耐水树电缆及其制备方法

1.本发明属于电气技术领域，具体地，涉及一种耐水树电缆，以及该耐水树电缆的制备方法。


背景技术：

2.水树枝是影响电缆使用寿命的一个重要因素。水树枝的产生原因主要是在长期工作下受到空气或土地中的水气侵蚀，在材料的空隙、缺陷或杂质处形成。为减少水树枝的形成，通常采用添加水树抑制剂的方法。水树抑制剂通常带有强极性的官能团，可以吸收进入绝缘层的水分，使水分子不随电场迁移；另一种方式是加入可以与水发生反应并不影响电性能的物质。
3.专利文献us20140363671提供了一种含环氧基团改性的非交联聚烯烃绝缘层的电缆，提及环氧基团的引入可以改善绝缘材料的抗水树性，但未描述具体的效果及相应的绝缘材料性能参数。且由于制备方法和环氧基团的特性，绝缘层材料在加工和运行中受热和水分的影响会产生凝胶，对其电性能和可回收性均有不利影响。
4.专利文献cn111354507a提供了一种抗水树的电缆，其绝缘层由一种基于热塑性聚丙烯的材料和至少一种熔融温度大于110℃的含氧化合物组成，有效防止传统的液相或小分子抗水树剂在加工过程中析出。然而由于含氧化合物和聚烯烃之间的极性差距，在所述添加量情况下易出现极性基团团聚引起的分散问题，从而导致其抗水树效果受影响。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种耐水树电缆及其制备方法，该电缆长期稳定的抗水树性能。
6.本发明的第一方面提供了一种耐水树电缆，该电缆包括至少一个缆芯，所述缆芯包括导体及围绕所述导体设置的电绝缘层，所述电绝缘层由热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆制得，挤出后进行退火热处理；
7.所述热塑性绝缘材料含有含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂，所述助剂含有抗氧剂和水树抑制剂；
8.所述退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为50-120℃，热处理时间为2-12h。
9.本发明的第二方面提供了上述的耐水树电缆的制备方法，该制备方法包括：缆芯的制备：将含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂混合，熔融挤出造粒，得到热塑性绝缘材料；
10.使用热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆电绝缘层，挤出后进行退火热处理，制得缆芯。
11.本发明的电缆拥有长期稳定的抗水树性能。本发明通过选用含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物作为电绝缘层的原料，可有效提高电缆的电性能和抗水
树性能。另外，缆芯制备过程中的热处理可以进一步改善电缆的抗水树性能。
12.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
13.以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
14.根据本发明的第一方面，本发明提供了一种耐水树电缆，该电缆包括至少一个缆芯，所述缆芯包括导体及围绕所述导体设置的电绝缘层，所述电绝缘层由热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆制得，挤出后进行退火热处理；
15.所述热塑性绝缘材料含有含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂，所述助剂含有抗氧剂和水树抑制剂；
16.所述退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为50-120℃，热处理时间为2-12h。
17.优选情况下，退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为60-110℃，更优选为80-100℃，热处理时间为2.5-10h，更优选为3-8h。
18.本发明中，电缆可以为直流电缆或交流电缆，优选为中低压直流或交流电缆。本发明中低压(lv)表示低于1kv的电压，中压(mv)表示在1kv至40kv范围内的电压，高压(hv)表示高于40kv、优选高于50kv的电压，超高压(ehv)表示至少230kv的电压。
19.根据本发明，所述缆芯由内至外依次包括：导体、任选的导体屏蔽层、电绝缘层、任选的电绝缘屏蔽层和任选的金属屏蔽层，电绝缘屏蔽层挤出后进行退火热处理。所述导体屏蔽层、电绝缘屏蔽层和金属屏蔽层均可根据需要设置，一般地，在6kv以上的电缆中使用。
20.本发明中，电缆还包括护套层和任选的铠装，所述护套层设于缆芯外侧，所述护套层包括外护套层和任选的内护套层，所述铠装设于内护套层与外护套层之间。
21.根据本发明，电缆可以包括一个缆芯或两个以上缆芯，电缆包括两个以上缆芯时，电缆包括填充层和包带层，所述填充层由填充于各缆芯之间的填充材料形成，所述包带层包覆于所有缆芯的外侧，保证缆芯及填充层呈圆形，防止缆芯被铠装划伤，并起到阻燃作用。
22.本发明中，组成电缆的导体、导体屏蔽层、电绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、铠装、护套层、填充层和包带层等，均可使用本领域的常规材料、采用常规方式制成。
23.具体地，所述导体通常是由金属材料，优选铝、铜或其它合金制成的导电元件，包括一种或多种金属导线。所述导体的直流电阻和单丝根数需符合gb/t3956的要求。优选的导体采用紧压绞合圆形结构，标称截面积小于等于800mm2，或采用分割导体结构，标称截面积大于等于1000mm2；导体根数不少于170根。
24.本发明的热塑性绝缘材料也可以作为屏蔽料的基础材料，电缆中电绝缘屏蔽层所用的热塑性绝缘材料和屏蔽料所用的热塑性绝缘材料可以相同、也可以不同。所述导体屏蔽层和电绝缘屏蔽层的材料含有热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体，热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体的比例根据机械性能调整。优选地，以热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体的总量计，热塑性绝缘材料的含量为40-65wt％，炭黑的含量为20-40wt％，弹性体的含量为15-25wt％。屏蔽料中还可加入抗氧剂、抗铜剂、加工助剂等，其采用常规用量。
25.屏蔽料在23℃下的体积电阻率＜1.0ω
·
m，90℃下的体积电阻率《3.5ω
·
m，在230℃，2.16kg载荷下的熔体流动速率通常为0.01-30g/10min，优选为0.05-20g/10min，进一步优选为0.1-10g/10min，更优选为0.2-8g/10min；拉伸强度≥12.5mpa；断裂伸长率≥150％。导体屏蔽层最薄点的厚度不小于0.5mm，平均厚度不低于1.0mm。
26.所述金属屏蔽层可以为铜带屏蔽层或铜丝屏蔽层。
27.所述填充层可以为高分子材料，如pe、pp、pvc或回收的橡胶材料等。
28.所述铠装层通常是使用镀锌钢/不锈钢/铝合金制成金属丝或金属带铠装，由单层铠装左向或双层铠装内层右向、外层左向绕包得到，金属丝或金属带铠装应紧密，使相邻金属丝/金属带间的间隙为最小。
29.所述护套层的材质可以为聚氯乙烯、聚乙烯和低烟无卤材料中的任一种。所述护套层可以包括外护套层，也可以包括内护套层。
30.以上各层结构均可采用本领域的常规方法制得。例如，所述导体屏蔽层、电绝缘层、电绝缘屏蔽层、护套层可通过挤出机挤出包覆形成，所述金属屏蔽层和铠装可通过绕包形成。
31.根据本发明，所述热塑性绝缘材料中，处于接枝态的含氧极性单体和任选的第二单体结构单元含量为0.1-6wt％，优选为0.5-5wt％，更优选为1-4wt％，二甲苯可溶物含量为0-70wt％，优选为0.5-65wt％；热塑性绝缘材料在230℃、2.16kg载荷下的熔体流动速率为0.2-7g/10min，优选为0.5-5g/10min，更优选为1-3.5g/10min；电绝缘层的材料的弯曲模量为200-800mpa，优选为300-600mpa，更优选为350-550mpa。
32.本发明中，所述丙烯聚合物可以为均相结构或异相结构的丙烯均聚物或丙烯共聚物，丙烯聚合物中共聚单体的含量为0-25wt％，优选为0-20wt％；所述丙烯聚合物在230℃、2.16kg载荷下的熔体流动速率为0.5-10g/10min，优选为1-7g/10min，熔融温度tm为110-180℃，优选为120-170℃。
33.根据本发明，丙烯共聚物的共聚单体可以选自乙烯、1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-庚烯和1-辛烯中的至少一种，优选为乙烯和/或1-丁烯。
34.本发明中，所述含氧极性单体为含不饱和双键的硅氧烷类单体、丙烯酸酯类单体、酸酐类单体、丙烯酸类单体中的至少一种；优选为丙烯酸酯类单体和/或酸酐类单体；更优选为甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸羟丙酯单体或马来酸酐。
35.本发明中，所述第二单体为芳香烯烃类单体，优选为苯乙烯。
36.根据本发明，所述热塑性绝缘材料中含有至少一种含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物。即电绝缘层的材料中的含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物可以是单一含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、也可以是两种或多种含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物。
37.本发明的含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物可以采用现有技术中的常规的方法制得，只要满足使用要求即可。优选地，所述含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物采用以下方法制备得到：
38.a、将丙烯聚合物置于密闭反应器中，进行惰性气体置换；
39.b、将自由基引发剂与含氧极性单体和任选的第二单体加入到密闭反应器中，搅拌混合；
40.c、任选地加入助溶胀剂，并任选地使反应体系进行溶胀；
41.d、任选地加入分散剂，使反应体系升温至接枝反应温度，进行接枝反应；
42.e、任选地将反应产物进行过滤，干燥，得到含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物。
43.根据本发明，所述惰性气体可以为本领域常用的各种惰性气体，包括但不限于氮气、氩气。
44.本发明中，所述自由基引发剂选自过氧化物类自由基引发剂；所述过氧化物类自由基引发剂优选选自过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化月桂酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙基酯、过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯和过氧化二碳酸二环己基酯中的至少一种。
45.根据本发明，以丙烯聚合物的质量为基准，所述含氧极性单体和任选的第二单体的用量可以为1-12％，优选为1.5-9％，更优选为1.7-7％。含有第二单体时，第二单体的用量可根据需要而定，优选地，含氧极性单体的用量占含氧极性单体和第二单体总用量的20wt％以上。
46.所述自由基引发剂的用量与含氧极性单体和任选的第二单体的用量的质量比例为0.1-6∶100，优选为0.5-5∶100。
47.根据本发明，所述助溶胀剂为对烯烃聚合物具有溶胀作用的有机溶剂，其可以是醚类溶剂、酮类溶剂、芳烃类溶剂或烷烃类溶剂。助溶胀剂优选为下述有机溶剂中的至少一种：氯代苯、多氯代苯、c6以上的烷烃或环烷烃、苯、c
1-c4烷基取代苯、c
2-c6脂肪醚、c
3-c6脂肪酮、十氢萘；更优选选自苯、甲苯、二甲苯、氯苯、四氢呋喃、乙醚、丙酮、己烷、环己烷、十氢萘和庚烷中的至少一种。以丙烯聚合物的质量为基准，所述助溶胀剂的用量为1-30％，优选为10-25％。
48.本发明中，溶胀的条件包括：溶胀温度可以为30-60℃，时间可以为1-5小时。
49.所述分散剂为水或氯化钠的水溶液。水为去离子水，氯化钠的水溶液可以采用任意常规使用的浓度。以丙烯聚合物的质量为基准，所述分散剂的用量为50-300％。
50.本发明中，所述接枝反应的温度为80-130℃，优选为85-120℃；时间为0.5-10小时，优选为1-6小时。
51.根据本发明，接枝反应体系中的所有物料可以一次性加入，也可以在反应的不同阶段加入。
52.本发明中，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和硫代类抗氧剂中的至少一种。所述抗氧剂优选为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2，2
′‑
亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，4，6-三(3
′
，5
′‑
二叔丁基-4
′‑
羟基苄基)均三甲苯、n，n
′‑
双[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、2，2
’‑
硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、2
′
，2-草酰胺基-双-[乙基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟苯基)]丙酸酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、4，4
′‑
硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、亚磷酸三苯酯、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、硫代二丙酸二月桂酯中的至少一种。
[0053]
根据本发明，所述水树抑制剂选自多元醇及其聚合物、多元醇酯及其聚合物、乙氧基化脂肪酸及其酰胺衍生物，优选为聚乙二醇、聚乙二醇硬脂酸酯。
[0054]
本发明中，所述弹性体可以选自poe、pbe、epr、epdm、sebs和sbs中的至少一种。
[0055]
根据本发明的第二方面，本发明提供了上述的耐水树电缆的制备方法，该制备方法包括：将含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂混合，熔融挤出造粒，得到热塑性绝缘材料；
[0056]
使用热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆电绝缘层，挤出后进行退火热处理，制得缆芯。
[0057]
以含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、丙烯聚合物和弹性体的总质量为基准，含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物的用量为50％以上，优选大于55％，更优选大于60％，所述抗氧剂的用量大于2000ppm，优选为3000-5000ppm，所述水树抑制剂的用量为3000-15000ppm，优选为5000-10000ppm。
[0058]
另外，根据产品需要，本发明还可加入其他助剂，例如加工助剂、抗紫外剂、电压稳定剂、防老剂、稳定剂等，其他各助剂的种类和使用量为常规且为本领域技术人员已知的。
[0059]
所述加工助剂可选自含氟化合物、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、脂肪酸酯和矿物油中的至少一种，优选为聚丙烯蜡、脂肪酸酯和矿物油中的至少一种。所述加工助剂的用量为0.2-4wt％，优选为0.5-2wt％。
[0060]
本发明中，熔融挤出造粒可采用现有技术中常规的设备进行，优选为双螺杆挤出机。所述熔融挤出造粒的温度可以为180-250℃，优选为185-230℃，更优选为190-220℃。
[0061]
根据本发明，所述制备方法还包括：在导体外侧包覆导体屏蔽层、任选的电绝缘屏蔽层和任选的金属屏蔽层；导体屏蔽层由屏蔽料挤出包覆于导体外侧得到，电绝缘层包覆于导体屏蔽层外侧，电绝缘屏蔽层由屏蔽料挤出包覆于电绝缘层外侧得到，经退火热处理后，再由金属带/或金属丝绕包形成金属屏蔽层，制得缆芯。
[0062]
在缆芯的外侧包覆护套层和任选的铠装，所述护套层包括外护套层和任选的内护套层；使用护套层料在缆芯外侧挤出包覆形成外护套层；或者，使用护套层料在缆芯外侧挤出包覆形成内护套层，使用镀锌钢/不锈钢/铝合金制成金属丝或金属带铠装绕包在内护套层外侧形成铠装，再使用护套层料在铠装外侧挤出包覆形成外护套层。
[0063]
根据本发明一种具体实施方式，电缆的制备方法如下：
[0064]
缆芯的制备：将多条单丝导体(如铜制)进行束丝操作，然后将束丝后的各单丝导体进行绞合操作，得到导体(导体内芯)。将导体屏蔽料和电绝缘层的材料颗粒，在导体内芯外通过挤出机共挤出包覆形成导体屏蔽层+电绝缘层，或形成导体屏蔽层+电绝缘层+电绝缘屏蔽层(外屏蔽层)，经过退火热处理，退火热处理条件同上所述。在电绝缘层/电绝缘屏蔽层外侧进行铜带或铜丝绕包，形成金属屏蔽层。
[0065]
内护套层的制备：将护套层粒料在金属屏蔽层外通过挤出机挤出形成内护套层。
[0066]
铠装的制备：使用镀锌钢/不锈钢/铝合金制成金属丝或金属带铠装，由单层铠装左向或双层铠装内层右向、外层左向绕包在内护套层上，金属丝或金属带铠装应紧密，使相邻金属丝/金属带间的间隙为最小。
[0067]
外护套层的制备：将护套层粒料在铠装外通过挤出机挤出形成外护套层，制得电缆。
[0068]
本发明中未加以限定的物质及参数均可根据现有技术进行选择，属于本领域的常规技术手段。
[0069]
下面结合实施例，进一步说明本发明。但不受这些实施例的限制。
[0070]
在以下的制备例、实施例和对比例中，有关数据按以下测试方法获得：
[0071]
1、丙烯聚合物中共聚单体含量的测定：
[0072]
通过定量傅里叶变换红外(ftir)光谱测定共聚单体的含量。通过定量核磁共振(nmr)光谱对确定的共聚单体含量的相关性进行校准。基于定量
13
c-nmr光谱所得结果的校准方法按照本领域的常规方法进行。
[0073]
2、二甲苯可溶物含量(xs)的测定：
[0074]
按gb/t 24282-2009中规定的方法进行测试。
[0075]
3、接枝率gd
(n)
/gd的测定：
[0076]
将2-4g接枝产物放入索氏提取器中，用有机溶剂(对于芳香烯烃类单体、丙烯酸酯类单体、酸酐，使用乙酸乙酯；对于硅烷类单体，使用丙酮)抽提24小时，除去未反应的单体及其均聚物，得到纯的接枝产物，烘干称重，计算参数接枝率。gd
(n)
代表材料中含氧极性单体和任选的第二单体接枝的丙烯聚合物的接枝率。gd代表所述热塑性绝缘材料中含氧极性单体和任选的第二单体且处于接枝态的结构单元的含量。本发明中，gd计算公式如下：
[0077][0078][0079]
以上公式中，w0是丙烯聚合物的质量；w1是接枝产物抽提前的质量；w2是接枝产物抽提后的质量。在热塑性绝缘材料含有不止一种接枝物的情况下，m
n1
是材料中第一含氧极性单体和任选的第二单体改性的丙烯聚合物的质量，m
n2
是第二含氧极性单体和任选的第二单体改性的丙烯聚合物的质量，以此类推；m
产品
是热塑性绝缘材料的质量。
[0080]
4、熔体流动速率(熔融指数)mfr的测定：
[0081]
按gb/t 3682-2018中规定的方法，用ceast公司7026型熔融指数仪，在230℃、2.16kg载荷下测定。
[0082]
5、熔融温度(熔点)tm的测定：
[0083]
采用差示扫描量热仪对材料的熔融过程和结晶过程进行分析。具体操作为：在氮气保护下，将5-10mg样品从20℃至200℃采用三段式升降温测量方法进行测量，以热流量的变化反映材料的熔融和结晶过程，从而计算熔融温度tm。
[0084]
6、弯曲模量的测定：
[0085]
按照gb/t 9341-2008中规定的方法进行测定。
[0086]
7、水树枝生长速率的测定：
[0087]
参考“交联聚乙烯电缆绝缘中的水树生长特性”(周凯，黄科荣等.高电压技术，2019，45(10)：3207-3213)中所述方法对电缆水树进行制样和测试，观察样品15、30、60天的水树生长情况。
[0088]
制备例、实施例和对比例中使用的试剂如下：
[0089]
过氧化苯甲酰(bpo)，百灵威科技有限公司；
[0090]
过氧化月桂酰(lpo)，百灵威科技有限公司；
[0091]
过氧化2-乙基己酸叔丁酯(ot)，阿达玛斯试剂有限公司；
[0092]
苯乙烯(st)，百灵威科技有限公司；
[0093]
甲基丙烯酸甲酯(mma)，百灵威科技有限公司；
[0094]
甲基丙烯酸羟丙酯(hpma)，百灵威科技有限公司；
[0095]
马来酸酐(mah)，百灵威科技有限公司；
[0096]
二甲苯，百灵威科技有限公司；
[0097]
丙烯酸丁酯(ba)，百灵威科技有限公司；
[0098]
抗氧剂：抗氧剂1035、抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂697，上海凯茵化工；
[0099]
加工助剂(润滑剂)：pp蜡2602(科莱恩公司)，ppa5920a(美国3m公司)；
[0100]
水树抑制剂：聚乙二醇、聚乙二醇硬脂酸酯，百灵威试剂有限公司
[0101]
弹性体：vistamaxx6102、vistamaxx6202，埃克森美孚；
[0102]
丙烯聚合物，如表1所示：
[0103]
表1
[0104][0105]
制备例1-5
[0106]
称取丙烯聚合物粉料，加入到带有机械搅拌的反应釜中，密闭反应系统，氮气置换除氧。加入引发剂和含氧极性单体和任选的第二单体的混合物，与粉料搅拌混合15-20分钟，任选地加入分散剂或助溶胀剂，各物料以质量份数计，再升温至反应温度反应1-6小时，反应结束后，冷却降温，任选地过滤除去分散剂水，在70℃干燥4小时，得到含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物(改性聚丙烯粉料)，具体反应条件和产物性能见表2。
[0107]
表2
[0108]
[0109][0110]
实施例1-4
[0111]
热塑性绝缘材料的制备：称取改性聚丙烯粉料、抗氧剂、水树抑制剂、加工助剂、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体，各物料的用量以质量份数、质量百分数或质量ppm计，用高速搅拌机充分混合后加入双螺杆挤出机造粒，得到热塑性绝缘材料，各实施例具体制备条件和材料性能见表3、表4。
[0112]
所有实施例屏蔽料的制备：按质量比例为53：20：27称取实施例3的热塑性绝缘材料、vistamaxx6102和卡博特炭黑vxc 68，以热塑性绝缘材料的质量计，加入抗氧剂5000ppm，抗铜剂md-10243000ppm，白油3wt％，用高速搅拌机充分混合后加入密炼机在200-220℃下，得到对应的内外屏蔽层材料。
[0113]
所有实施例缆芯的制备：将74条2.5mm铜制单丝导体进行束丝操作，接着，将束丝后的各单丝导体进行绞合操作，得到铜制导体内芯。将屏蔽料和热塑性绝缘材料颗粒，在导体内芯外通过挤出机共挤出包覆形成导体屏蔽层+电绝缘层+电绝缘屏蔽层(外屏蔽层)，挤出温度为160-180℃。盘好后需进行退火处理。在电绝缘屏蔽层外采用t1铜进行铜带绕包，形成金属屏蔽层。
[0114]
所有实施例内护套层的制备：将牌号st-2的pvc颗粒(东莞海创电子有限公司)在金属屏蔽层外通过挤出机挤出形成内护套层。
[0115]
所有实施例铠装的制备：使用304不锈钢制成标称直径为1.25mm的钢丝铠装，由单层铠装左向绕包在内护套层上，铠装紧密，使相邻钢丝间的间隙为最小。
[0116]
所有实施例外护套层的制备：将牌号st-2的pvc颗粒(东莞海创电子有限公司)在铠装外通过挤出机挤出形成外护套层。
[0117]
各实施例最终得到10kv电缆。电缆导体截面积为400mm2，导体屏蔽层的平均厚度1.1-1.2mm，电绝缘层的平均厚度2.9-3.0mm，电绝缘屏蔽层的平均厚度1.0-1.1mm，金属屏蔽层的平均厚度0.9-1.0mm，电缆绝缘偏心度为3.5-5％，铠装的平均厚度5.8-6.0mm，内护套层的平均厚度2.0-2.1mm，外护套层的平均厚度2.5-2.6mm。
[0118]
对比例1-4
[0119]
对比例1与实施例1不同的是，缆芯制备时未进行热处理，其余均相同。对比例2与实施例2不同的是，热塑性绝缘材料制备时采用未改性的丙烯聚合物替代实施例2中的改性丙烯聚合物，其余均相同。对比例3与实施例1不同的是，缆芯制备时退火热处理时间较短，其余均相同。对比例4与实施例1不同的是，缆芯制备时退火热处理温度较高，其余均相同。各对比例具体的制备条件和材料性能分别见表3和表4。
[0120]
表3
[0121][0122][0123]
表4
[0124][0125]
将各实施例和对比例制得的电缆进行抗水树性能测试，结果见表5。
[0126]
表5
[0127][0128]
通过对比实施例和对比例，可看出本发明得到的样品水树枝生长得到了有效的抑制。比较实施例1和对比例1的数据可以看出，未经退火处理的电缆的抗水树效果明显低于退火处理后的电缆。比较实施例2和对比例2的数据可以看出，采用未接枝改性聚丙烯，电缆的长期抗水树效果低于采用了接枝改性后的聚丙烯的电缆。比较实施例1和对比例3的数据可以看出，退火的时间短，对电缆的抗水树效果起不到提升作用。比较实施例1和对比例4的数据可以看出，退火的温度高，对电缆的抗水树效果起不到提升作用。
[0129]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：
1.耐水树电缆，其特征在于，该电缆包括至少一个缆芯，所述缆芯包括导体及围绕所述导体设置的电绝缘层，所述电绝缘层由热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆制得，挤出后进行退火热处理；所述热塑性绝缘材料含有含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂，所述助剂含有抗氧剂和水树抑制剂；所述退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为50-120℃，热处理时间为2-12h。2.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，所述缆芯由内至外依次包括：导体、任选的导体屏蔽层、电绝缘层、任选的电绝缘屏蔽层和任选的金属屏蔽层；所述导体屏蔽层和电绝缘屏蔽层的材料含有热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体，以热塑性绝缘材料、炭黑和弹性体的总量计，热塑性绝缘材料的含量为40-65wt％，炭黑的含量为20-40wt％，弹性体的含量为15-25wt％；所述电绝缘屏蔽层挤出后进行退火热处理，退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为60-110℃，优选为80-100℃，热处理时间为2.5-10h，优选为3-8h。3.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，电缆包括护套层和任选的铠装，所述护套层设于缆芯外侧，所述护套层包括外护套层和任选的内护套层，所述铠装设于内护套层与外护套层之间；电缆包括两个以上缆芯时，电缆包括填充层和包带层，所述填充层由填充于各缆芯之间的填充材料形成，所述包带层包覆于所有缆芯的外侧。4.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，所述热塑性绝缘材料中，处于接枝态的含氧极性单体和任选的第二单体结构单元含量为0.1-6wt％，优选为0.5-5wt％，更优选为1-4wt％，二甲苯可溶物含量为0-70wt％，优选为0.5-65wt％；热塑性绝缘材料在230℃、2.16kg载荷下的熔体流动速率为0.2-7g/10min，优选为0.5-5g/10min，更优选为1-3.5g/10min；电绝缘层的材料的弯曲模量为200-800mpa，优选为300-600mpa，更优选为350-550mpa。5.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，所述丙烯聚合物为丙烯均聚物或丙烯共聚物，丙烯聚合物中共聚单体的含量为0-25wt％，优选为0-20wt％；所述丙烯聚合物在230℃、2.16kg载荷下的熔体流动速率为0.5-10g/10min，优选为1-7g/10min，熔融温度tm为110-180℃，优选为120-170℃；所述丙烯共聚物的共聚单体优选选自乙烯、1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-庚烯和1-辛烯中的至少一种，更优选为乙烯和/或1-丁烯；所述含氧极性单体为含不饱和双键的硅氧烷类单体、丙烯酸酯类单体、酸酐类单体、丙烯酸类单体中的至少一种；优选为丙烯酸酯类单体和/或酸酐类单体；更优选为甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸羟丙酯单体或马来酸酐；所述第二单体为芳香烯烃类单体，优选为苯乙烯。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的耐水树电缆，其中，所述热塑性绝缘材料中含有至少一种含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物；所述含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物优选采用以下方法制备得到：a、将丙烯聚合物置于密闭反应器中，进行惰性气体置换；
b、将自由基引发剂与含氧极性单体和任选的第二单体加入到密闭反应器中，搅拌混合；c、任选地加入助溶胀剂，并任选地使反应体系进行溶胀；d、任选地加入分散剂，使反应体系升温至接枝反应温度，进行接枝反应；e、任选地将反应产物进行过滤，干燥，得到含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物。7.根据权利要求6所述的耐水树电缆，其中，所述自由基引发剂选自过氧化物类自由基引发剂；所述过氧化物类自由基引发剂优选选自过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化月桂酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙基酯、过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯和过氧化二碳酸二环己基酯中的至少一种；以丙烯聚合物的质量为基准，所述含氧极性单体和任选的第二单体的用量为1-12％，优选为1.5-9％，更优选为1.7-7％；所述自由基引发剂的用量与含氧极性单体和任选的第二单体的用量的质量比例为0.1-6∶100，优选为0.5-5∶100；所述助溶胀剂选自苯、甲苯、二甲苯、氯苯、四氢呋喃、乙醚、丙酮、己烷、环己烷、十氢萘和庚烷中的至少一种；以丙烯聚合物的质量为基准，所述助溶胀剂的用量为1-30％，优选为10-25％；所述分散剂为水或氯化钠的水溶液；以丙烯聚合物的质量为基准，所述分散剂的用量为50-300％；所述接枝反应的温度为80-130℃，优选为85-120℃；时间为0.5-10小时，优选为1-6小时。8.根据权利要求1所述的耐水树电缆，其中，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和硫代类抗氧剂中的至少一种；所述抗氧剂优选为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2，2
′‑
亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，4，6-三(3
′
，5
′‑
二叔丁基-4
′‑
羟基苄基)均三甲苯、n，n
′‑
双[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、2，2
’‑
硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、2
′
，2-草酰胺基-双-[乙基-3-(3，5-二叔丁基-4-羟苯基)]丙酸酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、4，4
′‑
硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、亚磷酸三苯酯、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、硫代二丙酸二月桂酯中的至少一种；所述水树抑制剂选自多元醇及其聚合物、多元醇酯及其聚合物、乙氧基化脂肪酸及其酰胺衍生物，优选为聚乙二醇、聚乙二醇硬脂酸酯；所述弹性体优选选自poe、pbe、epr、epdm、sebs和sbs中的至少一种。9.权利要求1-8中任意一项所述的耐水树电缆的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂混合，熔融挤出造粒，得到热塑性绝缘材料；使用热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆电绝缘层，挤出后进行退火热处理，制得缆芯；以含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、丙烯聚合物和弹性体的总质量为基准，所述抗氧剂的用量大于2000ppm，优选为3000-5000ppm，所述水树抑制剂的用
量为3000-15000ppm，优选为5000-10000ppm；所述熔融挤出造粒的温度为180-250℃，优选为185-230℃，更优选为190-220℃。10.根据权利要求9所述的耐水树电缆的制备方法，其中，所述制备方法还包括：在导体外侧包覆导体屏蔽层、任选的电绝缘屏蔽层和任选的金属屏蔽层；导体屏蔽层由屏蔽料挤出包覆于导体外侧得到，电绝缘层包覆于导体屏蔽层外侧，电绝缘屏蔽层由屏蔽料挤出包覆于电绝缘层外侧得到，经退火热处理后，再由金属带/或金属丝绕包形成金属屏蔽层，制得缆芯；在缆芯的外侧包覆护套层和任选的铠装，所述护套层包括外护套层和任选的内护套层；使用护套层料在缆芯外侧挤出包覆形成外护套层；或者，使用护套层料在缆芯外侧挤出包覆形成内护套层，使用镀锌钢/不锈钢/铝合金制成金属丝或金属带铠装绕包在内护套层外侧形成铠装，再使用护套层料在铠装外侧挤出包覆形成外护套层。

技术总结
本发明属于电气技术领域，公开了一种耐水树电缆及其制备方法，该电缆包括至少一个缆芯，所述缆芯包括导体及围绕所述导体设置的电绝缘层，所述电绝缘层由热塑性绝缘材料在导体外侧挤出包覆制得，挤出后进行退火热处理；所述热塑性绝缘材料含有含氧极性单体和任选的第二单体接枝改性的丙烯聚合物、任选的丙烯聚合物、任选的弹性体和助剂，所述助剂含有抗氧剂和水树抑制剂；所述退火热处理条件包括：在惰性气体环境下，热处理温度为50-120℃，热处理时间为2-12h。该电缆具有长期稳定的抗水树性能。性能。


技术研发人员：李琦 邵清 张琦 何金良 袁浩 胡军 张雅茹 王铭锑 李娟 黄上师 高达利 樊林禛 胡世勋
受保护的技术使用者：中石化（北京）化工研究院有限公司 清华大学
技术研发日：2022.01.06
技术公布日：2023/7/22