一种防水光伏电缆及其制备方法与流程

本技术涉及光伏电缆，尤其是涉及一种防水光伏电缆及其制备方法。

背景技术：

1、光伏电缆是光伏专用电缆，主要用在光伏电站发电系统的连接电缆，具有耐高温、耐寒、耐油、耐酸碱、防紫外线、阻燃环保、使用寿命长等优点，光伏电缆的安装使用环境通常比较严苛，如潮湿环境、海水环境、湿热环境等，光伏电缆不仅经常暴露在阳光之下，长时间受高温和紫外线辐射，同时还会长期与水接触甚至会浸泡在水中，户外敷设环境恶劣，因此对电缆的性能要求较高。

2、现有技术中，通常采用交联聚乙烯作为绝缘阻水材料，但是制备的电缆力学性能不佳，长时间在恶劣环境下，容易出现电缆破损的情况，进而造成水汽侵入电缆内部，导致电缆的使用寿命短、存在安全隐患。

技术实现思路

1、为了改善聚交联聚乙烯电缆力学性能差的问题，本技术提供了一种防水光伏电缆及其制备方法。

2、本技术提供了一种防水光伏电缆，采用如下的技术方案：

3、一种防水光伏电缆，由内至外依次包括缆芯、辐照交联聚烯烃绝缘层、非金属阻水层、金属阻水层和交联聚烯烃护套，所述非金属阻水层的原料，以重量份数计，包括以下组分：多异氰酸酯60-80份、聚酯多元醇30-45份、改性石墨烯15-25份、改性黄麻纤维8-18份、瓷土10-20份、歧化松香2-5份、催化剂2-4份和抗氧剂1-3份。

4、通过采用上述技术方案，多异氰酸酯和聚酯多元醇反应生成抗拉强度好、抗撕裂强度好、耐冲击性优和耐水解性好的聚氨酯聚合物，改性石墨烯具有片层共轭结构，层层叠加形成致密的物理隔绝层，改性石墨烯与聚氨酯聚合物混合进一步形成一层致密的保护膜，起到隔绝空气的作用，从而起到较好的防水防腐作用，同时改性石墨烯具有较好的力学性能，较好的改善聚氨酯聚合物的韧性和拉伸强度；歧化松香作为乳化剂，有助于改善聚氨提体系的稳定性，提高聚氨酯体系的强度。

5、改性黄麻纤维具有较好的力学性能和抗菌抑菌作用，改性黄麻纤维与聚氨酯聚合物混合增强聚氨酯聚合物体系的拉伸性能等力学性能，而且改性黄麻纤维负载在改性石墨烯的表面，配合改性石墨烯共同改善聚氨酯聚合物的力学性能和防水性能；瓷土具有较好的粘性，能够填充聚氨酯体系的缝隙，增强改性石墨烯和改性黄麻纤维之间的粘性，进而改善聚氨酯体系的耐水性和力学性能。

6、优选的，所述非金属阻水层的原料的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)将多异氰酸酯、聚酯多元醇、歧化松香、催化剂和抗氧剂混合，在温度85-90℃下搅拌15-20min，得到混合物一；

8、(2)然后向混合物一中加入改性石墨烯、改性黄麻纤维和瓷土，继续搅拌均匀，得到混合物二；

9、(3)将混合物二进行挤出成型，挤出的温度为150-160℃，造粒，即得。

10、通过采用上述技术方案，首先将部分基础原料进行混合，得到体系均匀稳定的聚氨酯混合物，然后再加入改性石墨烯、改性黄麻纤维和瓷土，改性黄麻纤维能够负载在改性石墨烯的表面，瓷土能够增加改性石墨烯和改性黄麻纤维之间的粘性，进而改善聚氨酯体系的拉伸性能、抗撕裂性能和防水性能。

11、优选的，所述改性石墨烯制备方法，包括如下步骤：

12、(1)将石墨烯分散在去离子水中，超声1-2h，然后加入聚乙烯醇，继续超声，得到第一分散液；

13、(2)将荷叶粉分散于氯化钠溶液中，加入柠檬酸溶液，搅拌30-45min，得到混合液；

14、(3)将第一分散液和混合液混合，然后加入铝溶胶，在60-65℃下搅拌1-2h，然后过滤，干燥，得到改性石墨烯。

15、通过采用上述技术方案，聚乙烯醇对石墨烯和具有分散作用，使得石墨烯均匀分散在水中，进而保证石墨烯水溶液的稳定性；荷叶粉分散在氯化钠溶液中，荷叶粉中含有大量的荷叶碱，氯化钠溶液能够促进荷叶粉中荷叶碱的提取，柠檬酸溶液溶液进一步加快荷叶碱的提取作用，同时促进荷叶碱之间的交联反应，调节荷叶碱的结构，使荷叶碱的性能更加稳定；将第一分散液和混合液混合，荷叶碱具有较好的抗氧化效果，石墨烯具有较大的比表面积，荷叶粉能够负载在石墨烯的表面，不仅改善石墨烯的比表面积和防水性能，而且有助于后续在聚氨酯体系中，改善聚氨酯体系的抗氧化性能，铝溶胶具有一定的粘性、抗磨性能和热稳定性，铝溶胶能够增加荷叶粉和石墨烯之间的粘结性，提高荷叶粉的活性，而且提高石墨烯体系的耐热性、分散性和溶液稳定性，在后续应用于聚氨酯体系中，改善聚氨酯体系的相应性能。

16、优选的，所述石墨烯、荷叶粉和铝溶胶质量比为1mg:0.2-0.4g:0.06-0.09g。

17、通过采用上述技术方案，通过进一步限定石墨烯、荷叶粉和铝溶胶之间的质量比，得到力学性能、防水性能和抗氧化性能的改性石墨烯，荷叶粉能够负载在石墨烯的表面，铝溶胶能够增加荷叶粉和石墨烯之间的粘结性，进而改善石墨烯的防水性、抗氧化性和热稳定性，在后续应用于聚氨酯体系中，进而改善聚氨酯体系的相应性能。

18、优选的，所述改性黄麻纤维的制备方法，包括如下步骤：

19、(1)将黄麻纤维分散于去离子水中，在温度80-85℃下加热1-2h，过滤，然后浸泡于氢氧化钠溶液中，浸泡30-35min，水洗，过滤，备用；

20、(2)将步骤(1)处理的黄麻纤维分散于硅烷偶联剂中，然后加入纳米二氧化硅颗粒和碳纳米纤维，搅拌1-3h，过滤，干燥，备用；

21、(3)将步骤(2)处理的黄麻纤维分散于去离子水中，然后加入木质素，在温度85-90℃下搅拌1-2h，水洗，过滤，干燥，得到改性黄麻纤维。

22、通过采用上述技术方案，采用氢氧化钠溶液对黄麻纤维进行表面处理，使黄麻纤维表面变得粗糙多微孔结构，增加了黄麻纤维的比表面积，硅烷偶联剂进一步对黄麻纤维表面进行处理，增加了黄麻纤维表面的粘结性能，同时改善黄麻纤维的耐老化性能和抗水性，纳米二氧化硅颗粒和碳纳米纤维能够负载在黄麻的表面以及孔隙内，纳米二氧化硅颗粒具有较高的强度、较大的比表面积、极强的紫外吸收和红外反射特性，能够提高黄麻纤维的相应性能，而碳纳米纤维具有较大的比表面积、孔径小、较好的吸附性能和力学性能，进一步改善黄麻纤维的相应性能；木质素分散于去离子水中具有一定的粘性和成膜性，能够对黄麻纤维表面进行包覆，进而能够增加黄麻纤维、纳米二氧化硅颗粒和碳纳米纤维之间的连接性，进而明显改善黄麻纤维的力学性能和防水性能等相应性能。

23、优选的，所述黄麻纤维、纳米二氧化硅颗粒、碳纳米纤维和木质素的质量比为1:0.2-0.5:0.08-0.09:0.1-0.3。

24、通过采用上述技术方案，进一步限定黄麻纤维、纳米二氧化硅颗粒、碳纳米纤维和木质素之间的质量比，得到力学性能较优和防水性能较好的改性黄麻纤维，纳米二氧化硅颗粒和碳纳米纤维具有较好的力学性能和防水性能，纳米二氧化硅颗粒和碳纳米纤维能够负载在黄麻纤维表面的孔隙内，进而改善黄麻纤维的相应性能，木质素对黄麻纤维表面进行包覆，进一步增加黄麻纤维、纳米二氧化硅颗粒、碳纳米纤维之间的粘结性，有助于较好的改善黄麻纤维的相应性能。

25、优选的，所述抗氧剂选自抗氧剂1010和/或抗氧剂1076。

26、通过采用上述技术方案，抗氧剂的添加能够延缓非金属阻水层的氧化降解，进而延长非金属阻水层的使用寿命，有助于制备的光伏电缆的使用寿命。

27、优选的，所述缆芯由20-25根镀锡铜导体绞合而成；所述金属阻水层为铜箔层，厚度为0.2-0.5mm。

28、第二方面，本技术还提供了一种防水光伏电缆的制备方法，包括以下步骤：

29、(1)在缆芯的外部挤包辐照交联聚烯烃绝缘料，经过电子束辐照工艺，使的绝缘料进行交联固化，形成辐照交联聚烯烃绝缘层；

30、(2)将非金属阻水原料在温度180-190℃下熔化，然后使辐照交联聚烯烃绝缘层浸渍在非金属阻水料中，浸渍1-2次，每次浸渍时间为30-45s，喷涂厚度为0.2-0.4mm，在70-80℃下干燥1-3h，得到非金属阻水层；

31、(3)在非金属阻水层的外表面用环氧树脂胶粘结金属阻水层；

32、(4)在金属阻水层外表面挤包辐照交联聚烯烃护套料，经过电子束辐照工艺，使护套进行交联固化，得到交联聚烯烃护套。

33、通过采用上述技术方案，采用上述制备方法，分步骤对缆芯进行包覆，操作简单，容易加工，而且制备的电缆具有较好的力学性能和防水性能，有助于后续的工业化生产。

34、优选的，步骤(2)中，所述干燥采用三段式干燥，第一段在温度75-80℃下烘烤除湿，第二段在温度50-60℃下热风干燥，第三段采用常温空气冷却。

35、通过采用上述技术方案，通过三段式对非金属阻水层进行干燥，使制备的非金属阻水层不易开裂，力学性能较好，进而有助于后续其他层的包覆。

36、综上所述，本技术具有如下有益效果：

37、1、本技术中多异氰酸酯和聚酯多元醇反应生成抗拉强度好、抗撕裂强度好、耐冲击性优和耐水解性好的聚氨酯聚合物，改性石墨烯具有片层共轭结构，层层叠加形成致密的物理隔绝层，改性石墨烯与聚氨酯聚合物混合进一步形成一层致密的保护膜，起到隔绝空气的作用，从而起到较好的防水防腐作用，同时改性石墨烯具有较好的力学性能，较好的改善聚氨酯聚合物的韧性和拉伸强度。

38、2、本技术中改性黄麻纤维具有较好的力学性能和抗菌抑菌作用，改性黄麻纤维与聚氨酯聚合物混合增强聚氨酯聚合物体系的拉伸性能等力学性能，而且改性黄麻纤维负载在改性石墨烯的表面，配合改性石墨烯共同改善聚氨酯聚合物的力学性能和防水性能；瓷土具有较好的粘性，能够填充聚氨酯体系的缝隙，增强改性石墨烯和改性黄麻纤维之间的粘性，进而改善聚氨酯体系的耐水性和力学性能。

39、3、本技术制备方法中将部分基础原料进行混合，得到体系均匀稳定的聚氨酯混合物，然后再加入改性石墨烯、改性黄麻纤维和瓷土，改性黄麻纤维能够负载在改性石墨烯的表面，瓷土能够增加改性石墨烯和改性黄麻纤维之间的粘性，进而改善聚氨酯体系的拉伸性能、抗撕裂性能和防水性能。