一种阻燃电缆料及其制备方法与流程

本发明涉及电缆料加工，具体涉及一种阻燃电缆料及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代工业和电力行业的快速发展，电缆作为电力传输和信息传递的重要载体，安全性和可靠性越来越受到重视，而电缆在使用过程中，特别是在高温、潮湿，甚至火灾等极端环境下，安全性和稳定性成为关注的焦点，特别是在高层建筑、地铁、发电厂、核电站及轨道交通等关键领域，电缆的阻燃性能直接关系到人民生命财产的安全。

2、在现有技术中，聚乙烯电缆料因其优异的电气性能、较低的介质损耗和介电常数，在中高压输配电网络得到广泛应用，聚乙烯电缆料所用的阻燃材料，广泛使用含卤的聚合物或添加含卤有机阻燃剂，这些材料在燃烧时会释放大量有害气体和卤化氢气体，导致二次污染灾害，尽管无卤阻燃剂因低烟、低毒、环保的特点而逐渐普及，但其阻燃效果远低于含卤的阻燃剂，在高温和富氧条件下，聚乙烯电缆料中的自由末端和活性位点容易被引发氧化反应，加速聚乙烯电缆料老化，导致聚乙烯电缆料的机械性能与耐热老化性能有待进一步提高。

3、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种阻燃电缆料及其制备方法，以解决背景技术所提出的技术缺陷。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种阻燃电缆料，包括按重量份的以下组成：阻燃聚乙烯100-120份、复合聚乙烯30-50份、改性聚乙烯20-30份、辅助添加剂5-8份；

3、所述阻燃聚乙烯的制备方法为：按重量份称取：阻燃增强剂10-15份、增强改性剂20-30份、低密度聚乙烯120-130份混合均匀后加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，得到阻燃聚乙烯，其中，所述阻燃增强剂由改性dopo、改性氧化铝、氰尿酸三聚氰胺按重量比2:4-6:3-4组成，所述辅助添加剂由硬脂酸、氧化锌和抗氧剂1010按重量比2:1:2组成。

4、进一步的，所述改性dopo的制备方法为：将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、n,n-二甲基甲酰胺加入到氮气保护的反应釜中搅拌，反应釜温度升高至85-95℃，保温搅拌至体系溶解，向反应釜中滴加甲醛溶液，保温反应6-8h，后处理得到改性dopo。

5、改性dopo的合成反应式为：

6、

7、改性dopo的合成反应原理为：

8、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物分子上的磷原子具有较高的电负性，容易与亲电试剂发生反应，同时，其分子结构中的氧杂环和氢原子也可能成为反应的活性位点，甲醛上的醛基能作为亲电试剂与活性氢发生羟甲基化反应，制备得到改性dopo，改性dopo的质谱分析数据为：

9、m/z：246.0446(100.0％)，247.0479(14.1％)。

10、进一步的，所述9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、n,n-二甲基甲酰胺和甲醛溶液的用量比为3g:20ml:5g，所述甲醛溶液的质量含量为35-40％，所述后处理包括：反应完成之后，反应釜温度保温85-95℃，减压蒸除溶剂，反应釜温度降低至50-60℃，向反应釜中加入乙醇，保温搅拌30-50min，反应釜温度降低至室温，抽滤，滤饼乙醇洗涤3次后抽干，滤饼转移到温度为60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性dopo。

11、进一步的，所述改性氧化铝的制备方法为：将纳米氧化铝、kh-550、无水乙醇加入到反应釜中搅拌，反应釜温度升高至50-60℃，向反应釜中加入1mol/l氢氧化钠水溶液，保温搅拌3-4h，后处理得到改性氧化铝。

12、改性氧化铝的合成反应式为：

13、

14、式中：为纳米氧化铝粒子。

15、改性氧化铝的合成反应原理为：

16、在碱性环境下，氢氧化钠催化kh-550上的硅氧烷键水解断开并与纳米氧化铝粒子外部的活性位点形成化学键合，在氧化铝粒子的外部形成kh-550包覆修饰，制备得到改性氧化铝。

17、进一步的，所述纳米氧化铝、kh-550、无水乙醇和1mol/l氢氧化钠水溶液的用量比为5g:2g:30ml:8g，所述后处理包括：反应完成之后，反应釜温度降低至室温，抽滤，滤饼用纯化水洗涤至中性后抽干，滤饼转移到温度为60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性氧化铝。

18、进一步的，所述增强改性剂的制备方法为：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、1,2-环氧基-7-辛烯和甲苯加入到反应釜中搅拌，反应釜温度升高至70-80℃，向反应釜加入引发剂，保温反应6-8h，后处理得到增强改性剂。

19、增强改性剂的合成反应式为：

20、

21、增强改性剂的合成反应原理为：

22、在自由基引发剂的作用下，甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、1,2-环氧基-7-辛烯上的烯烃双键发生断键后进行自由基聚合反应，制备得到具有烷烃支链与环氧烷基修饰的聚烯烃结构的增强改性剂。

23、进一步的，所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异辛酯、1,2-环氧基-7-辛烯、甲苯和引发剂的用量比为5g:2g:3g:50ml:0.2g，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述后处理包括：反应完成之后，反应釜温度保温70-80℃，减压蒸除溶剂，得到增强改性剂。

24、进一步的，所述改性聚乙烯由以下步骤加工得到：

25、a1、将低密度聚乙烯、3-丁烯-1-醇加入到氮气保护的反应釜中搅拌，反应釜温度升高至100-110℃，保温搅拌30-50min，向反应釜中加入引发剂，保温反应6-8h，后处理得到活化聚乙烯；

26、a2、将活化聚乙烯、四氢呋喃加入到氮气保护的反应釜中搅拌，反应釜温度升高至体系回流，保温搅拌3-5h，向反应釜中加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷，保温反应80-120min，后处理得到改性聚乙烯。

27、改性聚乙烯的合成反应原理为：

28、在氮气保护下，低密度聚乙烯处于相对稳定的环境中，3-丁烯-1-醇分子上的烯烃双键在引发剂和高温环境下会分解产生自由基，产生的自由基攻击低密度聚乙烯分子链上的碳-氢键，形成聚乙烯自由基，通过自由基聚合反应，将3-丁烯-1-醇作为共反应物与聚乙烯自由基发生自由基加成反应，得到羟基修饰聚乙烯的改性聚乙烯，四氢呋喃作为极性溶剂，有助于活化聚乙烯和异氰酸丙基三乙氧基硅烷的溶解和分散，促进反应物分子间的接触，异氰酸丙基三乙氧基硅烷中的异氰酸酯基团与活化聚乙烯分子链上的羟基发生亲核取代反应或加成反应，将三乙氧基硅烷基团引入到聚乙烯分子链上，制备得到改性聚乙烯。

29、进一步的，步骤a1中，所述低密度聚乙烯、3-丁烯-1-醇和引发剂的用量比为10g:5g:0.1g，所述引发剂为过氧化苯甲酰，所述后处理包括：反应完成之后，向反应釜加入甲苯，保温搅拌30-60min，反应釜停止加热，向反应釜中加入丙酮，搅拌至反应釜温度降低至室温，抽滤，滤饼用丙酮洗涤3后抽干，滤饼转移到温度为50-60℃的干燥箱中，干燥至恒重，粉碎，过60目筛网，得到活化聚乙烯；步骤a2中，所述活化聚乙烯、四氢呋喃和异氰酸丙基三乙氧基硅烷的用量比为10g:100ml:1g，所述后处理包括：反应完成之后，反应釜温度降低至室温，向反应釜中加入乙醇，搅拌20-30min，抽滤，滤饼用甲醇洗涤3次后抽干，滤饼转移到温度为60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性聚乙烯。

30、进一步的，所述复合聚乙烯由以下步骤加工得到：

31、b1、将5-己烯基三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、硅酸四乙酯、二甲基二乙氧基硅烷和无水乙醇加入到反应釜中搅拌，反应釜温度升高至55-65℃，向反应釜中加入0.5mol/l盐酸，保温反应2-3h，后处理得到聚硅氧烷；

32、b2、将低密度聚乙烯、聚硅氧烷加入到氮气保护的反应釜中搅拌，反应釜温度升高至120-130℃，保温搅拌60-80min，向反应釜中加入引发剂，保温反应6-8h，后处理得到复合聚乙烯粗品；

33、b3、将复合聚乙烯粗品、混合溶液加入到反应釜中搅拌，反应釜温度升高至45-55℃，保温搅拌2-3h，后处理得到复合聚乙烯。

34、复合聚乙烯的合成反应原理为：

35、在酸性条件下，硅氧烷键水解后自组装，制备得到具有烯烃双键修饰的网状结构的聚硅氧烷，在引发剂的作用下，聚硅氧烷分子上的烯烃双键产生自由基并攻击低密度聚乙烯分子链上的碳-氢键，形成聚乙烯自由基，通过自由基聚合物反应，将聚硅氧烷与低密度聚乙烯分子链发生反应，促进聚硅氧烷与聚乙烯分子链交联，制备得到聚硅氧烷交联增强聚乙烯的复合聚乙烯。

36、进一步的，步骤b1中，所述5-己烯基三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、硅酸四乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、无水乙醇和0.5mol/l盐酸的用量比为1g:3g:2g:5g:50ml:10g，所述后处理包括：反应完成之后，反应釜保温55-65℃，减压蒸除溶剂，得到聚硅氧烷；步骤b2中，所述低密度聚乙烯、聚硅氧烷和引发剂的用量比为5g:2g:0.05g，所述引发剂为过氧化苯甲酰，所述后处理包括：反应完成之后，趁热将反应物导出反应釜中，固化，粉碎，得到复合聚乙烯粗品；步骤b3中，所述复合聚乙烯粗品和混合溶液的用量比为1g:6ml，所述混合溶液由甲醇、丙酮和n-甲基吡咯烷酮按体积比1:2:3组成，所述后处理包括：反应完成之后，反应釜温度降低至室温，抽滤，滤饼用甲醇洗涤3次后抽干，得到复合聚乙烯。

37、本发明还提出一种阻燃电缆料的制备方法，包括以下步骤：

38、s1、将阻燃聚乙烯、复合聚乙烯、改性聚乙烯、辅助添加剂加入到转矩流变仪中，设置转矩流变仪温度为240-250℃，转速为30-40rpm，保温搅拌30-50min，得到阻燃电缆料预混料；

39、s2、将阻燃电缆预混料转移到温度为140-150℃，压力为7-8mpa的平板硫化机中，保温保压硫化30-40min，降温至室温后，压力恢复至常压，得到阻燃电缆料。

40、本发明具备下述有益效果：

41、1、本发明的阻燃电缆料，以改性聚乙烯和复合聚乙烯对阻燃增强剂增强的阻燃电缆料进行增强，制备得到，聚硅氧烷通过与聚乙烯键合，促进其在聚乙烯材料中均匀分散，并与聚乙烯材料中的阻燃增强剂复配，形成新的协同阻燃体系，提高电缆料的阻燃性能，改性聚乙烯分子链上的嵌合修饰的三乙氧基硅烷与辅助添加剂相互配合，在高温环境下断键生成硅羟基，并与聚硅氧烷或阻燃增强剂中的活性反应位点发生反应形成交联键合，使得聚乙烯电缆料的分子链稳定性增强，提高聚乙烯电缆料的机械性能与耐老化性能。

42、2、本发明的阻燃电缆料，通过以改性dopo为含磷阻燃剂，以纳米氧化铝为无机阻燃剂，以氰尿酸三聚氰胺为含氮阻燃剂，以含有环氧基与烷烃支链修饰的聚烯烃作为增强改性剂，以低密度聚乙烯为基体，制备得到阻燃聚乙烯，通过对9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物进行改性，在分子结构中引入甲基醇，制备得到改性dopo，通过kh-550对纳米氧化铝进行包覆改性，在纳米氧化铝的外部包覆修饰kh-550，在制备阻燃聚乙烯时，增强改性剂以长烯烃分子链的相似结构，使得其能够与低密度聚乙烯相似互溶，增强改性剂上的环氧基在高温作用下与羟基、氨基等活性基团发生缩合反应，形成更强的化学键，增强聚乙烯分子链间的相互作用力，从而提高其机械性能，环氧基与烷烃支链修饰的聚烯烃在高温下能够保持较好的稳定性，不易发生降解或交联反应，与复合聚乙烯分子材料中的聚硅氧烷相互配合，有助于维持聚乙烯电缆料的耐热老化性能，改性dopo、改性氧化铝、氰尿酸三聚氰胺在聚乙烯电缆料中构筑的协同阻燃体系，并与聚硅氧烷相互配合，进一步的提高阻燃电缆料的阻燃性能。

43、3、本发明的阻燃电缆料，在制备时，通过选择硬脂酸、氧化锌和抗氧剂1010组成辅助添加剂，硬脂酸、氧化锌通过化学反应生成水和盐，进而促进硅烷的水解后与聚硅氧烷、氨基、羟基等活性基团交联，提高聚乙烯电缆料的交联度，进一步的提高阻燃电缆料的机械性能，并且，交联度的增加可以减少电缆料中的自由末端和活性位点这些容易引发氧化反应的位点，从而减缓氧化降解过程，提高阻燃电缆料的耐热老化性能。