技术领域
[0001] 本
发明涉及一种PVC-C套管，特别涉及一种埋地式高压电力电缆用耐高温PVC-C套管。
背景技术
[0002] 电缆保护套管是电力工程中推广使用的一种新型套管材料。随着电力电缆埋地敷设工程的迅速发展，对
电缆套管提出的更高要求，电缆保护套管是通常采用聚乙烯PE材料制作而成，它是保护电线和电缆最常用的一种电绝缘管。但是使用发现 PE 管容易受外力而
变形，影响了后期电缆的正常敷设，不适合用于埋地式电力电缆护套管。
[0003] PVC-C套管以PVC-C
树脂为主要材料，是目前公认的绿色环保产品，其优异的物化性能正越来越受到行业的重视。常规的PVC-C套管能耐受较高
温度以及具有较好地强度，但是在一些特殊环境下，仍无法满足其强度和耐高温需求。常规的PVC-C套管也具有较好的绝缘性，但是在对高压电力电缆使用时，为了满足绝缘性，不得不增加厚度来满足，这样会导致安装运输难度增加。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种埋地式高压电力电缆用耐高温PVC-C套管，具有优异的绝缘性，较高的强度以及很好地耐高温性能。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 一种埋地式高压电力电缆用耐高温PVC-C套管，由以下重量份计的原料组分混合制成：氯化聚乙烯树脂100份，PVC树脂20-30份，轻
钙粉25-35份，耐高温增强改性剂5-8份，苯乙烯-N-苯基
马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物4-6份，改性
云母3-5份，玻璃
纤维3-5份，钙锌稳定剂2-3份，分散剂0.5-0.8份，
润滑剂1-2份，增韧剂1-2份，ACR加工助剂1-1.5份。
[0007] 玻璃纤维的加入能对PVC-C套管起到增强作用，材料表面硬度、刚性、抗冲击强度等机械性能有了极大提高，同时收缩率变小，尺寸
稳定性增加。改性云母的加入能起到增加
阻燃性，尤其是增加电绝缘性作用，对高压电力电缆能很好地适应，抗
电击穿性能大大提高，可以无需增加PVC-C套的厚度进而达到优异的电绝缘性能。而苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物也能够大幅度提高产品的耐热性，与其它组分协同作用，还同时提高了材料的机械性能。
[0008] 作为优选，所述轻钙粉经
表面处理后使用，所述表面处理具体为：先将100kg轻钙粉加入
铝酸酯
偶联剂溶液中混合60-90min，然后再加入
硅烷偶联剂溶液，混合40-60min，最后
真空干燥。
[0009] 轻钙粉在使用时容易团聚，导致在基体树脂中（氯化聚乙烯树脂+PVC树脂）分散不均匀，影响材料性能，且轻钙粉为无机材料，未经处理时与基体树脂的结合强度不高，影响材料性能。
发明人经长期研究，开发了特定的表面处理工艺，采用不同偶联剂对轻钙粉二次表面处理，能有效防止轻钙粉团聚，且增强轻钙粉与基体树脂的结合强度。
[0010] 本发明先通过使用铝酸酯偶联剂对轻钙粉进行一次表面处理，能有效的提高轻钙粉间的分散性及在有机物中的分散性，然后再通过添加硅烷偶联剂进行二次表面处理，铝酸酯偶联剂和硅烷偶联剂联合作用能有效的包裹轻钙粉，这样能有效解决轻钙粉团聚的问题，且给轻钙粉提供了表面活性基团，增强轻钙粉与基体树脂的结合强度，这样提高了轻钙粉的有效使用率，提高了材料的性能。最后的真空干燥能回收
乙醇。
[0011] 作为优选，所述铝酸酯偶联剂溶液为铝酸酯偶联剂与无
水乙醇混合形成的溶液，铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂的
质量浓度为30-40%，铝酸酯偶联剂的用量为轻钙粉重量的0.3-0.5%；所述硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂与无水乙醇混合形成的溶液，硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的质量浓度为30-40%，硅烷偶联剂的用量为轻钙粉重量的0.1-0.3%。
[0012] 作为优选，所述耐高温增强改性剂按重量百分比计由70%-80%的改性
碳纳米管和30-40%的纳米氮化铝组成；所述改性
碳纳米管的制备方法如下：
[0013] （1）将碳纳米管粉加入质量浓度35-45%的甲醇溶液中搅拌混合均匀得预混液，将预混液与
酸溶液按照1:3-5的体积比混合，机械搅拌30-60min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤碳纳米管，然后在50-60℃下真空干燥3-4h得初级改性碳纳米管；所述酸溶液为质量浓度为4-6%的
硝酸溶液与质量浓度为10-12%的
磷酸溶液按照1:1-2体积比的混合物；通过将碳纳米管加入质量浓度35-45%的甲醇溶液中，能够使得碳纳米管分散均匀，这样利于后续的酸溶液
氧化改性。酸溶液能够使得碳纳米管亲水性降低，亲油性增加，从而提高碳纳米管与基体树脂的结合力，增加增强效果。
[0014] （2）将初级改性碳纳米管加质量浓度为6-8%的硅烷偶联剂-无水乙醇溶液中，通氮气条件下，55-65℃下加热50-80min，无水乙醇洗涤3-4次，70-80℃下真空干燥3-5h得改性碳纳米管。
[0015] 本发明采用改性碳纳米管，使碳管表面官能基化，以去除碳纳米管在基体树脂中的团聚效应提升碳管分散性，同时在碳管表面产生出能与基体树脂互相连结的共价键，使有机/无机两界面间形成强而有力的共价键结，当
复合材料受到外力冲击时，能将冲击
能量从强度较弱的基体树脂转移到强度较强的碳管上，藉由碳管弹性形变或扭曲，进而将冲击能量消散掉，达到最佳的增韧补强效果。
[0016] 硅烷偶联剂分子在
水解后产生硅醇基，而碳纳米管在初步改性后在其表面上带有羟基，硅醇基可与羟基行缩合反应，脱去一个水分子后缩合在一起，使硅烷偶联剂与碳纳米管之间以共价键结强而有力的连结在一起，并赋予碳纳米管新的官能团，此官能团可进一步与基体树脂作用，进一步提高结合能力，
增强材料的强度和韧性。
[0017] 本发明通过添加耐高温增强改性剂，不仅能增强材料的强度和韧性，同时能提高材料的耐高温性能。耐高温增强改性剂由70%-80%的改性碳纳米管和30-40%的纳米氮化铝组成，碳纳米管本身具有较好得
散热性能，能提高材料的耐高温性能，纳米氮化铝粉具有优异的导热性能，改性碳纳米管在基体中连成网状，形成骨架，为氮化铝提供分散基体，氮化铝附着在碳纳米管壁上，形成高效散热网，从而提高材料的耐高温性能。
[0018] 作为优选，所述玻璃纤维经改性处理后使用，改性处理的方法为：将玻璃纤维浸入质量浓度为15-20%的硝酸溶液中，超声处理10-15min，然后将玻璃纤维在质量浓度为10%-20%硅烷偶联剂-无水乙醇溶液中浸渍15-30min，取出玻璃纤维，在40-50℃下真空干燥5-
8h。通过将玻璃纤维浸入硝酸溶液溶液中处理，以除去玻纤表面的杂质并使玻璃纤维表面粗造化增大
比表面积，以提升与基体树脂的结合强度。硅烷偶联剂-无水乙醇溶液改性玻璃纤维后，可以提升玻璃纤维与基体树脂的结合强度。
[0019] 作为优选，所述增韧剂为甲基
丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物。
[0020] 作为优选，所述改性云母的制备方法包括如下步骤：
[0021] （1）将云母碎片在700-800℃下
煅烧1-1.5小时得熟云母料，然后过5-10目筛；煅烧用以脱去云母结构中的部分结晶水，使云母碎片沿垂直于解理面的方向膨胀、分层，质地变软；煅烧还可让存在于云母碎片中的结晶石、泥沙等杂质变成灰分，便于除杂。
[0022] （2）将过筛后的熟云母料在质量浓度70-85%
碳酸氢钠溶液中浸渍1-2小时；浸渍碳酸氢钠后，可在下步裂解反应时，分解产生大量二氧化碳，从内到外作用于云母碎片，促使云母碎裂。
[0023] （3）将浸渍后的熟云母料与质量浓度为30-40%的
氨水按照1:2-4的重量比混合，搅拌条件下加热至350-450℃保持1-2小时；将浸渍后的熟云母料与氨水混合，首先氨水与碳酸氢钠发生反应，可以促使云母碎裂，其次，反应的同时及反应后的产物在加热搅拌下能产生大量的二氧化碳和氨气，从内到外作用于云母碎片，促使云母碎裂，使得云母充分分离获得较小的鳞片。
[0024] （4）将步骤（3）处理后的云母熟料与水按照1:8-10的重量比例加入反应釜中，从反应釜底部向反应釜内通
蒸汽将反应釜加热至120-130℃，维持40-70分钟得熟云母浆，熟云母浆干燥，
粉碎，过400-600目筛。反应釜的加热热源为蒸汽，蒸汽在反应釜底部通入，这样在加热时同时起到强烈的搅拌作用，进一步使得云母充分分离获得较小的鳞片，能与基体树脂更好的混合。
[0025] 作为优选，所述分散剂为聚乙烯蜡。
[0027] 本发明的有益效果是：具有优异的绝缘性，较高的强度以及很好地耐高温性能，安装运输方便。
具体实施方式
[0028] 下面通过具体
实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
[0029] 本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0030] 本发明中氯化聚乙烯树脂、PVC树脂（型号SG-5）、轻钙粉（400-500目）、苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物、钙锌稳定剂、ACR加工助剂等均为市售产品。
[0031] 实施例1：
[0032] 一种埋地式高压电力电缆用耐高温PVC-C套管，由以下重量份计的原料组分混合制成：氯化聚乙烯树脂100份，PVC树脂20份，轻钙粉25份，耐高温增强改性剂5份，苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物6份，改性云母3份，玻璃纤维5份，钙锌稳定剂（钙锌复合稳定剂，市售）2份，分散剂（聚乙烯蜡）0.5份，润滑剂（硬脂酸钙）1份，增韧剂（甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物，MBS，市售）1份，ACR加工助剂1份。
[0033] 所述玻璃纤维经改性处理后使用，改性处理的方法为：将玻璃纤维浸入质量浓度为15%的硝酸溶液中，超声处理15min，然后将玻璃纤维在质量浓度为10%硅烷偶联剂KH550-无水乙醇溶液中浸渍30min，取出玻璃纤维，在40℃下真空干燥8h。
[0034] 所述耐高温增强改性剂按重量百分比计由70%-80%的改性碳纳米管和30-40%的纳米氮化铝组成；所述改性碳纳米管的制备方法如下：
[0035] （1）将碳纳米管粉加入质量浓度35%的甲醇溶液中搅拌混合均匀得预混液，1g碳纳米管粉使用10ml甲醇溶液，将预混液与酸溶液按照1:5的体积比混合，机械搅拌60min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤碳纳米管，然后在50℃下真空干燥4h得初级改性碳纳米管；所述酸溶液为质量浓度为4%的硝酸溶液与质量浓度为12%的磷酸溶液按照1:1体积比的混合物；
[0036] （2）将初级改性碳纳米管加质量浓度为6%的硅烷偶联剂（KH550）-无水乙醇溶液中，通氮气条件下，55℃下加热80min，无水乙醇洗涤3次，70℃下真空干燥5h得改性碳纳米管。
[0037] 所述改性云母的制备方法包括如下步骤：
[0038] （1）将云母碎片在700℃下煅烧1.5小时得熟云母料，然后过5目筛；
[0039] （2）将过筛后的熟云母料在质量浓度70%碳酸氢钠溶液中浸渍2小时；
[0040] （3）将浸渍后的熟云母料与质量浓度为30%的氨水按照1:4的重量比混合，搅拌条件下加热至350℃保持2小时；
[0041] （4）将步骤（3）处理后的云母熟料与水按照1:8的重量比例加入反应釜中，从反应釜底部向反应釜内通蒸汽将反应釜加热至120℃，维持70分钟得熟云母浆，熟云母浆干燥，粉碎，过400目筛。
[0042] 实施例2：
[0043] 一种埋地式高压电力电缆用耐高温PVC-C套管，由以下重量份计的原料组分混合制成：氯化聚乙烯树脂100份，PVC树脂30份，轻钙粉35份，耐高温增强改性剂8份，苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物4份，改性云母5份，玻璃纤维3份，钙锌稳定剂（钙锌复合稳定剂，市售）3份，分散剂（聚乙烯蜡）0.8份，润滑剂（硬脂酸钙）2份，增韧剂（甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物，MBS，市售）2份，ACR加工助剂1.5份。
[0044] 所述玻璃纤维经改性处理后使用，改性处理的方法为：将玻璃纤维浸入质量浓度为20%的硝酸溶液中，超声处理10min，然后将玻璃纤维在质量浓度为20%硅烷偶联剂KH560-无水乙醇溶液中浸渍15min，取出玻璃纤维，在50℃下真空干燥5h。
[0045] 所述耐高温增强改性剂按重量百分比计由70%-80%的改性碳纳米管和30-40%的纳米氮化铝组成；所述改性碳纳米管的制备方法如下：
[0046] （1）将碳纳米管粉加入质量浓度45%的甲醇溶液中搅拌混合均匀得预混液，1g碳纳米管粉使用10ml甲醇溶液，将预混液与酸溶液按照1:3的体积比混合，机械搅拌30min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤碳纳米管，然后在60℃下真空干燥3h得初级改性碳纳米管；所述酸溶液为质量浓度为6%的硝酸溶液与质量浓度为10%的磷酸溶液按照1: 2体积比的混合物；
[0047] （2）将初级改性碳纳米管加质量浓度为8%的硅烷偶联剂（KH550）-无水乙醇溶液中，通氮气条件下， 65℃下加热50min，无水乙醇洗涤4次， 80℃下真空干燥3h得改性碳纳米管。
[0048] 所述改性云母的制备方法包括如下步骤：
[0049] （1）将云母碎片在800℃下煅烧1小时得熟云母料，然后过10目筛；
[0050] （2）将过筛后的熟云母料在质量浓度85%碳酸氢钠溶液中浸渍1小时；
[0051] （3）将浸渍后的熟云母料与质量浓度为40%的氨水按照1:2的重量比混合，搅拌条件下加热至450℃保持1小时；
[0052] （4）将步骤（3）处理后的云母熟料与水按照1: 10的重量比例加入反应釜中，从反应釜底部向反应釜内通蒸汽将反应釜加热至130℃，维持40分钟得熟云母浆，熟云母浆干燥，粉碎，过500目筛。
[0053] 实施例3：
[0054] 一种埋地式高压电力电缆用耐高温PVC-C套管，由以下重量份计的原料组分混合制成：氯化聚乙烯树脂100份，PVC树脂25份，轻钙粉30份，耐高温增强改性剂6份，苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐三元共聚物5份，改性云母4份，玻璃纤维4份，钙锌稳定剂（钙锌复合稳定剂，市售）2.5份，分散剂（聚乙烯蜡）0.6份，润滑剂（硬脂酸钙）1.5份，增韧剂（甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物，MBS，市售）1.5份，ACR加工助剂1.2份。
[0055] 所述玻璃纤维经改性处理后使用，改性处理的方法为：将玻璃纤维浸入质量浓度为18%的硝酸溶液中，超声处理12min，然后将玻璃纤维在质量浓度为15%硅烷偶联剂KH570-无水乙醇溶液中浸渍230min，取出玻璃纤维，在45℃下真空干燥6h。
[0056] 所述耐高温增强改性剂按重量百分比计由70%-80%的改性碳纳米管和30-40%的纳米氮化铝组成；所述改性碳纳米管的制备方法如下：
[0057] （1）将碳纳米管粉加入质量浓度40%的甲醇溶液中搅拌混合均匀得预混液，1g碳纳米管粉使用10ml甲醇溶液，将预混液与酸溶液按照1:4的体积比混合，机械搅拌50min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤碳纳米管，然后在55℃下真空干燥3.5h得初级改性碳纳米管；所述酸溶液为质量浓度为5%的硝酸溶液与质量浓度为10%的磷酸溶液按照1:1.5体积比的混合物；
[0058] （2）将初级改性碳纳米管加质量浓度为7%的硅烷偶联剂（KH550）-无水乙醇溶液中，通氮气条件下，60℃下加热60min，无水乙醇洗涤3次，75℃下真空干燥4h得改性碳纳米管。
[0059] 所述改性云母的制备方法包括如下步骤：
[0060] （1）将云母碎片在750℃下煅烧1.2小时得熟云母料，然后过10目筛；
[0061] （2）将过筛后的熟云母料在质量浓度80%碳酸氢钠溶液中浸渍1.5小时；
[0062] （3）将浸渍后的熟云母料与质量浓度为35%的氨水按照1:3的重量比混合，搅拌条件下加热至400℃保持1.5小时；
[0063] （4）将步骤（3）处理后的云母熟料与水按照1:9的重量比例加入反应釜中，从反应釜底部向反应釜内通蒸汽将反应釜加热至125℃，维持60分钟得熟云母浆，熟云母浆干燥，粉碎，过600目筛。
[0064] 实施例4：
[0065] 本实施例的配方及制备方法同实施例3，不同之处在于对轻钙粉进行了表面处理，具体为：先将100kg轻钙粉加入铝酸酯偶联剂溶液中混合60min，然后再加入硅烷偶联剂溶液，混合60min，最后真空干燥，铝酸酯偶联剂溶液为铝酸酯偶联剂与无水乙醇混合形成的溶液，铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂（市售）的质量浓度为30%，铝酸酯偶联剂的用量为轻钙粉重量的0.3%；硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂（市售，KH560）与无水乙醇混合形成的溶液，硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的质量浓度为30%，硅烷偶联剂的用量为轻钙粉重量的0.3%。
[0066] 实施例5：
[0067] 本实施例的配方及制备方法同实施例3，不同之处在于对轻钙粉进行了表面处理，具体为：先将100kg轻钙粉加入铝酸酯偶联剂溶液中混合90min，然后再加入硅烷偶联剂溶液，混合40min，最后真空干燥，铝酸酯偶联剂溶液为铝酸酯偶联剂与无水乙醇混合形成的溶液，铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂的质量浓度为40%，铝酸酯偶联剂的用量为轻钙粉重量的0.5%；硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂与无水乙醇混合形成的溶液，硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的质量浓度为40%，硅烷偶联剂的用量为轻钙粉重量的0.1%。
[0068] 实施例6：
[0069] 本实施例的配方及制备方法同实施例3，不同之处在于对轻钙粉进行了表面处理，具体为：先将100kg轻钙粉加入铝酸酯偶联剂溶液中混合80min，然后再加入硅烷偶联剂溶液，混合50min，最后真空干燥，铝酸酯偶联剂溶液为铝酸酯偶联剂与无水乙醇混合形成的溶液，铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂的质量浓度为35%，铝酸酯偶联剂的用量为轻钙粉重量的0.4%；硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂与无水乙醇混合形成的溶液，硅烷偶联剂溶液中硅烷偶联剂的质量浓度为35%，硅烷偶联剂的用量为轻钙粉重量的0.2%。
[0070] 本发明在制备时按常规方法即可，只需将各原料组分混合均匀，然后进双螺杆
挤出机熔融，挤出成型。
[0071] 本发明产品具有较好地耐高温和抗老化性能，能适应高压电缆使用过程因过载
短路而产生的高温，具有高绝缘强度和体积
电阻率；柔性好且抗压强度大、抗不均匀沉降，产品寿命长。
[0072] 按照QB/T 2479-2005的标准检测，本发明 PVC-C 套管的检测结果符合标准的规定，部分参数如下 ：
[0073] 维卡
软化温度达到105℃；纵向回缩率＜1.0％；体积电阻率≥ 1.85×1011Ω.m；管径压扁 70％无破裂；标准落锤冲击检测时未出现破裂和裂缝。
[0074] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出
权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
