一种拖链设备用耐曲挠电缆材料及其制备方法与流程

本发明涉及电缆材料，具体涉及一种拖链设备用耐曲挠电缆材料及其制备方法。

背景技术：

1、工业自动化、智能化、数字化促进了高档机床、工业机器人等高端装备的快速发生，作为这些高端装备内电力、信号输送用的拖链电缆，其需求量也持续增长。拖链电缆是一种应用于自动化生产线、数控车床、仓储设备、起重机等领域的特殊结构高柔性专用电缆。拖链电缆由内到外可分为导体、绝缘层、内护套、屏蔽层以及外护套以及中间加强件等。由于使用环境的特殊性、复杂性，通常要求电缆具有较好的柔韧性和回弹性，可以保证在百万次甚至是千万次的移动弯曲下不发生断线故障，并具有耐磨、耐油、耐水解及耐高温等特性，可以适用于露天、潮湿、油污等极端恶劣的使用环境。其中，内护套的主要作用是保护电缆芯线以及绝缘层免受外界环境因素或机械力的干扰而正常运行。

2、目前，电缆的护套材料主要有pe、pvc以及各种天然或合成的弹性体等，此类材料，因各种环境因素的影响，长期使用后，易发生老化变硬、应力开裂等现象，导致电缆的电器性能和耐环境性能降低。而且拖链电缆需要保持良好的耐磨性和耐曲挠性，常规的电缆护套材料无法满足这一要求。热塑性聚氨酯是一种性能极好的弹性体，具有优良的耐酸碱性、耐油性和力学性能，并且使用温度范围大，是柔性线缆合适的护套材料。并且在聚氨酯材料中引入无卤阻燃剂可以制备无卤阻燃聚氨酯材料，赋予材料良好的阻燃效果。但是由于阻燃剂与聚氨酯本体的材料相容性差，导致阻燃剂的引入在提高聚氨酯护套材料阻燃性能的同时，导致聚氨酯的力学性能和耐磨性下降。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种拖链设备用耐曲挠电缆材料及其制备方法，解决以下技术问题：

2、现有的聚氨酯弹性体在引入阻燃剂提高护套材料阻燃性能的同时，由于聚氨酯与阻燃剂材料相容性差，导致护套材料的力学性能和耐磨性下降。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种拖链设备用耐曲挠电缆材料，电缆材料包括如下重量份的原料：100重量份无机粒子改性聚氨酯弹性体、0.5-3重量份防老剂、2-5重量份润滑剂、0-5重量份氯化石蜡、0.5-1重量份分散剂；

5、无机粒子改性聚氨酯弹性体的制备方法包括如下步骤：氮气氛围中，将聚四亚甲基醚二醇、改性无机粒子、n,n-二甲基甲酰胺加入反应瓶中，真空脱水，控制温度40℃，加入2,4-甲苯二异氰酸酯，保温反应0.5-1h，控制温度80-90℃，保温1-3h，真空脱泡，得到预聚物；将预聚物、二甲硫基甲苯二胺加入反应釜中、真空脱泡，得到无机粒子改性聚氨酯弹性体；

6、改性无机粒子的制备方法包括如下步骤：

7、a1：将3-氨基丙基三乙氧基硅烷、去离子水加入反应瓶a中分散均匀，将纳米二氧化硅与无水乙醇的共混液加入反应瓶a中，控制温度50-60℃，搅拌条件下保温3-6h，离心、过滤、洗涤、干燥，得到氨基化二氧化硅；

8、a2：将氨基化二氧化硅、n,n-二甲基甲酰胺加入反应瓶b中分散均匀，加入丁二酸酐，搅拌条件下常温反应6-9h，水洗、干燥，得到羧基化二氧化硅；

9、a3：氮气氛围中，将羧基化二氧化硅、无水四氢呋喃加入反应瓶c中，加入n,n,n',n'-四甲基-1,8-萘二胺，常温条件下搅拌0.5-1h，加入二苯基磷酰肼，加热回流3-6h，-20℃低温储存除去沉淀、洗涤、干燥，得到组分一；

10、a4：将组分一、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（cas：35948-25-5）、n,n-二甲基甲酰胺加入反应瓶d中分散均匀，加入三乙胺分散均匀，控制温度80-90℃，保温12-18h，洗涤、干燥，得到改性无机粒子。

11、作为本发明的进一步方案：聚四亚甲基醚二醇、n,n-二甲基甲酰胺、改性无机粒子、2,4-甲苯二异氰酸酯、二甲硫基甲苯二胺的质量比为10g：50-150ml：0.15-0.75g：2-2.5g：1-1.5g。

12、作为本发明的进一步方案：a1中γ-氨丙基三乙氧基硅烷、纳米二氧化硅、去离子水、无水乙醇的添加比为0.1-0.5g：1g：10-50ml：10-50ml。

13、作为本发明的进一步方案：a2中氨基化二氧化硅、n,n-二甲基甲酰胺、丁二酸酐的添加比为1g：10-100ml：0.1-0.5g。

14、作为本发明的进一步方案：a3中羧基化二氧化硅、无水四氢呋喃、n,n,n',n'-四甲基-1,8-萘二胺、二苯基磷酰肼的添加比为1g：5-10ml：0.5-1g：1-1.5g。

15、作为本发明的进一步方案：a4中组分一、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、n,n-二甲基甲酰胺、三乙胺的添加比为1g：0.5-1g：10-50ml：0.003-0.006g。

16、作为本发明的进一步方案：润滑剂为金属皂类润滑剂、饱和烃类润滑剂、脂肪酸酰胺类润滑剂中的一种或几种以任意比混合得到；所述金属皂类润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的任一种；所述饱和烃类润滑剂为液体石蜡、固体石蜡、微晶石蜡、聚乙烯蜡中的任一种；所述脂肪酸酰胺类润滑剂为亚乙基双脂肪酸酰胺、芥酸酰胺中的任一种。

17、作为本发明的进一步方案：防老剂为6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉（防老剂aw-66）、n-异丙基-n'-苯基-对苯二胺（防老剂4010na）、2-巯基苯并咪唑锌盐（防老剂mbz）、2-巯基苯并咪唑(防老剂mb)、4，4'-双(α，α-二甲基苄基)二苯胺（抗氧剂ky-405）中的一种或几种以任意比混合得到。

18、作为本发明的进一步方案：分散剂为三聚磷酸钠、硬脂酰胺、辛基磺酸钠、羟基硅酸镁中的一种或几种以任意比混合得到。

19、作为本发明的进一步方案：s1中真空脱水的具体步骤为：抽真空至-0.09mpa、120℃下脱水2h。

20、上述任一项拖链设备用耐曲挠电缆材料的制备方法,包括如下步骤：将电缆材料原料通过高混机搅拌均匀，再投入双螺杆挤出机中混炼挤出、造粒机造粒、干燥，得到电缆材料。

21、作为本发明的进一步方案：双螺杆挤出机中混炼挤出的温度为170-180℃。

22、本发明的有益效果：

23、（1）本技术首先利用氨基硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行有机化改性，再通过丁二酸酐与纳米二氧化硅表面的氨基进行反应，得到表面羧基化的纳米二氧化硅；再利用二氧化硅表面羧基进行异氰酸酯化，得到组分一；利用二氧化硅表面的异氰酸酯基团与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物化学反应，得到改性无机粒子；将聚四亚甲基醚二醇为软段、2,4-甲苯二异氰酸酯为硬段、二甲硫基甲苯二胺为扩链剂，采用预聚工艺制备“多交联型”微结构聚氨酯材料，在聚氨酯制备过程中添加改性无机粒子，利用二氧化硅表面接枝有异氰酸酯基团参与聚氨酯聚合反应，得到无机粒子改性聚氨酯弹性体。

24、本技术在聚氨酯弹性体制备过程中添加有机改性的二氧化硅，在二氧化硅与聚氨酯分子链中间通过有机硅分子链交联，赋予聚氨酯良好的阻燃效果和力学性能，有效解决了聚氨酯直接添加无机粒子导致有机物韧性降低的问题。本技术在聚氨酯中引入改性无机粒子，使二氧化硅分布在高分子链的空隙中，可以有效提高复合材料的耐撕裂性能和微相分离等，赋予聚氨酯优良的耐撕裂性能、耐曲挠性能；并且在有机物燃烧过程中，通过二氧化硅以及二氧化硅表面接枝的含磷、硅分子链，在燃烧体表面隔绝氧气、易燃气体和热量提高阻燃性能，二氧化硅表面接枝的含磷、硅分子链与聚氨酯形成互穿网络结构，提高二氧化硅在聚合物基体种的相容性，阻碍起到阻燃性能的物质在基体中快速流动或大量表面析出的情况发生，为聚合物提供高稳定阻燃性能。