本发明涉及电缆材料领域，尤其涉及一种耐电痕电缆料及其制备方法。
背景技术：
架空电缆通常用于大电流和高电压的电力传输，且架设于空旷的户外环境。这就要求应用于架空电缆具有运行的稳定性和长期性，然而电力设备表面在潮湿的条件下(自然雨、雪、霜等)，容易发生污闪。设备发生污闪时，很容易造成大面积停电，而且伴随的强力电弧还导致电气设备损坏，使停电时间延长，严重威胁着电力系统的安全稳定运行。因此架空电缆材料需要能适应户外的日光照射和雨淋。同时电缆在传输高电压、大电流时会产生较高的温度。温度升高会影响到材料的电气绝缘性，引起电缆绝缘层的爬电起痕现象，进而导致电缆的击穿，这就要求材料在初期就能将电痕及时扑灭，减少爬电起痕的风险。同时，材料还需要有较好的耐紫外线性能，以确保材料不会由于日光的照射导致劣化。
公开号为cn102120839a的中国专利文献公开了一种耐电痕聚乙烯护套料，它包含基础树脂、耐电痕剂、抗氧剂和润滑剂，其中基础树脂为高密度聚乙烯树脂与低密度聚乙烯树脂的混合物，耐电痕剂为铋钛酸盐、或氧化锆、或氧化锌、或三氧化二铝、或氧化镁、或硅微粉、或云母，抗氧剂为抗氧剂1010，润滑剂为聚乙烯蜡。在该护套料中，虽然利用耐电痕剂提高了护套料的耐电痕性能，同时利用抗氧剂提高了护套料的耐紫外线性能，但该抗氧剂是链终止型抗氧剂，难以防止电晕放电产生的紫外线导致聚乙烯护套电痕化，原因在于：在漏电起痕的过程中，主要存在三种放电形式，其中，电晕放电的光谱主要集中在紫外区域，紫外线产生的能量较大，根据wien定量，黑体辐射出340nm波长的紫外线时，其表面温度可以达到14880f，该温度足以使材料碳化，进而导致材料电痕化破坏。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐电痕电缆料及其制备方法。该电缆料通过添加氢氧化镁和紫外线吸收剂，能防止紫外线和热作用下的电痕化破坏，具有更高的耐电痕性能。
本发明的具体技术方案为：
一种耐电痕电缆料，包括a组分和b组分；其中，a组分包括以下质量百分数的原料：硅烷交联聚乙烯70～80％，氢氧化镁20～30％，硅烷偶联剂0～0.5％，总量为100％；b组分包括以下质量百分数的原料：紫外线吸收剂30～50％，聚乙烯49～69％，交联催化剂1～2％，总量为100％。
绝缘材料电痕化破坏的主要原因是紫外线和热的联合作用导致炭层的形成。本发明通过在电缆料中添加氢氧化镁，可吸收电缆在传输高电压、大电流时产生的热量，防止温度升高导致电缆料的电气绝缘性下降，进而引起电缆的爬电起痕现象；同时，本发明在电缆料中添加了紫外线吸收剂，它能吸收电晕放电产生的紫外线，防止其造成电缆料碳化，进而更好地提高电缆料的耐电痕性能。
作为优选，a组分与b组分的质量比为90～95:5～10。
作为优选，所述紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(uv-531)。
作为优选，所述交联催化剂为二月桂酸二丁基锡。
作为优选，所述氢氧化镁为受阻酚复合氢氧化镁，制备方法如下：
(i)将氨基硅烷偶联剂kh-550加入乙醇水溶液中，混合均匀后，制成偶联剂溶液；在搅拌下，向氢氧化镁中加入偶联剂溶液，所述氢氧化镁与氨基硅烷的质量比为10～20:1；加完后继续搅拌40～60min，烘干，获得改性氢氧化镁；
(ii)将质量比为1:1.2～1.8:60～70的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸和改性氢氧化镁加入dmf(n,n-二甲基甲酰胺)和dcm(二氯甲烷)混合溶液中，混合均匀后，制成反应液；
(iii)向反应液中加入diea(n,n-二异丙基乙胺)，在-5～0℃下搅拌25～35min；再加入edci(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)和hobt(1-羟基苯并三唑)的dcm溶液，在-5～0℃下反应1～2h，升温至20～30℃后继续反应6～7h，获得受阻酚复合氢氧化镁。
聚乙烯在热、氧的攻击下会发生断链，生成烷基自由基，烷基自由基又通过夺取聚乙烯中的氢使反应链增长，造成电缆护套老化。受阻酚中具有比聚乙烯中更活泼的氢原子，可捕获烷基自由基形成过氧化氢和稳定的酚氧自由基，阻断反应链增长，从而抑制聚乙烯老化。将两种活性不同的受阻酚配合使用，可发挥协同抗老化作用，如本发明中使用3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸两种抗氧剂，前者位于羟基邻位的是叔丁基，其斥电子能力强于后者中的甲基，且4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸中，位于羟基对位的羧基是吸电子基团，故3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的活性大于4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸，在发挥抗老化作用时，前者捕获自由基，阻断反应链增长，后者为前者提供氢原子，使其再生，通过这种方式，两种受阻酚能发挥协同抗老化作用。
不过，现有技术中常将具有协同作用的两种受阻酚物理共混制成复合抗氧剂后，添加到聚合物基体中，这种方式会导致两种受阻酚分散分布在聚合物内，活性较弱的受阻酚无法及时为活性较强的受阻酚提供氢原子，造成协同抗老化效果有限。而在本发明中，将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸同时共价接枝到耐电痕剂氢氧化镁上，能使两种受阻酚在电缆料中处于较近的距离内，确保后者能及时为前者提供氢原子使其再生，因而具有更好的抗老化作用。
作为优选，步骤(iii)中，所述diea与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的质量比为1:1～1.5。
作为优选，步骤(iii)中，所述edci、hobt与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的质量比为1:0.5～1:1～1.5；所述edci和hobt的dcm溶液中，edci与dcm的质量体积比为1g:10～15ml。
作为优选，步骤(i)中，所述乙醇水溶液中，乙醇与水的体积比为8～12:1。
作为优选，步骤(i)中，所述氨基硅烷偶联剂与乙醇水溶液的质量体积比为1g:5～8ml。
作为优选，步骤(ii)中，所述dmf和dcm混合溶液中，dmf和dcm的体积比为1:3～5；所述3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸与dmf和dcm混合溶液的质量体积比为1g:20～30ml。
作为优选，步骤(iii)制得受阻酚复合氢氧化镁后，采用聚乙烯对受阻酚复合氢氧化镁进行改性，制成改性受阻酚复合氢氧化镁，具体过程如下：
(iv)将受阻酚复合氢氧化镁分散到dmf中，混合均匀后，在搅拌下逐滴加入烯丙基缩水甘油醚的水溶液，所述烯丙基缩水甘油醚与受阻酚复合氢氧化镁的质量比为1:90～100，滴加完成后，在30～40℃下反应3～4h，过滤，沉淀经洗涤、干燥后，获得带烯基的受阻酚复合氢氧化镁；
(v)将乙烯、带烯基的受阻酚复合氢氧化镁加入己烷中，所述乙烯、带烯基的受阻酚复合氢氧化镁、己烷的质量比为1～5:1:10～15，加入四氯化钛和三甲基铝，混合均匀后，在125～135℃、1～1.5mpa下搅拌反应1.5～2.5h；反应结束后，加入己烷，经溶解、分离、干燥后，获得改性受阻酚复合氢氧化镁。
通过步骤(iv)在受阻酚复合氢氧化镁上引入烯基后，使其与乙烯共聚，将聚乙烯接枝到受阻酚复合氢氧化镁上，能使其与聚乙烯之间的界面结合强度增大，从而提高护套料的力学性能。
作为优选，步骤(v)中，所述四氯化钛、三甲基铝的用量分别为乙烯的0.03～0.05wt％和0.2～0.5wt％。
作为优选，步骤(iv)中，所述受阻酚复合氢氧化镁与dmf的质量体积比为1g:10～15ml。
作为优选，步骤(iv)中，所述烯丙基缩水甘油醚的水溶液中，烯丙基缩水甘油醚与水的质量体积比为1g:20～30ml。
一种所述耐电痕电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷交联聚乙烯、氢氧化镁、硅烷偶联剂按配比称取并混合，而后进行混炼并挤出造粒，获得a组分；
(2)将紫外线吸收剂、聚乙烯、交联催化剂按配比称取并混合，获得b组分；
(3)将a组分与b组分混合，挤出成型，获得耐电痕电缆料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)通过添加氢氧化镁和紫外线吸收剂，能防止紫外线和热作用下的电痕化破坏，具有更高的耐电痕性能；
(2)采用受阻酚复合氢氧化镁，将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸同时接枝到氢氧化镁上，有利于两种受阻酚发挥协同作用，提高护套料的抗老化性能；
(3)将聚乙烯接枝到受阻酚复合氢氧化镁上，能提高其与聚乙烯之间的界面结合强度，进而提高护套料的力学性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种耐电痕电缆料，其特征在于，包括质量比为92:8的a组分和b组分。
a组分包括以下质量百分数的原料：硅烷交联聚乙烯75％，氢氧化镁24.7％，硅烷偶联剂kh-5500.3％，总量为100％；
b组分包括以下质量百分数的原料：紫外线吸收剂uv-53150％，聚乙烯49％，二月桂酸二丁基锡1％，总量为100％。
一种所述耐电痕电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷交联聚乙烯、氢氧化镁、硅烷偶联剂按配比称取并混合，而后加入双螺杆挤出机中进行混炼并挤出造粒，获得a组分；
(2)将紫外线吸收剂、聚乙烯、交联催化剂按配比称取并混合，获得b组分；
(3)将a组分与b组分混合，挤出成型，获得耐电痕电缆料。
实施例2
一种耐电痕电缆料，其特征在于，包括质量比为92:8的a组分和b组分。
a组分包括以下质量百分数的原料：硅烷交联聚乙烯75％，0.5％3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸，0.7％4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸，氢氧化镁28.8％，总量为100％；
b组分包括以下质量百分数的原料：紫外线吸收剂uv-53150％，聚乙烯49％，二月桂酸二丁基锡1％，总量为100％。
一种所述耐电痕电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷交联聚乙烯、氢氧化镁、硅烷偶联剂按配比称取并混合，而后加入双螺杆挤出机中进行混炼并挤出造粒，获得a组分；
(2)将紫外线吸收剂、聚乙烯、交联催化剂按配比称取并混合，获得b组分；
(3)将a组分与b组分混合，挤出成型，获得耐电痕电缆料。
实施例3
一种耐电痕电缆料，其特征在于，包括质量比为92:8的a组分和b组分。
a组分包括以下质量百分数的原料：硅烷交联聚乙烯75％，受阻酚复合氢氧化镁30％，总量为100％；
b组分包括以下质量百分数的原料：紫外线吸收剂uv-53150％，聚乙烯49％，二月桂酸二丁基锡1％，总量为100％。
所述受阻酚复合氢氧化镁的制备方法如下：
(i)将氨基硅烷偶联剂kh-550以1g:5ml的质量体积比加入乙醇水溶液(其中，乙醇与水的体积比为10:1)中，混合均匀后，制成偶联剂溶液；将氢氧化镁投入高速混合机中，在搅拌下缓慢注入偶联剂溶液，所述氢氧化镁与氨基硅烷的质量比为15:1；加完后继续搅拌50min，烘干，获得改性氢氧化镁；
(ii)将质量比为1:1.5:60的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸和改性氢氧化镁加入dmf和dcm混合溶液(其中，dmf和dcm的体积比为1:4)中，所述3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸与dmf和dcm混合溶液的质量体积比为1g:25ml，混合均匀后，制成反应液；
(iii)向反应液中加入diea，所述diea与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的质量比为1:1，在0℃下搅拌30min；再加入edci和hobt的dcm溶液(其中，edci、hobt与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的质量比为1:0.5:1.5，edci与dcm的质量体积比为1g:15ml)，在0℃下反应1.5h，自然升温至2℃后继续反应6.5h，获得受阻酚复合氢氧化镁。
一种所述耐电痕电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷交联聚乙烯、氢氧化镁、硅烷偶联剂按配比称取并混合，而后加入双螺杆挤出机中进行混炼并挤出造粒，获得a组分；
(2)将紫外线吸收剂、聚乙烯、交联催化剂按配比称取并混合，获得b组分；
(3)将a组分与b组分混合，挤出成型，获得耐电痕电缆料。
实施例4
一种耐电痕电缆料，其特征在于，包括质量比为92:8的a组分和b组分。
a组分包括以下质量百分数的原料：硅烷交联聚乙烯75％，改性受阻酚复合氢氧化镁30％，总量为100％；
b组分包括以下质量百分数的原料：紫外线吸收剂uv-53150％，聚乙烯49％，二月桂酸二丁基锡1％，总量为100％。
所述改性受阻酚复合氢氧化镁的制备方法如下：
(i)将氨基硅烷偶联剂kh-550以1g:5ml的质量体积比加入乙醇水溶液(其中，乙醇与水的体积比为10:1)中，混合均匀后，制成偶联剂溶液；将氢氧化镁投入高速混合机中，在搅拌下缓慢注入偶联剂溶液，所述氢氧化镁与氨基硅烷的质量比为15:1；加完后继续搅拌50min，烘干，获得改性氢氧化镁；
(ii)将质量比为1:1.5:60的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸和改性氢氧化镁加入dmf和dcm混合溶液(其中，dmf和dcm的体积比为1:4)中，所述3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸与dmf和dcm混合溶液的质量体积比为1g:25ml，混合均匀后，制成反应液；
(iii)向反应液中加入diea，所述diea与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的质量比为1:1，在0℃下搅拌30min；再加入edci和hobt的dcm溶液(其中，edci、hobt与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的质量比为1:0.5:1.5，edci与dcm的质量体积比为1g:15ml)，在0℃下反应1.5h，自然升温至2℃后继续反应6.5h，获得受阻酚复合氢氧化镁；
(iv)将受阻酚复合氢氧化镁以1g:10ml的质量体积比分散到dmf中，混合均匀后，在搅拌下逐滴加入烯丙基缩水甘油醚的水溶液(其中，烯丙基缩水甘油醚与水的质量体积比为1g:25ml)，所述烯丙基缩水甘油醚与受阻酚复合氢氧化镁的质量比为1:95，滴加完成后，在35℃下反应3.5h，过滤，沉淀经洗涤、干燥后，获得带烯基的受阻酚复合氢氧化镁；
(v)将乙烯、带烯基的受阻酚复合氢氧化镁加入己烷中，所述乙烯、带烯基的受阻酚复合氢氧化镁、己烷的质量比为3:1:12，加入四氯化钛和三甲基铝，混合均匀后，在130℃、1mpa下搅拌反应2h；反应结束后，加入己烷，经95℃溶解、分离、干燥后，获得改性受阻酚复合氢氧化镁。
一种所述耐电痕电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷交联聚乙烯、氢氧化镁、硅烷偶联剂按配比称取并混合，而后加入双螺杆挤出机中进行混炼并挤出造粒，获得a组分；
(2)将紫外线吸收剂、聚乙烯、交联催化剂按配比称取并混合，获得b组分；
(3)将a组分与b组分混合，挤出成型，获得耐电痕电缆料。
对比例1
一种电缆料，其特征在于，包括质量比为92:8的a组分和b组分。
a组分包括以下质量百分数的原料：硅烷交联聚乙烯99.6％，硅烷偶联剂0.4％，总量为100％；
b组分包括以下质量百分数的原料：聚乙烯98％，二月桂酸二丁基锡2％，总量为100％。
一种所述电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷交联聚乙烯、硅烷偶联剂按配比称取并混合，而后加入双螺杆挤出机中进行混炼并挤出造粒，获得a组分；
(2)将聚乙烯、交联催化剂按配比称取并混合，获得b组分；
(3)将a组分与b组分混合，挤出成型，获得电缆料。
对比例2
一种耐电痕电缆料，其特征在于，包括质量比为92:8的a组分和b组分。
a组分包括以下质量百分数的原料：硅烷交联聚乙烯75％，氢氧化镁24.7％，硅烷偶联剂kh-5500.3％，总量为100％；
b组分包括以下质量百分数的原料：聚乙烯98％，二月桂酸二丁基锡2％，总量为100％。
一种所述耐电痕电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷交联聚乙烯、氢氧化镁、硅烷偶联剂按配比称取并混合，而后加入双螺杆挤出机中进行混炼并挤出造粒，获得a组分；
(2)将聚乙烯、交联催化剂按配比称取并混合，获得b组分；
(3)将a组分与b组分混合，挤出成型，获得耐电痕电缆料。
按照《jb/t10437-2004》的标准对实施例1～4和对比例1～2制得的电缆料进行性能测试，测试结果见表1。
表1
分析表1数据，可以得出以下结论：
(1)实施例1在对比例2的基础上，添加了紫外线吸收剂，获得的电缆料击穿电压更高，表明紫外线吸收剂能提高电缆料的抗击穿性能。推测机制如下：紫外线吸收剂，它能吸收电晕放电产生的紫外线，防止其造成电缆料碳化而导致击穿。
(2)实施例3在实施例2的基础上，将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸共价接枝到氢氧化镁上，获得的电缆料经热老化后，拉伸强度和断裂伸长率的变化率较低，表明采用本发明的受阻酚复合氢氧化镁，能提高电缆料的抗老化性能。推测机制如下：通过将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和4-羟基-3,5-二甲基苯甲酸共价接枝到氢氧化镁上，能使两种受阻酚在电缆料中处于较近的距离内，确保后者能及时为前者提供氢原子使其再生，因而具有更好的抗老化作用。
(3)实施例4在实施例3的基础上，对受阻酚复合氢氧化镁进行聚乙烯接枝改性，获得的电缆料具有更大的拉伸强度和断裂伸长率，表明采用本发明的改性受阻酚复合氢氧化镁，能提高电缆料的力学性能。推测机制如下：通过将聚乙烯接枝到受阻酚复合氢氧化镁上，能使其与聚乙烯之间的界面结合强度增大，从而提高护套料的力学性能。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。