单螺杆挤出机中，在235-245℃下熔融挤出，得到第二混炼胶料；

(4)将所述第二混炼胶料在80-85℃的水中固化稳定20-60min，得到所述耐寒电缆绝缘材料。

说明书

一种耐寒电缆绝缘材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于电缆绝缘材料技术领域，具体涉及一种耐寒电缆绝缘材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚苯醚(PPO)是世界五大通用工程塑料之一。它具有优异的物理与力学性能、耐热性能、绝缘等性能，在电子电气及家用电器、办公自动化机械、汽车等输送机械、建材、航空及军事等领域具有广泛的应用。但PPO也存在着流动性较差，加工困难，且存在易应力开裂的问题。

[0003] 近几年电动汽车行业飞速发展，配套的充电设施中的电动汽车充电电缆在产品应用中广泛使用。有别于一般的传统电缆，电动汽车充电线要求电缆的强度、柔软度、耐高温、耐低温度性能都较高。因此，单纯以PPO作为电缆绝缘材料已不能满足电动汽车充电电缆的要求，需要对其进行改性，以提高其耐寒可抗应力开裂的性能。

[0004] 目前因市场初步形成，主要的电动汽车充电电缆生产者和应用者都集中在江浙及珠三角地区，对于高寒地区及北方长期低温使用环境下预计不足。现有的耐寒电缆虽然都标称使用温度为-40～105℃，但实际使用时电缆的耐低温性能往往达不到使用要求，经常出现低温下电缆无法弯曲或弯曲后很硬无法拉直，或长期在低温使用产生应力开裂现象，产生安全隐患。

[0005] 因此，在本领域期望得到一种具有良好耐低温性能的电缆绝缘材料。

发明内容

[0006] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种耐寒电缆绝缘材料及其制备方法。该电缆绝缘材料具有良好的耐低温性能，较高的机械强度和柔韧性，在低温下长期使用无应力开裂现象。

[0007] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：

[0008] 一方面，本发明提供一种耐寒电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：

[0009]

[0010] 本发明采用HIPS和EVA配合，对聚苯醚进行改性，提高其柔韧性；采用交联剂使各基体材料间发生微交联，提高材料整体的强度和抗撕裂性能。从而使得到的电缆绝缘材料具有良好的耐低温性能。

[0011] 本发明中，所述聚苯醚的质量份数可以是40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份或60份等。

[0012] 本发明中，所述高抗冲聚苯乙烯的质量份数可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。

[0013] 本发明中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的质量份数可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

[0014] 本发明中，所述相容剂的质量份数可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。

[0015] 本发明中，所述交联剂的质量份数可以是1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份或8份等。

[0016] 作为本发明的优选技术方案，所述耐寒电缆绝缘材料包括如下质量份数的原料组分：

[0017]

[0018] 作为本发明的优选技术方案，所述耐寒电缆绝缘材料的原料组分还包括7-10份(例如7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等)阻燃剂。

[0019] 优选地，所述阻燃剂为氮系阻燃剂和/或磷系阻燃剂。

[0020] 优选地，所述氮系阻燃剂选自三聚氰胺、双氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐或三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或至少两种的组合。

[0021] 优选地，所述磷系阻燃剂选自磷酸盐、次磷酸酯或次磷酸盐、苯基次磷酸盐或二烷基次膦酸盐中的一种或至少两种的组合。

[0022] 作为本发明的优选技术方案，所述耐寒电缆绝缘材料的原料组分还包括2-3份(例如2份、2.2份、2.4份、2.5份、2.6份、2.8份或3份等)润滑剂。

[0023] 根据实际需要，所述电缆绝缘材料的原料组分还可以包括2-3份的其他加工助剂。本发明对加工助剂的种类不做具体限定，示例性地可以选择抗氧剂、光稳定剂、分散剂等。

[0024] 优选地，所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、氧化聚乙烯蜡或脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种或至少两种的组合；例如可以是季戊四醇硬脂酸酯与氧化聚乙烯蜡的组合、季戊四醇硬脂酸酯与脂肪胺聚氧乙烯醚的组合或氧化聚乙烯蜡与脂肪胺聚氧乙烯醚的组合等。

[0025] 作为本发明的优选技术方案，所述聚苯醚的重均分子量为20000-50000；例如可以是20000、22000、25000、28000、30000、32000、35000、38000、40000、42000、45000、48000或50000等。

[0026] 优选地，所述HIPS的冲击强度为7-10kJ/m2；例如可以是7kJ/m2、7.2kJ/m2、7.5kJ/m2、7.8kJ/m2、8kJ/m2、8.2kJ/m2、8.5kJ/m2、8.8kJ/m2、9kJ/m2、9.2kJ/m2、9.5kJ/m2、9.8kJ/m2或10kJ/m2等。

[0027] 优选地，所述EVA中醋酸乙烯酯单元的含量为40-70wt％；例如可以是40wt％、42wt％、45wt％、48wt％、50wt％、52wt％、55wt％、58wt％、60wt％、62wt％、65wt％、68wt％或70wt％等。

[0028] 作为本发明的优选技术方案，所述相容剂选自马来酸酐接枝的苯乙烯(PS-g-MAH)、马来酸酐接枝的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH)、马来酸酐接枝的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ABS-g-MAH)或马来酸酐接枝的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯嵌段共聚物(ASA-g-MAH)中的一种或至少两种的组合；例如可以是PS-g-MAH与SEBS-g-MAH的组合、PS-g-MAH与ABS-g-MAH的组合、PS-g-MAH与ASA-g-MAH的组合、SEBS-g-MAH与ASA-g-MAH的组合、SEBS-g-MAH与ABS-g-MAH的组合或ASA-g-MAH与ABS-g-MAH的组合等。

[0029] 作为本发明的优选技术方案，所述交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)和/或二叔丁基过氧化异丙基苯(BIPB)。

[0030] 另一方面，本发明提供一种上述耐寒电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：

[0031] (1)将配方量的各原料混合；

[0032] (2)将各原料的混合物料通过双螺杆挤出机熔融挤出，得到第一混炼胶料；

[0033] (3)将所述第一混炼胶料通过单螺杆挤出机熔融挤出，得到第二混炼胶料；

[0034] (4)将所述第二混炼胶料在水中固化稳定，得到所述耐寒电缆绝缘材料。

[0035] 作为本发明的优选技术方案，步骤(1)中所述混合是在高速混合机中进行；

[0036] 优选地，所述高速混合机的搅拌速率为400-500r/min；例如可以是400r/min、410r/min、420r/min、430r/min、440r/min、450r/min、460r/min、470r/min、480r/min、490r/min或500r/min等。

[0037] 优选地，所述混合的时间为5-10min；例如可以是5min、6min、7min、8min、9min或10min等。

[0038] 优选地，步骤(2)中所述双螺杆挤出机的工作温度为180-210℃；例如可以是180℃、182℃、185℃、188℃、190℃、192℃、195℃、198℃、200℃、202℃、205℃、208℃或210℃等。

[0039] 优选地，步骤(3)中所述单螺杆挤出机的工作温度为235-245℃；例如可以是235℃、236℃、237℃、238℃、239℃、240℃、241℃、242℃、243℃、244℃或245℃等。

[0040] 优选地，步骤(4)中所述水的温度为80-85℃；例如可以是80℃、81℃、82℃、83℃、84℃或85℃等。

[0041] 优选地，步骤(4)中所述固化稳定的时间为20-60min；20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等。

[0042] 作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：

[0043] (1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在400-500r/min的转速下混合5-10min；

[0044] (2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，在180-210℃下熔融挤出，得到第一混炼胶料；

[0045] (3)将所述第一混炼胶料加入单螺杆挤出机中，在235-245℃下熔融挤出，得到第二混炼胶料；

[0046] (4)将所述第二混炼胶料在80-85℃的水中固化稳定20-60min，得到所述耐寒电缆绝缘材料。

[0047] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0048] 本发明采用HIPS和EVA配合，对聚苯醚进行改性，提高其柔韧性；采用交联剂使各基体材料间发生微交联，提高材料整体的强度和抗撕裂性能。从而使得到的电缆绝缘材料具有良好的耐低温性能。

[0049] 本发明提供的耐寒电缆绝缘材料的使用温度范围为-65～180℃，常温下撕裂强度为46-53N/mm，抗张强度为18-20MPa，断裂伸长率为430-550％，体积电阻率为(1-5)×1012Ω·m；在-65℃环境下处理24h，其抗张强度变化率为+5～+10％，断裂伸长变化率为-15～-25％。

[0050] 添加阻燃剂后，本发明提供的耐寒电缆绝缘材料具有良好的阻燃性能，能够达到UL1581VW-1水平。

具体实施方式

[0051] 下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

[0052] 下述实施例中，所用聚苯醚的重均分子量为30000，HIPS的冲击强度为8kJ/m2，EVA中醋酸乙烯酯单元的含量为50wt％。

[0053] 实施例1

[0054] 一种耐寒电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：

[0055]

[0056]

[0057] 上述耐寒电缆绝缘材料的制备方法如下：

[0058] (1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在400r/min的转速下混合10min；

[0059] (2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，在180℃下熔融挤出，得到第一混炼胶料；

[0060] (3)将第一混炼胶料加入单螺杆挤出机中，在245℃下熔融挤出，得到第二混炼胶料；

[0061] (4)将第二混炼胶料在80℃的水中固化稳定60min，得到上述耐寒电缆绝缘材料。

[0062] 实施例2

[0063] 一种耐寒电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：

[0064]

[0065] 上述耐寒电缆绝缘材料的制备方法如下：

[0066] (1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在500r/min的转速下混合5min；

[0067] (2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，在210℃下熔融挤出，得到第一混炼胶料；

[0068] (3)将第一混炼胶料加入单螺杆挤出机中，在235℃下熔融挤出，得到第二混炼胶料；

[0069] (4)将第二混炼胶料在85℃的水中固化稳定20min，得到上述耐寒电缆绝缘材料。

[0070] 实施例3

[0071] 一种耐寒电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：

[0072]

[0073] 上述耐寒电缆绝缘材料的制备方法如下：

[0074] (1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在450r/min的转速下混合8min；

[0075] (2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，在200℃下熔融挤出，得到第一混炼胶料；

[0076] (3)将第一混炼胶料加入单螺杆挤出机中，在240℃下熔融挤出，得到第二混炼胶料；

[0077] (4)将第二混炼胶料在82℃的水中固化稳定30min，得到上述耐寒电缆绝缘材料。

[0078] 实施例4

[0079] 一种耐寒电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：

[0080]

[0081]

[0082] 上述耐寒电缆绝缘材料的制备方法如下：

[0083] (1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在420r/min的转速下混合6min；

[0084] (2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，在190℃下熔融挤出，得到第一混炼胶料；

[0085] (3)将第一混炼胶料加入单螺杆挤出机中，在240℃下熔融挤出，得到第二混炼胶料；

[0086] (4)将第二混炼胶料在80℃的水中固化稳定40min，得到上述耐寒电缆绝缘材料。

[0087] 实施例5

[0088] 一种耐寒电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：

[0089]

[0090] 上述耐寒电缆绝缘材料的制备方法如下：

[0091] (1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在460r/min的转速下混合8min；

[0092] (2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，在180℃下熔融挤出，得到第一混炼胶料；

[0093] (3)将第一混炼胶料加入单螺杆挤出机中，在240℃下熔融挤出，得到第二混炼胶料；

[0094] (4)将第二混炼胶料在82℃的水中固化稳定50min，得到上述耐寒电缆绝缘材料。

[0095] 实施例6

[0096] 一种耐寒电缆绝缘材料，包括如下质量份数的原料组分：

[0097]

[0098] 上述耐寒电缆绝缘材料的制备方法如下：

[0099] (1)将配方量的各原料加入高速混合机中，在450r/min的转速下混合10min；

[0100] (2)将各原料的混合物料加入双螺杆挤出机中，在200℃下熔融挤出，得到第一混炼胶料；

[0101] (3)将第一混炼胶料加入单螺杆挤出机中，在240℃下熔融挤出，得到第二混炼胶料；

[0102] (4)将第二混炼胶料在85℃的水中固化稳定30min，得到上述耐寒电缆绝缘材料。

[0103] 对比例1

[0104] 与实施例1的区别在于，HIPS的用量为0，EVA的质量份数为25份；其他组分、用量及制备方法与实施例1相同。

[0105] 对比例2

[0106] 与实施例1的区别在于，HIPS的质量份数为25份，EVA的用量为0；其他组分、用量及制备方法与实施例1相同。

[0107] 对比例3

[0108] 与实施例1的区别在于交联剂的用量为0。

[0109] 对上述实施例1-6和对比例1-3提供的电缆绝缘材料的性能进行测试，测试标准和结果如下表1所示。

[0110] 表1

[0111]

[0112] 由实施例1、对比例1和对比例2的性能数据可知，本发明中HIPS和EVA具有协同提高电缆绝缘材料的撕裂强度、柔韧性和耐寒性能的作用；由实施例1和对比例3的性能数据可知，微交联也能够改善电缆绝缘材料的耐寒性能。

[0113] 申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。