本发明涉及电缆技术领域，具体为一种新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料及其制备方法。
背景技术：
新能源汽车又称代用燃料汽车，主要是指采用非常规车用燃料作为动力来源，综合车辆动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术新结构的汽车。新能源汽车的使用能够大大减少石油能源的使用量，减少尾气污染排放，对环境保护具有重要的意义。随着人们环保意识的提高，新能源汽车的发展已经成为未来全球的趋势，我国的新能源汽车目前也就已经进入高速发展阶段，新能源汽车的使用在未来也会像普通燃油汽车一样走进千家万户。
目前市面上生产的新能源汽车大部分还是采用电能作为驱动力，而对于新能源电动汽车来说，充电桩是其必不可少的充电设备，能够在短时间内为新能源汽车提供充足的电能供汽车使用。而电缆作为制备新能源汽车用充电桩的重要元件之一，需要具有柔软度、力学性能、耐火性能方面都会提出更高的要求。现有的很多耐火电缆往往会使用含卤素的阻燃剂，这些阻燃剂虽然可以减少起火的可能性，但是其会释放出有毒物质，不仅污染环境，还容易沉积在人体中，对人体健康造成影响。而使用无卤阻燃剂(如氢氧化镁、氢氧化铝)，这类阻燃物质虽然不会释放出毒性物质，但是其在微观上多为尖细刺状或不规则晶状物，在挤出冷却时很容易使电缆外壳出现裂纹甚至开裂现象，破坏隔氧层，增加安全隐患，尤其是在电缆进行弯曲放置时，裂纹或开裂现象会更加严重。
并且，新能源汽车充电桩体积较大，一般都会安装在室外，充电桩电缆长期在太阳紫外光照射下很容易出现老化、开裂现象，影响电缆使用寿命，增加安全隐患。
因此，人们亟需一种安全性高，阻燃环保，耐老化，使用寿命长的电缆来解决上述背景中提出的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料的制备方法，主要包括以下步骤
(一)制备水杨酸/水滑石纳米片：将水杨酸与、去离子水混合，加入水滑石纳米片，得水杨酸/水滑石纳米片；
(二)合成水杨酸钙/水滑石纳米片复合物：将步骤(一)中得到的水杨酸/水滑石纳米片、纳米超细混合均匀，加入去离子水，密封，洗涤，抽滤，干燥得到水杨酸钙/水滑石纳米片复合物；
(三)制备新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料：
a.将步骤(二)中得到的水杨酸钙/水滑石纳米片复合物、乙烯基苄基氯依次加入到n，n-二甲基甲酰胺溶液中搅拌，得溶液a；
b.将乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚氯乙烯、填充料、润滑剂混合搅拌，加入溶液a，引发剂和四氢呋喃的混合溶液，搅拌，密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料；
进一步的，所述步骤(一)中水杨酸/水滑石纳米片的具体制备过程如下：将水杨酸与、去离子水混合，搅拌反应10-20min，加入水滑石纳米片，超声分散1-2h，抽滤，于40-60℃条件下干燥30-50min，研磨0.5-1h，得水杨酸/水滑石纳米片。
进一步的，所述步骤(二)中水杨酸钙/水滑石纳米片复合物的具体制备过程如下：将步骤(一)中得到的水杨酸/水滑石纳米片、超细氢氧化钙按照(1.5-2.5)：1的比例混合均匀，加入0.5-3份去离子水，研磨1-2h，密封后置于90-110℃条件下反应7-8h，洗涤，抽滤，干燥得到水杨酸钙/水滑石纳米片复合物。
进一步的，所述步骤(三)中新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料的具体制备过程如下：a.将步骤(二)中得到的10-20份水杨酸钙/水滑石纳米片复合物、30-40份乙烯基苄基氯依次加入到60-80份n，n-二甲基甲酰胺溶液中，于95-105℃温度条件下搅拌1-3h，得溶液a；
b.将55-65份乙烯-乙酸乙烯共聚物、32-42份聚氯乙烯、18-28份填充料、1-4份润滑剂混合搅拌20-30min，加入25-35份溶液a，继续搅拌反应20-40min后，加入引发剂和四氢呋喃的混合溶液15-18份，升高转速为1200-1500r/min搅拌10-40min，静置5-7h，于125-155℃下密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料。
进一步的，所述水杨酸、水滑石纳米片、去离子水的质量比例为(2-5):3：13。
进一步的，所述水滑石纳米片的长径比为10-90；所述水滑石纳米片片层厚度为30-120nm。
进一步的，所述步骤(三)中的引发剂和四氢呋喃混合溶液中，引发剂、四氢呋喃的质量比例为(1-3)：20。
进一步的，所述步骤(三)中的引发剂为偶氮二异丁腈。
进一步的，所述步骤(三)中的填充料为超细水合硼酸锌、超细氢氧化铝、超细氢氧化镁中的一种或多种。
一种由新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料的制备方法制得的电缆。
本发明先将水杨酸与水滑石纳米片进行混合反应，由于水杨酸上含有高活性的酚羟基和羧基，能够与水滑石纳米片上的亲水基团反应，进而被修饰在水滑石纳米片上得到水杨酸/纳米片；
本发明又进一步将水杨酸/水滑石纳米片与纳米超细混合，通过研磨作用使得纳米超细与水杨酸/水滑石纳米片之间形成原子级别的混合得到纳米氧化钙/水杨酸/水滑石纳米片复合物，将纳米氧化钙/水杨酸/水滑石纳米片复合物进行密封加热，使其在高温下失去结晶水，并最终形成水杨酸钙/水滑石纳米片复合物。
本发明再将制得的水杨酸钙/水滑石纳米片复合物、乙烯基苄基氯置于n，n-二甲基甲酰胺溶液中进一步反应，乙烯基苄基氯中的氯苄基与水杨酸钙之间发生亲核取代反应，生成乙烯基水杨酸苄酯/水滑石纳米片复合物溶液，即溶液a。
本发明将溶液a与乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚氯乙烯、填充型阻燃剂、润滑剂充分混合，混合完成后加入引发剂，通过高速搅拌是引发剂能够均匀分布在新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料中，新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料在引发剂以及加热环境下发生聚合，在新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料中形成聚(乙烯基水杨酸酯)分子链网络。该分子链网络有利于提高电缆的抗冲击性能，其分子链中含有的水杨酸结构对太阳发射出来的紫外光具有较强的吸收能力，可减少电缆受到的热量伤害，提升电缆的热稳定性，延长电缆使用寿命。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明中使用的水滑石纳米片能够在新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料中形成沿着平行于光纤的有序取向结构，制得的电缆新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料表面光滑整洁，韧性好，不易出现尖细刺状物，能够随意弯折放置而不易发生断裂，力学性能好。
本发明中生成的聚(乙烯基水杨酸酯)分子链网络能够与水滑石纳米片发生交替层叠，不仅改善了电缆的抗冲击性能，还能够在电缆表面形成致密的保护层，一方面可以将光纤与氧气隔开，避免氧化问题，另一方面其分子链中含有的水杨酸结构具有较强的吸收紫外线的作用，防止电缆老化，聚(乙烯基水杨酸酯)与聚氯乙烯相容性更好，聚(乙烯基水杨酸酯)分子链网络还能够对填充料进行固定，提高填充料在电缆新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料中的稳定性，阻止电缆出现断裂问题。
由于本发明中的聚(乙烯基水杨酸酯)与水滑石纳米片是固定连接的，水滑石纳米片能够作为分子链网络的中心节点，有效分散电缆收到的冲击应力，提升电缆抗冲击性能。
本发明中的填充料一方面可作为电缆新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料的补强材料，改善其力学性能，另一方面还具有一定的耐火阻燃特性，赋予电缆优异的耐热性和阻燃性。
本发明制得的电缆抗冲击性能强，耐热性好，即使长期在室外环境下放置，也不易老化，使用寿命长，制备工艺简单，可实现工业化生产，非常具有实用性。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
(一)制备水杨酸/水滑石纳米片：将水杨酸与、去离子水混合，搅拌反应10min，加入水滑石纳米片，超声分散1h，抽滤，于40℃条件下干燥30min，研磨0.5h，得水杨酸/水滑石纳米片；
(二)合成水杨酸钙/水滑石纳米片复合物：将步骤(一)中得到的水杨酸/水滑石纳米片、超细氢氧化钙按照1.5：1的比例混合均匀，加入0.5份去离子水，研磨1h，密封后置于90℃条件下反应7h，洗涤，抽滤，干燥得到水杨酸钙/水滑石纳米片复合物。
(三)制备新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料：
a.将步骤(二)中得到的10份水杨酸钙/水滑石纳米片复合物、30份乙烯基苄基氯依次加入到60份n，n-二甲基甲酰胺溶液中，于95℃温度条件下搅拌1h，得溶液a；
b.将55份乙烯-乙酸乙烯共聚物、32份聚氯乙烯、18份填充料、1份润滑剂混合搅拌20-min，加入25份溶液a，继续搅拌反应20min后，加入引发剂和四氢呋喃的混合溶液15份，升高转速为1200r/min搅拌10min，静置5h，于125℃下密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料。
所述水杨酸、水滑石纳米片、去离子水的质量比例为2:3：13。
所述水滑石纳米片的长径比为10；所述水滑石纳米片片层厚度为30nm。
所述引发剂和四氢呋喃混合溶液中，引发剂、四氢呋喃的质量比例为1：20。
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
所述填充料为超细氢氧化铝。
实施例2
(一)制备水杨酸/水滑石纳米片：将水杨酸与、去离子水混合，搅拌反应15min，加入水滑石纳米片，超声分散1.5h，抽滤，于50℃条件下干燥40min，研磨0.8h，得水杨酸/水滑石纳米片；
(二)合成水杨酸钙/水滑石纳米片复合物：将步骤(一)中得到的水杨酸/水滑石纳米片、超细氢氧化钙按照2：1的比例混合均匀，加入1.5份去离子水，研磨1.5h，密封后置于100℃条件下反应7.8h，洗涤，抽滤，干燥得到水杨酸钙/水滑石纳米片复合物。
(三)制备新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料：
a.将步骤(二)中得到的15份水杨酸钙/水滑石纳米片复合物、35份乙烯基苄基氯依次加入到70份n，n-二甲基甲酰胺溶液中，于100℃温度条件下搅拌1.5h，得溶液a；
b.将60份乙烯-乙酸乙烯共聚物、38份聚氯乙烯、23份填充料、2份润滑剂混合搅拌25min，加入30份溶液a，继续搅拌反应30min后，加入引发剂和四氢呋喃的混合溶液17份，升高转速为1300r/min搅拌25min，静置6h，于135℃下密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料。
所述水杨酸、水滑石纳米片、去离子水的质量比例为3：3：13。
所述水滑石纳米片的长径比为50；所述水滑石纳米片片层厚度为80nm。
所述引发剂和四氢呋喃混合溶液中，引发剂、四氢呋喃的质量比例为1：10。
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
所述填充料为超细氢氧化铝。
实施例3
(一)制备水杨酸/水滑石纳米片：将水杨酸与、去离子水混合，搅拌反应20min，加入水滑石纳米片，超声分散2h，抽滤，于60℃条件下干燥50min，研磨1h，得水杨酸/水滑石纳米片；
(二)合成水杨酸钙/水滑石纳米片复合物：将步骤(一)中得到的水杨酸/水滑石纳米片、超细氢氧化钙按照2.5：1的比例混合均匀，加入3份去离子水，研磨2h，密封后置于110℃条件下反应8h，洗涤，抽滤，干燥得到水杨酸钙/水滑石纳米片复合物。
(三)制备新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料：
a.将步骤(二)中得到的20份水杨酸钙/水滑石纳米片复合物、40份乙烯基苄基氯依次加入到80份n，n-二甲基甲酰胺溶液中，于105℃温度条件下搅拌3h，得溶液a；
b.将65份乙烯-乙酸乙烯共聚物、42份聚氯乙烯、28份填充料、4份润滑剂混合搅拌30min，加入35份溶液a，继续搅拌反应40min后，加入引发剂和四氢呋喃的混合溶液18份，升高转速为1500r/min搅拌40min，静置7h，于155℃下密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料。
所述水杨酸、水滑石纳米片、去离子水的质量比例为5：3：13。
所述水滑石纳米片的长径比为90；所述水滑石纳米片片层厚度为120nm。
所述引发剂和四氢呋喃混合溶液中，引发剂、四氢呋喃的质量比例为3：20。
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
所述填充料为超细氢氧化铝。
实施例4
制备新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料：
a.将20份水滑石纳米片、40份乙烯基苄基氯依次加入到80份n，n-二甲基甲酰胺溶液中，于105℃温度条件下搅拌3h，得溶液a；
b.将65份乙烯-乙酸乙烯共聚物、42份聚氯乙烯、28份填充料、4份润滑剂混合搅拌30min，加入35份溶液a，继续搅拌反应40min后，加入引发剂和四氢呋喃的混合溶液18份，升高转速为1500r/min搅拌40min，静置7h，于155℃下密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料。
所述水滑石纳米片的长径比为90；所述水滑石纳米片片层厚度为120nm。
所述引发剂和四氢呋喃混合溶液中，引发剂、四氢呋喃的质量比例为3：20。
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
所述填充料为超细氢氧化铝。
本实施例与实施例3的区别在于未添加水杨酸。
实施例5
(一)制备水杨酸/水滑石纳米片：将水杨酸与、去离子水混合，搅拌反应20min，加入水滑石纳米片，超声分散2h，抽滤，于60℃条件下干燥50min，研磨1h，得水杨酸/水滑石纳米片；
(二)制备新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料：
a.将步骤(一)中得到的20份水杨酸/水滑石纳米片复合物、40份乙烯基苄基氯依次加入到80份n，n-二甲基甲酰胺溶液中，于105℃温度条件下搅拌3h，得溶液a；
b.将65份乙烯-乙酸乙烯共聚物、42份聚氯乙烯、28份填充料、4份润滑剂混合搅拌30min，加入35份溶液a，继续搅拌反应40min后，加入引发剂和四氢呋喃的混合溶液18份，升高转速为1500r/min搅拌40min，静置7h，于155℃下密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料。
所述水杨酸、水滑石纳米片、去离子水的质量比例为5：3：13。
所述水滑石纳米片的长径比为90；所述水滑石纳米片片层厚度为120nm。
所述引发剂和四氢呋喃混合溶液中，引发剂、四氢呋喃的质量比例为3：20。
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
本实施例与实施例3的区别在于未添加超细氢氧化钙。
实施例6
(一)制备水杨酸/水滑石纳米片：将水杨酸与、去离子水混合，搅拌反应20min，加入水滑石纳米片，超声分散2h，抽滤，于60℃条件下干燥50min，研磨1h，得水杨酸/水滑石纳米片；
(二)合成水杨酸钙/水滑石纳米片复合物：将步骤(一)中得到的水杨酸/水滑石纳米片、超细氢氧化钙按照2.5：1的比例混合均匀，加入3份去离子水，研磨2h，密封后置于110℃条件下反应8h，洗涤，抽滤，干燥得到水杨酸钙/水滑石纳米片复合物。
(三)制备新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料：
a.将步骤(二)中得到的20份水杨酸钙/水滑石纳米片复合物加入到80份n，n-二甲基甲酰胺溶液中，于105℃温度条件下搅拌3h，得溶液a；
b.将65份乙烯-乙酸乙烯共聚物、42份聚氯乙烯、28份填充料、4份润滑剂混合搅拌30min，加入35份溶液a，继续搅拌反应40min后，加入四氢呋喃的混合溶液18份，升高转速为1500r/min搅拌40min，静置7h，于155℃下密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料。
所述水杨酸、水滑石纳米片、去离子水的质量比例为5：3：13。
所述水滑石纳米片的长径比为90；所述水滑石纳米片片层厚度为120nm。
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
所述填充料为超细氢氧化铝。
本实施例与实施例3的区别在于未添加乙烯基苄基氯、引发剂。
对比例：
将65份乙烯-乙酸乙烯共聚物、42份聚氯乙烯、28份填充料、4份润滑剂混合搅拌30min，继续搅拌反应40min后，升高转速为1500r/min搅拌40min，静置7h，于155℃下密炼，挤塑成型，得新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料。
性能测试实验：将实施例与对比例制得的新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料与线缆一起挤塑成型得到线缆样品并进行一下实验。
(1)拉伸强度测试和断裂伸长率测试：参照gb/t2951.11-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分》标准进行测试。
(2)热冲击试验：参照gb/t2951.31-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第31部分：聚氯乙烯混合料专用试验方法高温压力试验抗开裂试验》标准进行测试。观察电缆是否出现开裂现象。
(3)表面电阻率测试：参照astmd257-2007《绝缘材料直流电阻或电导试验方法》标准进行测试。
(4)耐老化性能测试：将实施例和对比例制得的电缆试样参照gb/t1865-2009《人工气候老化和人工辐射曝露滤的氙弧辐射》方法进行辐照后，重新参照astmd638-2003《塑料拉伸性能测定方法》标准对电缆的拉伸强度和断裂伸长率进行测试。
(5)氧指数测试：参照astmd2863《氧指数测试标准》进行测试。
(6)撕裂强度测试：参照gb/t529-2008《撕裂强度测定标准》进行测试。
测试结果如下表所示：
根据表中数据可知，实施例1-3制得的力学性能优异，抗撕裂强度较高，同时表面电阻率大具有优异的绝缘性能，在耐老化性能测试后，电缆的拉伸强度和断裂伸长率变化不大，具有优异的耐老化性能，可长期在室外下使用。氧指数大于27，属于难燃材料，耐火性较好，在热冲击试验中均未出现开裂现象，抗冲击性能优异。
实施例4中由于缺少水杨酸，新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料中未能形成聚(乙烯基水杨酸酯)聚合物网络，制得的电缆样品耐老化性能较差，力学性能不足。实施例5中由于缺少氢氧化钙，未能通过氢氧化钙与水杨酸反应生成水杨酸钙，进而也影响了聚(乙烯基水杨酸酯)的形成，电缆抗老化性能不足，生成的乙烯基苄基氯聚合物网络结构不够致密，电缆力学性能受到影响。实施例6中由于缺少乙烯基苄基氯与水杨酸钙之间发生亲核加成反应生成乙烯基水杨酸酯，同时由于缺少引发剂的作用，新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料中也未形成聚合物网络，制得的电缆试样力学性能和耐老化性能均有所不足。
通过以上数据和实验，我们可以得出以下结论：本发明中使用的水滑石纳米片能够在新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料中形成沿着平行于光纤的有序取向结构，制得的电缆新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料表面光滑整洁，韧性好，不易出现尖细刺状物，能够在多弯曲管道中铺设而不易发生断裂，力学性能好。
本发明中生成的聚(乙烯基水杨酸酯)分子链网络能够与水滑石纳米片发生交替层叠，不仅改善了电缆的抗冲击性能，还能够在电缆表面形成致密的保护层，一方面可以将光纤与氧气隔开，避免氧化问题，另一方面其分子链中含有的水杨酸结构具有较强的吸收紫外线的作用，防止电缆老化。聚(乙烯基水杨酸酯)分子链网络还能够对填充料进行固定，提高填充料在电缆新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料中的稳定性，阻止电缆出现断裂问题。
由于本发明中的聚(乙烯基水杨酸酯)与水滑石纳米片是固定连接的，水滑石纳米片能够作为分子链网络的中心节点，有效分散电缆收到的冲击应力，提升电缆抗冲击性能。
本发明中的填充料一方面可作为电缆新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料的补强材料，改善其力学性能，另一方面还具有一定的耐火阻燃特性，赋予电缆优异的耐热性和阻燃性。
本发明制得的新能源汽车充电桩用电缆的绝缘材料制得的电缆抗冲击性能强，耐热性好，不易老化，使用寿命长，制备工艺简单，可实现工业化生产，具有广阔的应用前景。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。