一种高压电缆用低烟无卤阻燃聚乙烯护套料及其制备方法与流程

本发明属于电力电缆领域，涉及电缆料，尤其涉及一种基于有机硅/磷氮协效阻燃的高压电缆用低烟无卤阻燃聚乙烯护套料及其制备方法，本发明的低烟无卤阻燃聚乙烯护套料可以实现成缆后高透光率的要求，并实现浸水后(70℃*168h)体积电阻率终值达到1*1012ω·m。

背景技术：

1、阻燃聚乙烯护套在高压电缆中的应用已有二十多年，过去的二十多年，主要采用有卤阻燃的方式(十溴二苯乙烷加三氧化二锑)实现聚乙烯的阻燃，十溴二苯乙烷加三氧化二锑这一经典阻燃体系具有阻燃效率高、添加量相对少的特点，从而比较容易做到阻燃性能与机械物理性能之间平衡。

2、有卤阻燃的阻燃聚乙烯在目前的阶段看来存在一定的缺陷，如燃烧时烟大、释放卤素气体，有一定毒性；想象中的防水性能并不与聚乙烯护套一致，与pvc护套相当，尤其是浸水后体阻下降比较严重。近年来，十溴阻燃剂因被国外公司垄断，价格高昂且波动大，有时会供应紧张。同样，三氧化二锑价格一直也处于高位。

3、无卤型阻燃聚乙烯应运而生，常规无卤阻燃剂氢氧化镁和氢氧化铝因阻燃效率不及十溴二苯乙烷，因此需要较大的添加量才能够达到比较理想的阻燃效果。并且氢氧化镁和氢氧化铝表面均呈极性，聚乙烯则为非极性，相容性较差，高填充较为困难。

4、最新iec 62067-2022(power cables with extruded insulation and theiraccessories for rated voltages above 150kv(um＝170kv)up to 500kv(um＝550kv)-test methods and requirements)中st12对高压电缆用阻燃聚乙烯作出了最新规定，即满足原有st7要求的基础上，成缆后的透光率要达到60％，材料要求无卤素，综合之后即低烟无卤型阻燃聚乙烯。

5、st12中最难通过的技术指标即为透光率达到60％，尤其是针对涂覆沥青防腐层的电缆，若材料在燃烧过程中不能够有效形成致密的碳化层，沥青在燃烧过程中流出，透光率会断崖式下降。聚乙烯在燃烧过程中首先受热融化流淌，因此材料配方体系中无机阻燃剂填充需达到一定量以降低材料受热时流动性，并且搭配高效率阻燃协效剂，才能够保证燃烧过程中材料形成致密碳化层，将沥青等防腐层包裹在内，以提高电缆燃烧的透光率。

6、目前对电缆安全的日益重视，低烟无卤型阻燃聚乙烯未来将成为高压电缆阻燃护套主流用料。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于有机硅/磷氮协效阻燃的高压电缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料的制备方法，以及其在110kv及以上电力电缆上的应用。通过不同融指的茂金属聚乙烯进行复配，达到既能够满足力学性能又能够快速挤出的目的。通过美铝复配来提高阻燃体系的热分解温度，高分子量硅酮的添加不但能够提供足够的内润滑性能，还能够在燃烧过程中成壳。苯基硅烷与磷氮类阻燃剂在燃烧过程中捕获自由基提高材料自熄性，降低热释放，同时可一定程度上降低美铝阻燃剂使用量。此全新的配方体系可以实现成缆后高透光率的要求，并实现浸水后(70℃*168h)体积电阻率终值达到1*1012ω·m。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明首先提供了一种高压电缆用低烟无卤阻燃聚乙烯护套料，按重量份数计，所述低烟无卤阻燃聚乙烯护套料包括：10份-20份lldpe树脂a，15份-25份lldpe树脂b，3份-10份热塑性弹性体，5份-10份相容剂，20份-30份阻燃剂a，20份-30份阻燃剂b，1份-5份阻燃协效剂a，1份-5份阻燃协效剂b，0.8份-1.5份阻燃协效剂c，0.3份-1份润滑剂与0.3份-1份抗氧剂；

4、其中，所述lldpe树脂a为乙烯-己烯共聚茂金属聚乙烯，融指为0.2-1g/10min(190℃×2.16kg)；所述lldpe树脂b为茂金属线性低密度聚乙烯，融指为1-5g/10min(190℃×2.16kg)。

5、由于氢氧化镁与氢氧化铝表面呈极性，而聚乙烯非极性，本发明通过预先制备阻燃木料的方式，有效的解决了阻燃剂分散差的问题。

6、而为了达到iec 62067-2022中st12对高压电缆用阻燃聚乙烯的要求，本发明通过添加有机硅和磷氮类阻燃剂进行协效阻燃，在有效成碳的同时，减少氢氧化镁和氢氧化铝的用量达到平衡力学性能的目的。

7、优选地，所述lldpe树脂a熔点为120-126℃(dsc测试)。

8、作为本发明的一种优选方案，所述热塑性弹性体融指为1-5g/10min(190℃×2.16kg)。优选地，所述热塑性弹性体为乙烯-辛烯共聚物，密度为0.88-0.89g/cm3。

9、作为本发明的一种优选方案，所述相容剂的融指为0.3-0.8g/10min(190℃×2.16kg)，相容剂接枝率为0.8-1.5％。

10、作为本发明的一种优选方案，所述阻燃剂a为氢氧化镁，经过硅烷包覆、高分子树脂包覆或者硬脂酸包覆中的一种或任意两者组合；所述阻燃剂b为氢氧化铝，经过硅烷包覆、高分子树脂包覆或者硬脂酸包覆中的一种或任意两者组合。

11、作为本发明的一种优选方案，所述阻燃协效剂a为有机磷氮系阻燃剂，为二乙基次磷酸铝和氰尿酸三聚氰胺盐复配混合物；所述阻燃协效剂b为甲基硅橡胶、硅烷和二氧化硅复配混合物，其中甲基硅橡胶分子量大于80万；所述阻燃协效剂c中的甲基苯基有机硅为液体状态，粘度3000-5000cps，苯基占比40％。

12、作为本发明的一种优选方案，所述润滑剂为质量比1:1:1的硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺和聚乙烯蜡复配混合物。

13、作为本发明的一种优选方案，所述抗氧剂为质量比2：1的受阻酚抗氧剂1010和亚磷酸酯抗氧剂的复配混合物。

14、本发明还提供了上述的高压电缆用低烟无卤阻燃聚乙烯护套料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

15、1)将lldpe树脂a、热塑性弹性体、阻燃剂a、阻燃协效剂a、阻燃协效剂b、润滑剂和抗氧剂通过密炼机加双螺杆挤出机制备成阻燃母料；

16、2)将lldpe树脂b、相容剂、阻燃剂b和步骤1)制得的阻燃母料、阻燃协效剂c在往复机进行共混挤出造粒，制得高压电缆用低烟无卤阻燃聚乙烯护套料。

17、作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，密炼机转子转速为50rpm，密炼机密料段采用四次翻料，分别为105℃，130℃，145℃，160℃；双螺杆混炼段145-155℃，单螺杆挤出造粒段135-145℃，机头140℃。

18、作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，主机温度设定为70-150℃，转速为100-150rpm；单螺杆温度设置为110-140℃，机头温度130-150℃，转速为13-18rpm；通过三级旋风进行管道冷却后得到成品。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、1)本发明的阻燃剂在树脂体系中充分分散，形成比较理想的海岛状结构。

21、2)本发明制备的低烟无卤阻燃聚乙烯电缆料以氢氧化物作为基体阻燃剂，高分子量硅酮在燃烧时形成无机硅骨架，同时苯基有机硅及磷氮化合物能够在燃烧过程中快速形成膨胀绝缘氧碳层并捕获自由基，使得材料燃烧时热释放较小并形成致密的碳化层。

22、3)本发明得到的低烟无卤阻燃聚乙烯电缆料各项性能能够满足iec 62067-2022中st12中相关要求，制备的高压电缆可以通过成束a类燃烧，可替代普通阻燃聚乙烯和低烟无卤料。

23、4)本发明可以实现成缆后高透光率的要求，并实现浸水后(70℃*168h)体积电阻率终值达到1*1012ω·m。