一種可作為制備架空絕緣電纜的絕緣材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明是涉及一種可作為制備架空絕緣電纜的絕緣材料及其制備方法，屬于功能 材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 因交聯聚烯烴具有優異的耐熱性、絕緣性能、力學性能、耐老化性能，且密度小，制 品的單位重量消耗少，因此，隨著環保法規的日益嚴格要求，現有的PVC電纜材料已經全部 或絕大部分被交聯聚烯烴所取代。
[0003] 架空絕緣電纜（電纜)主要用于城市、農村配電網中架空敷設，因該類電纜長期裸 露在室外，容易受各種惡劣環境影響，如紫外線、高溫、低溫等，絕緣層容易老化，而普通交 聯聚乙烯絕緣料很難滿足耐紫外線及耐老化要求，導致電纜使用壽命低。并且，目前制備交 聯聚烯烴的填充補強的材料主要是白炭黑、鈦白粉、炭黑、蒙脫土和陶土等礦物質，且占比 很高，用量很大。而礦物質的使用需要大量開采天然礦石，不僅會嚴重破壞自然資源，導致 山體滑坡、泥石流等嚴重的自然災害，而且要耗費大量能源。
[0004] 另外，我國食用菌產量占世界總產量的65%以上，是世界上食用菌的生產大國和 出口大國。目前食用菌產業已形成相當大的規模，成為我國農副產品出口創匯的主要商品。 近年來食用菌的種植均采用菌種包種植技術，種植食用菌的菌種包用量非常巨大，并且每 袋菌種包只能用一次便成為廢菌料，即每只菌種包收割一茬食用菌后便不能重復利用，因 而導致廢菌料的量非常巨大，例如：2013年上海市年產杏鮑菇8300噸，產生廢菌料1萬噸以 上;廢菌料已經成為水源、土壤的污染源，更為嚴重的是容易產生霉菌、細菌、蚊類、螨類等， 從而導致病蟲害大量蔓延，直接造成來年食用菌減產甚至絕收。而目前對廢菌料的再利用 主要采用以下幾個途徑:其一，是將廢菌料加入新的菌料包重復利用，例如:生產杏鮑菇產 生的廢菌料處理后用來栽培草菇，但廢菌料的用量不能超過30%，并且還會產生新的廢菌 料;其二，是用于作為生產柑橘、角瓜、草莓及桑葉的肥料，但利用率及其有限;其三，是利用 廢菌料制備木炭，但成本過高，經濟效益低而難以推廣;其四，撒落在田間地頭使直接成為 農用廢棄物，造成大量資源的浪費和環境的污染，成為食用菌種植地區的沉重負擔。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種以廢菌料作為填充補強 材料、可作為制備架空絕緣電纜的絕緣材料及其制備方法，在實現廢菌料資源化利用的同 時，為制備架空絕緣電纜提供一種理想的絕緣材料。
[0006] 為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：
[0007] -種可作為制備架空絕緣電纜的絕緣材料，至少包括如下組成： 低密度聚乙烯 50~70質量份 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30~50質量份； 填充劑 3~25質量份；
[0008] 交聯劑 〇.5~2質量份； 抗氧劑 1~3質量份； 潤滑劑 1~3:質量份；
[0009] 其中的填充劑為廢菌料或廢菌料與陶土的混合物。
[0010] 作為一種優選方案，所述的絕緣材料具有如下組成： 低密度聚乙烯 70質量份； 乙烯-醋酸乙烯醋共聚物 30質量份； 填充劑 3~25質量份；
[0011] 光引發劑 0.5~2質量份； 紫外光交聯劑 0.5~2質量份； 抗氧劑 K3質量份： 潤滑劑 1~3質量份。
[0012] 作為另一種優選方案，所述的絕緣材料具有如下組成： 低密度聚乙烯 50質量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 50質量份； 填充劑 5~25質量份；
[0013] 化學交聯劑 0.5~2質量份； 助交聯劑 0.5~2質量份： 抗氧劑 1~3質量份； 潤滑劑 1~3質量份&
[0014] 上述低密度聚乙烯優選為線性低密度聚乙烯。
[0015] 上述的廢菌料可以是未經改性的廢菌料，也可以是經偶聯劑改性的廢菌料，或者 是兩者的混合物。
[0016] 上述的廢菌料為種植食用菌用的廢棄菌種包，所述的食用菌為蘑菇或木耳。
[0017] 作為一種優選方案，所述的抗氧劑選自0-(3,5_二叔丁基-4-羥基苯)丙酸十八碳 醇酯（抗氧劑1〇76)、2,2'_硫代二乙基雙[3-(3,5_二叔丁基-4-羥苯基）丙酸酯](抗氧劑 1035)、四[0-(3,5_二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)中的至少一種。
[0018] 作為一種優選方案，所述的潤滑劑選自硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鉛、二鹽基性硬 脂酸鉛、硬脂酸鋇、石蠟、乙烯蠟、硬脂酸正丁酯中的至少一種。
[0019] 作為一種優選方案，所述的光引發劑選自安息香、安息香烷基醚(例如：安息香雙 甲醚、安息香乙醚、安息香異丙醚、安息香丁醚）、安息香酯、苯偶酰縮醛(例如:二甲氧基-2-苯基苯乙酮）、芳基酮(例如:二苯甲酮、蒽酮、硫雜蒽酮）中的至少一種。
[0020]作為一種優選方案，所述的紫外光交聯劑選自三聚氰酸三烯丙酯(TAC)、三聚異氰 酸三烯丙酯(TAIC)、三烯丙基三羥基丙烷醚(TMPTAE)、三烯丙基季戊四醇/四烯丙基季戊四 醇醚混合物(PETAE)中的至少一種。
[0021 ]作為一種優選方案，所述的化學交聯劑選自過氧化二異丙苯(DCP)、過氧化苯甲 烷、過氧化乙烷中的至少一種。
[0022]作為一種優選方案，所述的助交聯劑選自三聚氰酸三烯丙酯(TAC)、三聚異氰酸三 烯丙酯(TAIC)中的至少一種。
[0023] -種制備上述絕緣材料的方法，包括如下步驟：
[0024] a)制備廢菌料粉末:稱取干燥的廢菌料或經偶聯劑改性的廢菌料，粉碎、研磨，篩 選200~250目的粉末；
[0025] b)按配方稱取各組成原料；
[0026] c)使混合均勻；
[0027] d)投入擠出機，進行擠出、造粒。
[0028] 作為一種優選方案，偶聯劑改性廢菌料的操作包括如下步驟:將偶聯劑直接加入 經研磨的廢菌料粉末中，攪拌使混合均勻，然后在60~80°C烘箱中保溫4~8h。
[0029] 作為進一步優選方案，所述偶聯劑選自硬脂酸偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、硅烷偶聯 劑、硅酸酯偶聯劑中的至少一種。
[0030] 作為進一步優選方案，改性用的偶聯劑質量為廢菌料質量的3~10%。
[0031 ] 作為一種優選方案，混合溫度為50~60°C，混合機的轉速2 750rpm。
[0032] 作為一種優選方案，擠出溫度為100~140°C，擠出機的轉速2 80rpm。
[0033]性能測試結果表明：本發明所提供的絕緣材料，具有絕緣電阻低、機械性能優異等 優點，主要性能指標均能符合《黑色聚乙烯架空絕緣料技術規范》要求，可作為制備架空絕 緣電纜的絕緣材料。
[0034]與現有技術相比，本發明具有如下顯著性有益效果：
[0035]本發明采用廢菌料為填充補強材料制得了性能符合《黑色聚乙烯架空絕緣料技術 規范》、可作為制備架空絕緣電纜的絕緣材料，不僅實現了廢菌料的資源化利用，節約了自 然資源，降低了環境污染，具有節能環保方面的深遠意義，而且制備方法簡單，原料來源廣 泛，無需特殊設備和苛刻條件，易于實現規模化生產，具有極強的實用價值。
【具體實施方式】
[0036]下面結合具體實施例及對比例進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說 明本發明而不用于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按 照常規條件或按照制造廠商所建議的條件。
[0037] 實施例1
[0038] a)將種植食用菌用的廢棄菌種包直接進行干燥、粉碎、研磨，篩選200~250目的粉 末待用；
[0039] b)按如下組成配方稱取各原料： 低密度聚乙烯 70質量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30質量份； 填充劑（廢菌料） 10質量份；
[0040] 光引發劑（二苯甲酮） 1質量份； 紫外光交聯劑（三聚異氰酸酯） 1質量份； 抗氧劑C抗氧劑1010) 1質量份; 潤滑劑（硬脂酸鋅） 1質量份；
[0041 ] C)將稱取的上述原料投入混合機中，在50~60°C下使混合均勻(約5~lOmin);
[0042] d)將混合后的混合物投入擠出機中進行擠出造粒(擠出溫度為100~130°C，擠出 機轉速為80rpm)，即得所述的絕緣材料。
[0043] 將上述制得的絕緣材料粒料先在平板硫化機上壓成試片:壓片溫度為165°C，壓力 為10~15MPa，先熱壓5min，再冷壓5min;然后將試片置于紫外老化箱中進行紫外光輻照，輻 照強度為l〇〇WX14min，然后再按照JB/T15065-2009《黑色聚乙烯架空絕緣料技術規范》進 行主要性能測試，詳細測試結果見表1所示。
[0044] 實施例2
[0045] a)將種植食用菌用的廢棄菌種包經干燥、粉碎后與硅烷偶聯劑混合，攪拌使混合 均勻，在60~80°C烘箱中保溫4~8h，取出，研磨均勻，篩選200~250目的粉末待用；其中偶 聯劑的質量為廢菌料質量的5% ;
[0046] b)按如下組成配方稱取各原料： 低密度聚乙:li 50質量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 50質量份； 填充劑（廢菌料） 6質量份； 填充劑（陶土） 4質量份：
[0047] 化學交聯劑（過氧化二異丙苯） 1質量份； 助交聯劑（三聚異氰酸酯） 1.5質量份; 抗氧劑（抗氧劑1010) 1.2質量份； 潤滑劑（硬脂酸） 1質量份； 潤滑劑（石蠟） 0.2質量份；
[0048] c)將稱取的上述原料投入混合機中，在50~60°C使混合均勻(約5~lOmin);
[0049] d)將混合后的混合物投入擠出機中進行擠出造粒(擠出溫度為100~130°C，擠出 機轉速為80rpm)，即得所述的絕緣材料。
[0050] 將上述制得的絕緣材料粒料在平板硫化機上壓成試片:壓片溫度為175°C，壓力為 10~15MPa，先熱壓lOmin，再冷壓5min;然后再按照JB/T15065-2009《黑色聚乙烯架空絕緣 料技術規范》進行主要性能測試，詳細測試結果見表1所示。
[0051] 對比例
[0052] a)按如下組成配方稱取各原料： 低密度聚乙烯 70質量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30質量份： 填充剤（陶土) 10質量份；
[0053] 光引發劑（二苯甲酮） 1質量份： 紫外光交聯劑（三聚異氰酸酯） 1質量份； 抗氧劑（抗氧劑1010) 1質量份;.
[0054] 潤滑劑（硬脂酸鋅） 1質量份；
[0055] b)將稱取的上述原料投入混合機中，在50~60°C使混合均勻(約5~lOmin);
[0056] c)將混合后的混合物投入擠出機中進行擠出造粒(擠出溫度為100~130°C，擠出 機轉速為80rpm)，得到作為對比的復合材料。
[0057]將對比例制備的復合材料粒料先在平板硫化機上壓成試片:壓片溫度為165°C，壓 力為10~15MPa，先熱壓5min，再冷壓5min;然后將試片置于紫外老化箱中進行紫外光輻照， 輻照強度為l〇〇WX14min，然后再按照JB/T15065-2009《黑色聚乙烯架空絕緣料技術規范》 進行主要性能測試，詳細測試結果見表1所示。
[0058]表1材料的性能測試結果
[0060]由表1所示性能結果可見:本發明采用廢菌料為填充補強材料制得了性能符合《黑 色聚乙烯架空絕緣料技術規范》、可用于制備架空絕緣電纜的絕緣材料，不僅實現了廢菌料 的資源化利用，節約了自然資源，降低了環境污染，具有節能環保方面的深遠意義，而且相 對于以陶土等傳統填充補強材料制備的復合材料而言，具有絕緣電阻低、機械性能更加優 良等優點，具有顯著的有益效果。
[0061]最后需要在此指出的是：以上僅是本發明的部分優選實施例，不能理解為對本發 明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的上述內容做出的一些非本質的改進和 調整均屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種可作為制備架空絕緣電纜的絕緣材料，其特征在于，至少包括如下組成： 低密度聚乙烯 50-70質量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30~50質量份； 填充劑 3~25質量份； 交聯劑 0.5~2質量份； 抗氧劑 1~3質量份； 潤滑劑 質量份； 其中的填充劑為廢菌料或廢菌料與陶土的混合物。2. 根據權利要求1所述的絕緣材料，其特征在于，所述的絕緣材料具有如下組成： 低密度聚乙烯 70質量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 30質量份； 填充劑 3~25質量份； 光引發劑 0.5~2質量份； 紫外光交聯劑 0.5~2質量份； 抗氧劑 1~3質量份； 潤滑劑 1~3質量份。3. 根據權利要求1所述的絕緣材料，其特征在于，所述的絕緣材料具有如下組成： 低密度聚乙烯 50質量份； 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 50質量份； 填充劑 5~25質量份； 化學交聯劑 0.5~2質量份： 助交聯劑 0.5~2質量份； 抗氧劑 1~3質量份 潤滑劑 1~3質量份。4. 根據權利要求1所述的絕緣材料，其特征在于:所述的廢菌料為種植食用菌用的廢棄 菌種包，所述的食用菌為蘑菇或木耳。5. 根據權利要求1至3中任一項所述的絕緣材料，其特征在于:所述的抗氧劑選自抗氧 劑1076、抗氧劑1035、抗氧劑1010中的至少一種。6. 根據權利要求1至3中任一項所述的絕緣材料，其特征在于:所述的潤滑劑選自硬脂 酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鉛、二鹽基性硬脂酸鉛、硬脂酸鋇、石蠟、乙烯蠟、硬脂酸正丁酯中的至 少一種。7. 根據權利要求2所述的絕緣材料，其特征在于:所述的光引發劑選自安息香、安息香 烷基醚、安息香酯、苯偶酰縮醛、芳基酮中的至少一種。8. 根據權利要求2所述的絕緣材料，其特征在于:所述的紫外光交聯劑選自三聚氰酸三 烯丙酯、三聚異氰酸三烯丙酯、三烯丙基三羥基丙烷醚、三烯丙基季戊四醇/四烯丙基季戊 四醇醚混合物中的至少一種。9. 根據權利要求3所述的絕緣材料，其特征在于:所述的化學交聯劑選自過氧化二異丙 苯、過氧化苯甲烷、過氧化乙烷中的至少一種。10. 根據權利要求3所述的絕緣材料，其特征在于:所述的助交聯劑選自三聚氰酸三烯 丙酯、三聚異氰酸三烯丙酯中的至少一種。11. 一種制備權利要求1至3中任一項所述的絕緣材料的方法，其特征在于，包括如下步 驟： a) 制備廢菌料粉末:稱取干燥的廢菌料或經偶聯劑改性的廢菌料，粉碎、研磨，篩選200 ~250目的粉末； b) 按配方稱取各組成原料； c) 使混合均勻； d) 投入擠出機，進行擠出、造粒。12. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于，偶聯劑改性廢菌料的操作包括如下步 驟:將偶聯劑直接加入經研磨的廢菌料粉末中，攪拌使混合均勻，然后在60~80°C烘箱中保 溫4~8小時。13. 根據權利要求12所述的方法，其特征在于:所述偶聯劑選自硬脂酸偶聯劑、鈦酸酯 偶聯劑、硅烷偶聯劑、硅酸酯偶聯劑中的至少一種。14. 根據權利要求12或13所述的方法，其特征在于:改性用的偶聯劑質量為廢菌料質量 的3~10% 〇15. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于：混合溫度為50~60°C，混合機的轉速2 750rpm;擠出溫度為100~140 °C，擠出機的轉速2 80rpm。
【專利摘要】本發明公開了一種可作為制備架空絕緣電纜的絕緣材料及其制備方法，所述的絕緣材料至少包括如下組成：50～70質量份低密度聚乙烯、30～50質量份乙烯?醋酸乙烯酯共聚物、3～25質量份填充劑、0.5～2質量份交聯劑、1～3質量份抗氧劑、1～3質量份潤滑劑，其中的填充劑為廢菌料或廢菌料與陶土的混合物。本發明采用廢菌料為填充補強材料制得了性能符合《黑色聚乙烯架空絕緣料技術規范》的絕緣材料，可作為制備架空絕緣電纜的絕緣材料，不僅實現了廢菌料的資源化利用，節約了自然資源，降低了環境污染，具有節能環保方面的深遠意義，而且制備方法簡單，原料來源廣泛，易于實現規模化生產。
【IPC分類】H01B3/44, C08K9/04, C08K5/00, C08K3/34, C08K9/06, C08L23/08
【公開號】CN105713291
【申請號】CN201610281882
【發明人】張書華, 謝明明, 符家聰, 張紅梅, 陳陽, 張彌弘
【申請人】上海工程技術大學