本发明涉及一种聚乙烯绝缘料及其制备方法和应用，属于电缆材料制备领域。
背景技术：
聚乙烯是最常用的塑料树脂之一，由于其结构上的特征，聚乙烯往往不能承受较高的温度，机械强度不足，限制了其在许多领域的应用。为提高聚乙烯的性能，研究了许多改性方法，对聚乙烯进行交联，通过聚乙烯分子间的共价键形成一个网状的三维结构，迅速改善了聚乙烯树脂的性能，如：热形变性、耐磨性、耐化学药品性、耐应力开裂等一系列物理、化学性能。
目前10kv及以下的高压电缆，所采用的交联聚乙烯绝缘料的生产方法主要是采用低温混炼法或高温后吸法。其中低温混炼法的工艺流程为：上料→计量喂料→双阶混炼→切粒→脱水加热→计量包装→检验入库；高温后吸法工艺流程为：上料→计量喂料→双螺杆混炼→切粒→离心脱水→密相输送→加热风干→助剂搅拌→恒温吸收→计量包装→检验入库。
低温混炼法工艺的缺陷是：低温混炼法工艺需要在大功率挤出机内在加热环境下进行，能耗占整条生产线的70％以上，故障率高，且有巨大的噪音及高散热；高温后吸法工艺的缺陷是：高温后吸法制备得到的产品交联剂只能吸附在粒子表层，存在分布不均匀现象，严重影响电缆料的质量。
技术实现要素：
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种聚乙烯绝缘料及其制备方法和应用。所述聚乙烯绝缘料的制备方法具有低设备故障率、低耗能的特点。所述制备方法的制备过程中没有巨大噪音，工作环境得到大幅提升；生产成本大幅下降。
进一步地，本发明制备得到的聚乙烯绝缘料，至少部分助剂能够由聚乙烯吸收，并且助剂分布均匀，产品性能优异。
进一步地，本发明聚乙烯绝缘料特别适用于制备10kv及以下的高压电力电缆。
用于解决问题的方案
本发明提供一种聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
加热步骤：将聚乙烯进行热风加热，然后输送至恒温仓并恒温放置；
混合步骤：将加热的聚乙烯和液化的助剂输送至混合装置进行混合，使所述助剂包覆在所述聚乙烯的表面，得到混合产物；
吸收步骤：将所述混合产物置于吸收设备中进行恒温吸收，以使得至少部分所述助剂浸入所述聚乙烯的内部，得到聚乙烯绝缘料。
根据本发明的制备方法，其中，所述加热步骤中，所述热风加热包括利用吹风设备将所述聚乙烯吹至悬浮分散状态。
根据本发明的制备方法，其中，所述加热步骤中，所述热风加热的温度为65℃-95℃，所述热风加热的时间为5分钟-20分钟；所述恒温仓的温度为60℃-80℃，所述恒温放置的时间为1小时-3小时。
根据本发明的制备方法，其中，所述混合步骤中，所述混合装置内的温度为55℃-80℃，压力为5kg·f/cm2-15kg·f/cm2。
根据本发明的制备方法，其中，所述吸收步骤中，所述恒温吸收的温度为55℃-75℃，所述恒温吸收的时间为8小时-24小时。
根据本发明的制备方法，其中，所述方法还包括将聚乙烯和/或液化的助剂进行过滤的步骤；
优选地，所述液化的助剂的制备方法包括：将所述助剂置于熔融槽内进行液化并均混。
根据本发明的制备方法，其中，所述加热步骤中，所述热风加热包括利用电阻加热的方式进行加热，以使得所述热风加热的温度为65℃-95℃。
根据本发明的制备方法，其特征在于，所述混合步骤中，包括利用氮气对所述混合装置进行密闭加压，以使得所述混合装置内的压力为5kg·f/cm2-15kg·f/cm2。
本发明还提供一种聚乙烯绝缘料，其由本发明的制备方法制备得到；优选地，所述聚乙烯绝缘料包括：聚乙烯、交联剂和抗氧剂；更优选地，以所述聚乙烯绝缘料的重量计，所述聚乙烯的加入量为90％-98.4％，所述交联剂的加入量为1％-3％，所述抗氧剂的加入量为0.1％-0.5％。
本发明还提供一种根据本发明的制备方法制备得到的聚乙烯绝缘料在制备电缆中的应用。
发明的效果
本发明的聚乙烯绝缘料的制备方法的制备过程中没有巨大噪音，工作环境得到大幅提升，生产成本大幅下降。
进一步地，通过本发明的制备方法制备得到的聚乙烯绝缘料，至少部分助剂能够由聚乙烯吸收，从而存在于聚乙烯的内部；并且助剂分布均匀，产品性能优异。
具体实施方式
以下将详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、器材和步骤未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明提供一种聚乙烯绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
加热步骤：将聚乙烯进行热风加热，然后输送至恒温仓并恒温放置；
混合步骤：将加热的聚乙烯和液化的助剂输送至混合装置进行混合，使所述助剂包覆在所述聚乙烯的表面，得到混合产物；
吸收步骤：将所述混合产物置于吸收设备中进行恒温吸收，以使得至少部分所述助剂浸入所述聚乙烯的内部，得到聚乙烯绝缘料。
在本发明中，至少部分所述助剂浸入所述聚乙烯的内部的含义是，所述助剂可以存在于聚乙烯的内部，所述助剂也可以存在于聚乙烯的表面和内部。
进一步地，本发明的所述助剂可以采用熔融槽进行加热液化，优选地，加热温度为50-90℃，例如55℃，65℃，75℃，85℃等，加热时长为1-6小时，例如2小时，3小时，4小时，5小时等。另外，本发明的液化后的助剂可以使用防爆电机驱动搅拌均匀，以使得助剂混合均匀。
在本发明中，所述聚乙烯优选为低密度聚乙烯，这是因为低密度聚乙烯具有加工性能及电性能优良的特点。
根据本发明的制备方法，所述加热步骤中，所述热风加热包括利用吹风设备(例如：热吹风设备)将聚乙烯吹至悬浮分散状态。聚乙烯处于悬浮分散状态能够使聚乙烯树脂颗粒充分吸热，且受热均匀。
根据本发明的制备方法，所述加热步骤中，所述热风加热的温度为65℃-95℃，例如70℃，80℃，90℃等；热风加热的时间为5分钟-20分钟，例如8分钟，10分钟，15分钟等；恒温仓的温度为60℃-80℃，例如65℃，70℃，75℃等；恒温放置的时间为1-3小时，例如1.5小时，2小时，2.5小时等；在该温度及时间的条件下，可以使得后期的吸收步骤中，对助剂的吸收效果优异，且不会产生变色及预交联的现象。
根据本发明的制备方法，所述混合步骤中，所述混合装置内的温度为55℃-80℃，例如60℃，65℃，70℃，75℃等；温度在55℃-80℃时，该温度在助剂发生液化的温度之上，且在此温度下，助剂发生化学反应的速度非常缓慢，不易发生副反应，从而有利于保证助剂的纯度。混合装置的压力为5kg·f/cm2-15kg·f/cm2，例如：8kg·f/cm2、10kg·f/cm2、12kg·f/cm2等。在本发明中，与螺杆混炼工序不同，本发明的助剂是在液化后(熔融后)以粒子吸收形式在恒温密闭加压条件下实现与聚乙烯均混的。
优选地，在本发明中，混合装置例如可以是恒温搅拌仓，开启加压装置并进行搅拌均混；混合装置中，搅拌均混的时间可以为0.5小时-5小时，例如1小时，2小时，3小时，4小时等。
根据本发明的制备方法，所述吸收步骤中，所述恒温吸收的温度为55℃-75℃，例如：60℃，65℃，70℃等；恒温吸收的时间为8小时-24小时，例如12小时，16小时，20小时等。在该温度及时间的条件下，助剂的吸收效果优异，且不会产生变色及预交联的现象。
根据本发明的制备方法，所述方法还包括将聚乙烯和/或液化的助剂进行过滤的步骤。本发明可以使用震动过滤的方式对聚乙烯进行过滤，例如使用多层震动筛进行过滤，震动筛孔径可以为2mm-8mm。本发明还可以使用80-180目的滤网，对液化的助剂进行过滤。通过采用本发明的过滤方法，使得原料经过不同工序的过滤，制备得到的聚乙烯绝缘料的洁净度高。
根据本发明的制备方法，所述加热步骤中，所述热风加热包括利用电阻加热的方式进行加热，从而可以使得所述热风加热的温度为65℃-95℃。
根据本发明的制备方法，所述混合步骤中，可以利用氮气对所述混合装置进行密闭加压，从而可以使得所述混合装置内的压力为5kg·f/cm2-15kg·f/cm2。
本发明的制备方法，可以采用热风沸腾加热及加压恒温搅拌吸收的方式制备聚乙烯绝缘料。生产过程中无大功率电机及齿轮箱工作的巨大噪音，工作环境也得到大幅提升，生产成本大幅下降，并且制备得到的聚乙烯绝缘料的产品性能优异。
本发明还提供一种聚乙烯绝缘料，其由本发明的制备方法制备得到；优选地，所述聚乙烯绝缘料包括：聚乙烯和助剂，所述助剂包括交联剂和抗氧剂；更优选地，以所述聚乙烯绝缘料的重量计，所述聚乙烯的加入量为90％-98.4％，优选93％-98％；所述交联剂的加入量为1％-3％，优选1.6％-2.2％；所述抗氧剂的加入量为0.1％-0.5％，优选0.1％-0.3％。
根据本发明的聚乙烯绝缘料，所述交联剂包括过氧化物交联剂，优选包括过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、邻苯二甲酸二烯丙脂等。
本发明的所述抗氧剂包括抗氧剂300、抗氧剂920dt(生产厂家：上海益晨化工材料有限公司)、抗氧剂1010、抗氧剂dstp、抗氧剂dltp中的一种或两种以上的组合。
通过本发明的制备方法制备得到的聚乙烯绝缘料，其至少部分助剂能够由聚乙烯吸收(例如可以是50％以上的助剂、60％以上的助剂、70％以上的助剂、80％以上的助剂，90％以上的助剂)，存在于聚乙烯的内部；并且助剂分布均匀，产品性能优异。另外，在本发明中，至少部分助剂也包括全部助剂均被聚乙烯吸收的情况。
本发明还提供一种根据本发明的制备方法制备得到的聚乙烯绝缘料在制备电缆中的应用，特别适用于制备10kv及以下的高压电力电缆。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
实施例1中，以所述聚乙烯绝缘料的重量计，低密度聚乙烯的加入量为97.75％；助剂为抗氧剂和交联剂；其中，抗氧剂为抗氧剂dstp和抗氧剂920dt，加入量为0.25％，且抗氧剂dstp与抗氧剂920dt(生产厂家：上海益晨化工材料有限公司，下同)的质量比1:5；交联剂为过氧化二异丙苯，加入量为2.0％。具体实施步骤如下：
助剂液化步骤：将助剂置于60℃的通水的恒温熔融槽内3小时进行液化，并经防爆电机驱动搅拌均混。
过滤净化步骤：将低密度聚乙烯通过震动筛进行震动过滤后送入树脂基料仓；将液化的助剂利用120目的滤网过滤净化2次，并通过泵送入计量系统。
加热步骤：将低密度聚乙烯输送至沸腾仓进行热风沸腾加热，然后输送至恒温仓并恒温放置；其中，热风沸腾加热的温度为80℃，热风沸腾加热的时间为15分钟；恒温仓的温度为70℃，恒温放置的时间为2小时。
混合步骤：将加热的低密度聚乙烯和液化的助剂按原料配比通过计量系统输送至恒温搅拌仓内进行混合，开启加压装置，并进行搅拌均混，使助剂包覆在所述低密度聚乙烯的表面，得到混合产物；其中，混合装置内的温度为70℃，搅拌均混的时间为1小时，压力为10kg·f/cm2。
吸收步骤：将所述混合产物置于吸收仓中进行恒温吸收，以使得部分所述助剂浸入所述低密度聚乙烯的内部，得到聚乙烯绝缘料；其中，吸收仓内温度为65℃，吸收时间为15小时，然后进行包装检验入库。
实施例2
实施例2中，以所述聚乙烯绝缘料的重量计，低密度聚乙烯的加入量为97.7％；助剂为抗氧剂和交联剂；其中，抗氧剂为抗氧剂300与抗氧剂920dt，加入量为0.2％，且抗氧剂300与抗氧剂920dt的质量比为1:5；交联剂为过氧化二异丙苯，加入量为2.1％。具体实施步骤如下：
助剂液化步骤：将助剂置于65℃的通水的恒温熔融槽内2.5小时进行液化，并经防爆电机驱动搅拌均混。
过滤净化步骤：将低密度聚乙烯通过震动筛进行震动过滤后送入树脂基料仓；将液化的助剂利用80目的滤网过滤净化2次，并通过泵送入计量系统。
加热步骤：将低密度聚乙烯输送至沸腾仓进行热风沸腾加热，然后输送至恒温仓并恒温放置；其中，所述热风沸腾加热的温度为95℃，热风沸腾加热的时间为5分钟；恒温仓的温度为80℃，恒温放置的时间为1小时。
混合步骤：将加热的低密度聚乙烯和液化的助剂按原料配比通过计量系统输送至恒温搅拌仓内进行混合，开启加压装置，并进行搅拌均混，使助剂包覆在所述低密度聚乙烯的表面，得到混合产物；其中，混合装置内的温度为60℃，搅拌均混的时间为1.5小时，压力为15kg·f/cm2。
吸收步骤：将所述混合产物置于吸收仓中进行恒温吸收，以使得部分所述助剂浸入低密度聚乙烯的内部，得到聚乙烯绝缘料；其中，吸收仓内温度为75℃，吸收时间为8小时，然后进行包装检验入库。
实施例3
实施例3中，以所述聚乙烯绝缘料的重量计，低密度聚乙烯的加入量为97.88％；助剂为抗氧剂和交联剂；其中，抗氧剂为抗氧剂300和抗氧剂dstp，且抗氧剂300与抗氧剂dstp的质量比5:1，加入量为0.22％；交联剂为过氧化二异丙苯，加入量为1.9％。具体实施步骤如下：
助剂液化步骤：将助剂置于70℃的通水的恒温熔融槽内2小时进行液化，并经防爆电机驱动搅拌均混。
过滤净化步骤：将低密度聚乙烯通过震动筛进行震动过滤后送入树脂基料仓；将液化的助剂利用120目的滤网过滤净化2次，并通过泵送入计量系统。
加热步骤：将低密度聚乙烯输送至沸腾仓进行热风沸腾加热，然后输送至恒温仓并恒温放置；其中，所述热风沸腾加热的温度为65℃，热风沸腾加热的时间为20分钟；恒温仓的温度为60℃，恒温放置的时间为3小时。
混合步骤：将加热的低密度聚乙烯和液化的助剂按原料配比通过计量系统输送至恒温搅拌仓内进行混合，开启加压装置，并进行搅拌均混，使助剂包覆在所述低密度聚乙烯的表面，得到混合产物；其中，混合装置内的温度为80℃，搅拌均混的时间为3小时，压力为5kg·f/cm2。
吸收步骤：将所述混合产物置于吸收仓中进行恒温吸收，以使得部分所述助剂浸入所述低密度聚乙烯的内部，得到聚乙烯绝缘料；其中，吸收仓内温度为55℃，吸收时间为24小时，然后进行包装检验入库。
对比例1
对比例1中，以所述聚乙烯绝缘料的重量计，低密度聚乙烯的加入量为97.75％；助剂为抗氧剂和交联剂；其中，抗氧剂为抗氧剂dstp和抗氧剂1010，加入量为0.25％，且抗氧剂dstp与抗氧剂1010的质量比1:5；交联剂为过氧化二异丙苯，加入量为2.0％。具体实施步骤如下：
原料上料步骤：将低密度聚乙烯经过吸料机送入基料仓，将交联剂放入助剂槽并恒温液化，所述恒温温度为60℃，恒温时间为4h，将抗氧剂放入失重计量秤。
定量喂料步骤：将各原料(低密度聚乙烯、抗氧剂和交联剂)通过失重计量秤定量喂入混炼螺杆。
混炼步骤：进入混炼螺杆的原料在加热及剪切热的作用下进行混炼改性，加热温度为90-120℃，加热时间为1min。
切粒冷却风干步骤：经螺杆混炼塑化后的原料通过孔状模板进行挤出切粒，然后通过水输送进入脱水机，脱水后再进入沸腾仓进行沸腾风干，最后进行包装检验入库。
对比例2
对比例2中，以所述聚乙烯绝缘料的重量计，低密度聚乙烯的加入量为97.75％；助剂为抗氧剂和交联剂；其中，抗氧剂为抗氧剂dstp和抗氧剂1010，加入量为0.25％，且抗氧剂dstp与抗氧剂1010的质量比1:5；交联剂为过氧化二异丙苯，加入量为2.0％。具体实施步骤如下：
原料上料步骤：将低密度聚乙烯经过吸料机送入基料仓，将粉状交联剂放入助剂槽并恒温液化，将粉状抗氧剂放入失重计量秤。
定量喂料步骤：将低密度聚乙烯和抗氧剂通过失重计量秤定量喂入混炼螺杆。
混炼步骤：进入混炼螺杆的原料在加热及剪切热的作用下进行混炼并过滤，加热温度为150-220℃，加热时间为2min。
切粒冷却步骤：经螺杆混炼塑化后的原料通过孔状模板进行挤出切粒，然后通过水输送进入脱水机，脱水后再进入沸腾仓进行沸腾风干，然后进入恒温仓。
混合搅拌步骤：将恒温仓中的粒子与交联剂进行计量配比混合搅拌，搅拌温度为70℃，搅拌时长为1.5h。
吸收步骤：将混合搅拌后的粒子送入吸收仓，在恒温70℃的密闭仓内吸收24h，最后进行包装检验入库。
将实施例1-3和对比例1-2的聚乙烯绝缘料的生产成本列于下表1中。
表1
由表1可以看出，本申请实施例1-3的聚乙烯绝缘料的耗电费用、耗水费用以及人工费用均低于对比例1-2。因此，本申请的聚乙烯绝缘料的制备方法能够有效节约生产成本。
对实施例1-3及对比例1-2进行性能测试，具体结果见表2所示。
表2
由表2可以看出，通过本申请的制备方法制备得到的聚乙烯绝缘料的性能与对比例1和对比例2相当或更加优异，可见本申请在节约成本的前提下，仍然能够制备得到性能优异的聚乙烯绝缘料。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。