[发明专利]一种电缆绝缘层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电缆材料领域，具体涉及一种电缆绝缘层材料及其制备方法。

背景技术

电缆是用一根或多根导线经过绞合制作成导体线芯，再在导体上施以相应的绝缘层，外面包上密封护套而形成的导线，主要由线芯、绝缘层、屏蔽层和护套层构成。电缆具有占用地面和空间少；供电安全可靠，触电可能性小；有利于提高电力系统的功率因数；运行、维护工作简单方便；有利于美化城市，具有保密性等诸多优点，被广泛应用于生活和生产中的各个领域。

电缆中绝缘层的作用是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，从而保证在输送电能时不发生相对地或相间击穿短路。经过实验和长期使用经验证明，高品质的电缆中，绝缘层的材料需要具有以下性能：耐压强度高；介质损耗角正切值低；耐电晕性能好；化学性能稳定；耐低温；耐热性能好；机械加工性能好；使用寿命长。现有的电缆绝缘层材料大致可分为油浸纸、橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯和交联聚乙烯等几大类，虽然能满足常规电缆的性能需求，但在用于制备特殊环境下使用的电缆时，其性能略显不足。

现有电缆中使用的绝缘层材料多为橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯和交联聚乙烯等，虽然具有加工性好、电性能好的优点，但也存在耐热性差、机械强度低、易燃的缺点，因而，采用该类绝缘层材料的电缆在高温，高强度等特殊环境下难以应用。

玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料，是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过纺丝工艺制备而成的，生产工艺产生的废弃物少，对环境污染小，产品废弃后可直接转入生态环境中，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。并且，玄武岩纤维化学稳定性好、电绝缘性好、介电常数小，介电损耗小，抗腐蚀、不燃烧、耐高温，完全满足电缆对绝缘层材料基本性能的要求，因而，将其用于改善现有绝缘层材料的性能用于制备应用于特殊环境下的电缆是可行的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电缆绝缘层材料存在的耐热性差、力学性能差、易燃的缺陷，提供一种电缆绝缘层材料及其制备方法；本发明将具有优异电性能和力学性能的玄武岩纤维作为填充材料，使该绝缘层材料具有更高的击穿强度，耐电晕和电树枝化的性能，将其用于电缆的绝缘层，可显著提高电缆的在耐高、低温、强度和阻燃方面的性能，使电缆能应用于更多特殊环境条件中。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种电缆绝缘层材料，包括以下重量份原材料制备而成：30-50份的玄武岩纤维、20-40份的硅橡胶、5-10份的聚乙烯、0.5-2份的偶联剂、0.1-0.5份的交联剂；其中，所述的玄武岩纤维直径为1-10μm，长度≤2mm。

本发明一种电缆绝缘层材料，将具有优异电性能和力学性能的玄武岩纤维作为填充材料，与硅橡胶和聚乙烯协同共同组成性能更优异的电缆绝缘层材料，该绝缘层材料具有更高的击穿强度，耐电晕和电树枝化的性能，将其用于电缆的绝缘层，可显著提高电缆的在耐高、低温、强度和阻燃方面的性能，使电缆能应用于更多特殊环境条件中。

上述一种电缆绝缘层材料中，其中，所述的玄武岩纤维中包括有重量百分数为0.1-1.5%的纳米氧化铝，纳米氧化铝可以阻挡击穿通道的发展，提高玄武岩纤维的击穿强度；所述的纳米氧化铝的含量必须控制在规定范围内，其用量过大，会导致纳米氧化铝在电场作用中起主导作用，反而降低了玄武岩纤维的击穿强度，用量过少，所起的作用小，对玄武岩纤维的击穿强度增加作用小；优选的，所述的纳米氧化铝的重量百分比为0.5-1.2%。其中，优选的，所述的纳米氧化铝的直径为2-10nm；直径过大，相容性降低，对击穿通道的阻挡作用降低，直径过小，不利于分散。

其中，优选的，所述的纳米氧化铝为长径比为1.5-3︰1的氧化铝晶须；晶须能嵌入不同的晶相结构中，对击穿通道的阻挡作用更好；长径比太小，对击穿通道的阻挡作用差，长径比过大，容易发生缠绕或断裂，不利于对玄武岩纤维的改性。

上述一种电缆绝缘层材料，其中，所述的玄武岩纤维中还包括0.6-2.8%的纳米二氧化硅，纳米二氧化硅能影响玄武岩纤维中晶相分布和大小，使玄武岩纤维中晶相分布更均匀，大小差异更小，使玄武岩纤维的耐电晕和电树枝化的性能更好；所述的纳米二氧化硅的含量必须控制在规定范围内，含量过大，纳米二氧化硅容易积聚，反而对玄武岩纤维中晶相的分布造成影响，使其耐电晕和电树枝化的性能降低，含量过小，对玄武岩纤维均匀性影响作用小；优选的，所述的纳米二氧化硅的重量百分比为1.2-2.1%。