一种阻燃耐磨的高强度复合电缆料及其制备方法与流程

本发明涉及电缆材料，具体涉及一种阻燃耐磨的高强度复合电缆料及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯有优异的电性能和力学性能，且生产能耗低、可以循环使用，是电力电缆中常用的材料之一。但是，聚丙烯极易燃烧，需要对聚丙烯材料做阻燃处理，从而降低聚丙烯材料的燃烧性，避免静电火灾、摩擦火灾、电气过载线路老化等引出的火灾事故。此外，现代电力电缆正朝着高输送容量的方向发展，这对电缆料的耐高温性、耐磨等力学强度提出了更高的要求。

2、专利申请cn103360712a公开了一种耐高温耐磨高电性辐照交联再生聚烯烃/纳米氢氧化镁无卤阻燃环保电缆料的生产方法。将纳米氢氧化镁采用脂肪酸或偶联剂处理，从而改善纳米氢氧化镁在有机材料中的相容性，得到耐高温的电缆料。但是，上述现有技术未能改善聚烯烃自身的易燃性；采用敏化剂对聚烯烃材料进行交联，从而提高制备电缆料的耐磨、高强度特性；但是，仅仅以敏化剂对再生聚烯烃进行交联，只能提高再生聚烯烃的交联密度，无法提高各制备电缆料的其余组分的交联度和力学性能。

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耐磨的高强度复合电缆料及其制备方法，用于解决现有技术中电缆料中通过添加改性无机材料，从而提高自身的阻燃性，而未能解决聚烯烃自身易燃的问题；聚烯烃通过交联提高自身的力学性能，但是，未能解决电缆料其他有机基材存在力学性能差、强度低的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种阻燃耐磨的高强度复合电缆料，包括按照重量份的以下组成：复合聚丙烯60-70份、改性聚乙烯亚胺10-20份、抗氧剂0.1-0.3份、增塑剂1-3份和润滑剂0.2-0.5份。

4、本发明制备的电缆料以改性聚丙烯为基材，添加的相关助剂有抗氧剂、增塑剂和润滑剂，添加的功能助剂为改性聚乙烯亚胺。

5、进一步地，所述复合聚丙烯的制备方法包括以下步骤：

6、a1、三口烧瓶置于-20℃的冰水浴中，后加入甲醛，滴加0.1mol/l的盐酸调节甲醛的ph值为3-4；向三口烧瓶中加入木质素，混合搅拌，得到混合固液；在混合固液中加入尿素，升温反应，经后处理工艺，得到阻燃材料；

7、在本发明中，设置一定的高温和酸性条件，甲醛既作为质子性溶剂，又起到中间桥梁作用，通过曼尼希反应，将木质素分子和尿素分子连接，从而在木质素分子中引入氨基，从而得到具有弱酸弱碱官能团的木质素，即为本发明制备的阻燃材料。

8、以为木质素的醇单体松柏醇为例，松柏醇、甲醛和尿素的反应式如下：

9、

10、a2、三口烧瓶中加入4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸、乙醇和热引发剂过氧化二异丙苯，混合搅拌，再加入聚丙烯；将三口烧瓶置于暗室，使用50w的紫外固化灯照射1-2h，后过滤，得到固体；固体经后处理工艺，得到改性聚丙烯；

11、本发明以4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸作为接枝单体，采用固相接枝法制备改性聚丙烯。在设定的温度和压力下，热引发剂过氧化物受热分解成为活性很高的游离基，高活性的自由基夺去聚丙烯大分子链上的氢原子，从而得到交联聚丙烯；而聚丙烯产生的高活性自由基能够和4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸中的双键、氨基等官能团发生反应，从而得到具有磺酸基和亚氨基的改性聚丙烯。

12、a3、阻燃材料、改性聚丙烯和十二烷基苯磺酸钠改性的锌铝层状双金属氢氧化物共同加入转矩流变仪中共混，得到复合聚丙烯。

13、进一步地，步骤a1中，甲醛、木质素和尿素的用量比为200ml:50-60g:5-10g；混合搅拌的转速为100r/min、混合搅拌的时长为10-20min；升温反应的温度为100-110℃、升温反应的时长为2-3h；所述后处理工艺包括：三口烧瓶排出甲醛气体，过滤，得到固体；固体在室温下干燥2h，得到阻燃材料。

14、进一步地，步骤a2中，4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸、乙醇和聚丙烯的用量比为5-15g:100ml:30-50g；混合搅拌的温度为40-50℃、混合搅拌的时长为10-20min、混合搅拌的转速为100r/min；后处理工艺包括：固体采用去离子水清洗三遍，后在60-70℃下真空干燥30min。

15、进一步地，步骤a3中，十二烷基苯磺酸钠改性的锌铝层状双金属氢氧化物由以下步骤制备得到：

16、将10-20g的十二烷基苯磺酸钠和100ml的去离子水混合溶解，得到十二烷基苯磺酸钠的水溶液，后加入10-20g的锌铝层状双金属氢氧化物，在70-80℃下反应1-2h，机械搅拌转速为100r/min，得到反应体系；反应体系过滤，得到固体；固体在室温下自然干燥，得到十二烷基苯磺酸钠改性的锌铝层状双金属氢氧化物。

17、通过将十二烷基苯磺酸钠插层至锌铝层状双金属氢氧化物，从而在锌铝层状双金属氢氧化物中引入强酸性官能团磺酸基，有利于改善阻燃材料、改性聚丙烯和十二烷基苯磺酸钠改性的锌铝层状双金属氢氧化物之间的相容性，从而制备得到复合聚丙烯。

18、进一步地，步骤a3中，阻燃材料、改性聚丙烯和十二烷基苯磺酸钠改性的锌铝层状双金属氢氧化物的用量比为10-20g:50g:10-20g；共混温度为160-180℃、共混转速为50-100r/min、共混时长为30min。

19、进一步地，改性聚乙烯亚胺由以下步骤制备得到：

20、聚乙烯亚胺和乙醇混合搅拌，以100r/min搅拌30min；再加入1,4-双(氧化缩水甘油)苯，混合均匀，得到反应体系；向反应体系中滴加冰醋酸调节反应体系的ph值为1-2，反应体系在60-70℃下反应2-3h，后过滤，得到固体；固体采用去离子水清洗三遍，后在室温下自然干燥，得到改性聚乙烯亚胺。

21、1,4-双(氧化缩水甘油)苯和聚乙烯亚胺的反应式如下：

22、

23、1,4-双(氧化缩水甘油)苯和聚乙烯亚胺的反应原理如下:

24、以1,4-双(氧化缩水甘油)苯为交联剂，在酸性条件下，1,4-双(氧化缩水甘油)苯中的环氧基团可与聚乙烯亚胺中的氨基发生开环加成反应，从而制备得到改性聚乙烯亚胺。

25、进一步地，聚乙烯亚胺、甲醇和1,4-双(氧化缩水甘油)苯的用量比为2g:100ml:2-3g。

26、作为本发明的另一方面，一种阻燃耐磨的高强度复合电缆料的制备方法，包括以下步骤：

27、b1、按照重量份计，将60-70份的复合聚丙烯、10-20份的改性聚乙烯亚胺、0.1-0.3的抗氧剂、1-3份的增塑剂和0.2-0.5份的润滑剂加入高速混合机中，以3000-5000r/min共混5-10min，后加入挤出机中熔融混料、以120-140℃的温度挤出造粒，得到混合材料；

28、b2、将混合材料转移到平板硫化仪中加压交联，得到试样；平板硫化仪的加压时间为900s、模压压力为15-20mpa、加压温度为150-170℃；将带有试样的模具水冷至室温，后取出试样，得到阻燃耐磨的高性能电缆料。

29、本发明以复合聚丙烯为基料，改性聚乙烯亚胺为改性助剂，抗氧剂、增塑剂和润滑剂作为加工助剂，通过高速搅拌、熔融共混、挤出造粒、加压交联等一系列工艺，从而制备得到阻燃耐磨的高性能电缆料。

30、所述抗氧剂为抗氧剂bht、抗氧剂300、抗氧剂tnp和抗氧剂tpp中的任意一种；所述增塑剂为dop、dnp、dos中的任意一种；所述润滑剂为硬脂酸铅、硬脂酸钡、石蜡中的任意一种。

31、进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂bht、抗氧剂300、抗氧剂tnp和抗氧剂tpp中的任意一种；所述增塑剂为dop、dnp、dos中的任意一种；所述润滑剂为硬脂酸铅、硬脂酸钡、石蜡中的任意一种。

32、本发明具备下述有益效果：

33、1、本发明将木质素、甲醛和尿素通过曼尼希反应，从而得到具有酚羟基、亚氨基的木质素；木质素具有独特的芳香结构和较高的炭化能力，本身可以作为阻燃材料；聚丙烯作为电缆料基材，以过氧化二异丙苯作为热引发剂，在紫外辐照下，和4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸反应，从而制备得到交联、具有磺酸基和亚氨基的改性聚丙烯。阻燃材料和改性聚丙烯通过酸碱双官能团相互反应，进而提高阻燃材料和改性聚丙烯两者的附合程度。

34、2、在复合聚丙烯中，添加了无机阻燃材料锌铝层状双金属氢氧化物；锌铝层状双金属氢氧化物作为无机金属材料氢氧化物，具有耐磨性和阻燃性；采用十二烷基苯磺酸钠对聚丙烯材料进行改性，不仅增加无机金属材料和聚丙烯基材的相容性；此外，锌铝层状双金属氢氧化物还具有阳离子层和层间阴离子交换性，能够和阻燃材料、改性聚丙烯的官能团反应，从而进一步提高锌铝层状双金属氢氧化物在复合聚丙烯的分散性。

35、3、聚乙烯亚胺和聚丙烯共混，有助于提高聚丙烯的柔韧性，表现为对聚丙烯材料的断裂伸长率性能的提高。为了进一步提高聚乙烯亚胺和聚丙烯的相容性，本发明直接将聚乙烯亚胺作为高分子交联剂。1,4-双(氧化缩水甘油)苯和聚乙烯亚胺反应，从而在聚乙烯亚胺中引入小分子环氧基团；小分子环氧基团具有很高的反应活性，能够和改性聚丙烯中的氨基等官能团反应，从而进一步提高改性聚丙烯的交联度，形成多网状结构，进一步提高制备的电缆料的弹性和强度。