阅读说明：本技术 一种环保型耐候光伏电缆 (Environment-friendly weather-proof photovoltaic cable ) 是由 胡宏生 张家文 毕亮亮 徐志敏 高健 巫春生 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环保型耐候光伏电缆,属于光伏组件技术领域。本发明研制的产品包括80-100份线性低密度聚乙烯,20-30份聚氨酯,8-10份四丁基硫酸氢铵,3-5份金属硫化物,2-3份阻燃剂,3-5份增塑剂,2-5份润滑剂。另外,还可以添加线性低密度聚乙烯质量1-10％的填料；所述填料为海泡石；所述海泡石层间嵌入有纳米二氧化钛,且所述海泡石分子结构中,至少部分镁离子被氢离子取代。其中,聚氨酯选用聚氨酯弹性体。本发明所得产品具有优异的耐候性能,可有效延长产品的使用寿命。(The invention discloses an environment-friendly weather-resistant photovoltaic cable, and belongs to the technical field of photovoltaic modules. The product developed by the invention comprises 80-100 parts of linear low-density polyethylene, 20-30 parts of polyurethane, 8-10 parts of tetrabutylammonium hydrogen sulfate, 3-5 parts of metal sulfide, 2-3 parts of flame retardant, 3-5 parts of plasticizer and 2-5 parts of lubricant. In addition, a filler with the mass of 1-10% of that of the linear low-density polyethylene can be added; the filler is sepiolite; nano titanium dioxide is embedded between the sepiolite layers, and in the molecular structure of the sepiolite, at least part of magnesium ions are replaced by hydrogen ions. Wherein the polyurethane is polyurethane elastomer. The product obtained by the invention has excellent weather resistance, and the service life of the product can be effectively prolonged.)

一种环保型耐候光伏电缆

技术领域

本发明涉及光伏组件技术领域，具体是一种环保型耐候光伏电缆。

背景技术

电力是现代工业使用的最重要的能源形式，为了提高电力能源的环保性和经济性，世界各国都在探索新型清洁能源的开发和应用。目前人类已经开发利用的清洁能源的形式包括太阳能、风能、生物能、水能、地热能、氢能等。其中太阳能、风能由于开发过程对环境产生的危害最小，收到所有能源高科技企业青睐，正飞速发展。太阳能的开发主要包括光伏技术和光热技术两种技术路线，这其中，光伏发电技术的发展最为迅猛。为了推进清洁能源的应用，中国的光伏发电装机容量很大，也是很多光伏科技企业的发源地。

在我国，大规模的光伏电站大多数位于光热条件较好，但是人烟稀少的西部地区，光伏电站需要布置大规模的分布式光伏面板，通过电线电缆分布式的光伏面板上产生的电能进行汇集并输送到电网上。由于光伏电站通常位于户外，因此光伏设备使用电缆的性能要远好于普通电缆。由于需要应对强紫外线、风、热、雨水等严苛的自然条件，还要防止野生动物对电缆的破坏，光伏设备电缆对电缆护套材料的抗拉性能、柔韧性和抗老化性能的要求尤其突出。目前市场上的大多数电缆料在某些性能上能够满足要求，但是综合性能都很突出的电缆护套料还是相对较少。

其中，电缆的抗拉强度和柔韧性的提升，除了选择特殊的高分子基材之外，还可以通过添加纤维材料来改善，常规的纤维材料包括各类有机纤维，以及陶瓷纤维、玻璃纤维和矿物纤维等无机纤维。有机纤维虽然相容性、柔韧性和弹性较好，但是材料的强度不高，对电缆料的抗拉性能提升有限；无机纤维中的石英纤维和石棉纤维等强度较高，但是与聚烯烃和橡胶材料的相容性较差，会对制备的电缆料的耐候性(热稳定性和抗老化性能)造成不良影响。

基于此，如何制备一种既环保，又具有良好耐候性能的电缆，适用于光伏领域，是本领域技术人员亟待解决的技术难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型耐候光伏电缆，以解决现有技术中的光伏电缆中添加的材料与基体高分子材料之间相容性差，会对制备的电缆料的耐候性能造成不良影响，从而影响产品使用寿命的弊端。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种环保型耐候光伏电缆，包括以下重量份数的原料：

80-100份线性低密度聚乙烯，20-30份聚氨酯，8-10份四丁基硫酸氢铵，3-5份金属硫化物，2-3份阻燃剂，3-5份增塑剂，2-5份润滑剂。

与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：

(1)上述技术方案通过在线性低密度聚乙烯体系中添加与线性低密度聚乙烯具有良好相容性的聚氨酯，并通过以四丁基硫酸氢铵为相转移催化剂，利用含有二价硫离子的化合物(硫化钠)来取代聚氨酯中不稳定的元素，从而使聚合物树脂发生一定程度的交联，在后续加工过程中，该交联体系容易在体系表面形成三维交联网络结构的聚乙烯体系，该交联网络结构的存在，一方面，提高了光伏电缆材料表面的热解温度，使产品的热稳定性有效提升；另一方面，使光伏电缆材料表面致密度提升，从而有效降低光伏电缆材料表面透光性，避免紫外线对光伏电缆材料内部的干扰，从而使产品的耐候性能得以提升；再者，交联网络结构的存在，有效避免了阻燃剂的迁移和流失，使产品在长期使用过程中，始终可保持良好的阻燃性能；

(2)上述技术方案通过采用线性低密度聚乙烯树脂和聚氨酯树脂体系共混，聚氨酯结构中的羰基可与聚乙烯中亚甲基的氢原子之间形成氢键作用力，且聚乙烯的引入，可破坏本身聚氨酯分子结构内部的氢键，使聚氨酯分子结构中的软段和聚乙烯分子结构中的硬段有机结合，使两者相容性得以提升，再者，新的氢键的形成，配合上述交联网络结构的存在，使体系内部大分子网络的致密度得以提升，进一步避免了光热作用对产品内部的不良影响以及内部阻燃剂等组分的流失，使产品的耐候性和阻燃性得以长期保持。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种环保型耐候光伏电缆，包括以下重量份数的原料：

80-100份线性低密度聚乙烯，20-30份聚氨酯，8-10份四丁基硫酸氢铵，3-5份金属硫化物，2-3份阻燃剂，3-5份增塑剂，2-5份润滑剂。

进一步的，所述环保型耐候光伏电缆还包括所述线性低密度聚乙烯质量1-10％的填料；所述填料为海泡石。

进一步的，所述海泡石层间嵌入有纳米二氧化钛。

进一步的，所述海泡石分子结构中，至少部分镁离子被氢离子取代。

上述技术方案通过利用对层状的海泡石进行处理，使海泡石分子结构中镁离子部分被氢离子取代，引起其内部孔道的重新分布，提高其层间通道孔隙率；再通过引入纳米二氧化钛，并使之有效固定在层状结构表面和孔隙中，使得基体树脂中的有机分子链可与嵌入的纳米二氧化钛之间形成缠绕，从而相互牵制，两者的存在可产生强大的限制作用，使产品的抗撕裂性能得到进一步提升。

进一步的，所述聚氨酯为聚氨酯弹性体。

进一步的，所述聚氨酯弹性体为浇注型聚氨酯弹性体、混炼型聚氨酯弹性体和热塑型聚氨酯弹性体中的任意一种。

进一步的，所述金属硫化物为硫化钠、硫化钾、硫化锌、硫化铜、硫化亚铁、硫化铁、硫化钙、硫化钴、硫化锰、硫化镁中的任意一种。

进一步的，所述阻燃剂为磷酸三丁酯，磷酸三甲苯酯或二溴甲烷中任意一种。

进一步的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二正锌酯，邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二甲酯中的任意一种。

进一步的，所述润滑剂为硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的任意一种。

实施例1

将海泡石和质量分数为1％的盐酸按质量比为1：5混合加入反应器中，于温度为110℃，压力为0.5MPa条件下，加热加压反应3h后，泄压至常压，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式炉中，于氮气保护状态下，于温度为160℃条件下，保温焙烧3h，出料，得焙烧料；再将所得焙烧料分散于质量分数为70％的乙醇溶液中，随后滴加钛酸四丁酯，于pH为8条件下进行水解反应，再经抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼于温度为105℃条件下干燥至恒重，得预处理海泡石；

按重量份数计，依次取80份线性低密度聚乙烯，20份聚氨酯，8份四丁基硫酸氢铵，3份金属硫化物，2份阻燃剂，3份增塑剂，2份润滑剂；以及线性低密度聚乙烯质量1％的预处理海泡石；

先将线性低密度聚乙烯、四丁基硫酸氢铵和硫化钠倒入反应器中，于温度为80℃，搅拌转速为600r/min条件下，加热搅拌反应3h，再加入聚氨酯、阻燃剂、增塑剂、润滑剂和预处理海泡石，混合捏合，经挤出造粒，注射成型后，于拉力为3MPa下，持续拉伸100s，出料，得护套，再将护套和芯材组装，即得环保型耐候光伏电缆；

所述聚氨酯为聚氨酯弹性体；所述聚氨酯弹性体为浇注型聚氨酯弹性体；所述金属硫化物为硫化钠；所述阻燃剂为磷酸三丁酯；所述增塑剂为邻苯二甲酸二正锌酯；所述润滑剂为硬脂酸镁。

实施例2

将海泡石和质量分数为5％的盐酸按质量比为1：8混合加入反应器中，于温度为115℃，压力为0.4MPa条件下，加热加压反应4h后，泄压至常压，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式炉中，于氮气保护状态下，于温度为180℃条件下，保温焙烧4h，出料，得焙烧料；再将所得焙烧料分散于质量分数为80％的乙醇溶液中，随后滴加钛酸四丁酯，于pH为9条件下进行水解反应，再经抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼于温度为108℃条件下干燥至恒重，得预处理海泡石；

按重量份数计，依次取90份线性低密度聚乙烯，25份聚氨酯，9份四丁基硫酸氢铵，4份金属硫化物，2份阻燃剂，4份增塑剂，4份润滑剂；以及线性低密度聚乙烯质量5％的预处理海泡石；

先将线性低密度聚乙烯、四丁基硫酸氢铵和硫化钠倒入反应器中，于温度为84℃，搅拌转速为700r/min条件下，加热搅拌反应4h，再加入聚氨酯、阻燃剂、增塑剂、润滑剂和预处理海泡石，混合捏合，经挤出造粒，注射成型后，于拉力为4MPa下，持续拉伸150s，出料，得护套，再将护套和芯材组装，即得环保型耐候光伏电缆；

所述聚氨酯为聚氨酯弹性体；所述聚氨酯弹性体为混炼型聚氨酯弹性体；所述金属硫化物为硫化锌；所述阻燃剂为磷酸三甲苯酯；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；所述润滑剂为硬脂酸锌。

实施例3

将海泡石和质量分数为10％的盐酸按质量比为1：10混合加入反应器中，于温度为120℃，压力为0.5MPa条件下，加热加压反应5h后，泄压至常压，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼转入管式炉中，于氮气保护状态下，于温度为200℃条件下，保温焙烧5h，出料，得焙烧料；再将所得焙烧料分散于质量分数为90％的乙醇溶液中，随后滴加钛酸四丁酯，于pH为10条件下进行水解反应，再经抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼于温度为110℃条件下干燥至恒重，得预处理海泡石；

按重量份数计，依次取100份线性低密度聚乙烯，30份聚氨酯，10份四丁基硫酸氢铵，5份金属硫化物，3份阻燃剂，5份增塑剂，5份润滑剂；以及线性低密度聚乙烯质量10％的预处理海泡石；

先将线性低密度聚乙烯、四丁基硫酸氢铵和硫化钠倒入反应器中，于温度为85℃，搅拌转速为800r/min条件下，加热搅拌反应5h，再加入聚氨酯、阻燃剂、增塑剂、润滑剂和预处理海泡石，混合捏合，经挤出造粒，注射成型后，于拉力为5MPa下，持续拉伸200s，出料，得护套，再将护套和芯材组装，即得环保型耐候光伏电缆；

所述聚氨酯为聚氨酯弹性体；所述聚氨酯弹性体为热塑型聚氨酯弹性体；所述金属硫化物为硫化铜；所述阻燃剂为二溴甲烷；所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯；所述润滑剂为硬脂酸钙。

对比例1

本对比例相比于实施例1而言，未添加聚氨酯，其余条件保持不变。

对比例2

本对比例相比于实施例1而言，未添加四丁基硫酸氢铵和硫化钠，其余条件保持不变。

对比例3

本对比例相比于实施例1而言，未添加海泡石，其余条件保持不变。

对实施例1-3及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：

参照GB2951.34-83进行产品撕裂强度测试；

参照GB1040-92机械性能测试方法进行拉伸强度的测试；随后将将产品置于90℃的温水中，持续放置120h之后，再次测点产品的拉伸强度，计算两次拉伸强度的变化率，以此来反应产品的耐候性能，若变化率越大，则耐候性能越差；

表1：产品性能测试结果

	撕裂强度	拉伸强度变化率
			实施例1	9.2N/mm	1.5％
实施例2	10.2N/mm	1.8％
			实施例3	9.9N/mm	2.0％
对比例1	7.1N/mm	11.2％
			对比例2	6.9N/mm	15.2％
对比例3	4.5N/mm	5.6％

由表1测试结果可知，本申请所得产品具有优异的力学性能，且产品具有良好的耐候性能，可以有效延长产品的使用寿命。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。