一种耐高温抗扭曲的电缆的制作方法

本发明涉及电缆加工，具体涉及一种耐高温抗扭曲的电缆。

背景技术：

1、电线电缆作为电能输送的载体，扮演着不可或缺的重要角色，电线电缆外部的绝缘层起到保护金属导体、防止短路和漏电等作用，常见的绝缘层基体材料为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等，这些绝缘材料具有良好的电绝缘性和耐磨损性能够有效地保护金属导体，延长线缆材料的使用寿命，但这些绝缘材料均存在不耐高温和易燃的缺点，当导体导电性不良，或绝缘层出现老化、损坏等问题，导致导体暴露，可能局部高温，产生火花甚至引发火灾，造成人员伤亡和经济财产损失；

2、并且，在一些工业应用中，电缆常常被安装在机械臂、传输带、起重机等设备上，这些设备的运动过程中电缆经常会受到扭转、拉伸和弯曲等多重应力，如果电缆抗扭曲性能不足，长期的扭转会导致电缆外护套磨损、导体破损或者绝缘老化，最终影响电力或信号的传输稳定性。

3、在现有技术中，为提高电缆的耐高温性能，在制造电缆保护套时，加入耐热阻燃剂是常用的方法，但是这些阻燃剂，通常难以和制备电缆的其他填料相容，导致材料的脆性增加，使得电缆在弯曲、拉伸或扭曲时更容易产生裂纹或破裂，且有机耐热阻燃剂会因为高温、紫外线照射或电缆长期使用等影响，逐渐分解或挥发，导致其阻燃效果逐渐减弱，难以提供长期稳定的阻燃保护，加入具有耐高温阻燃性能的无机材料与有机阻燃剂协同发挥作用时，会由于界面不相容导致电缆的机械性能不佳，进而影响电缆的耐高温阻燃效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐高温抗扭曲的电缆，用于解决现有技术中电缆的耐高温性能、机械性能、抗扭曲性能和阻燃性能有待进一步提高的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种耐高温抗扭曲的电缆，包括由内而外依次设置的数根线芯、绝缘橡胶层、绕包层和护套层；

3、所述线芯包括由若干根相互绞合的金属合金线组成的导电体和包覆在导电体外部的绝缘橡胶层；

4、绕包层由绕包带绕包在数根线芯外部后得到；

5、所述护套层包括按重量份计的以下组成：改性聚氨酯20-30份、改性阻燃剂5-10份、改性海泡石15-20份和辅助添加剂2-4份。

6、进一步的，所述金属合金线为铜锡合金线，所述绝缘橡胶层为丁苯橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶中的一种或多种，所述绕包带为聚酯带、铝金属带中的一种或多种。

7、进一步的，所述护套层的制备方法为：将改性聚氨酯、改性阻燃剂、改性海泡石和辅助添加剂加入双螺杆挤出机中，熔融挤包于绕包层外部，在绕包层的外部形成护套层。

8、进一步的，所述辅助添加剂由润滑剂、抗老剂、填料按重量比1:1:2组成，所述润滑剂为硬脂酸钡、硅油中的一种或多种，所述抗老剂为防老剂6ppd、防老剂mb、防老剂mbi中的一种或多种，所述填料为炭黑、蒙脱土、碳酸钙中的一种或多种；双螺杆挤出机从进料口朝向出料口方向的八个温度区段的温度依次为150℃、150℃、155℃、155℃、165℃、165℃、170℃、170℃，双螺杆挤出机的主机转速为60-110rpm，压力为120bar。

9、进一步的，所述改性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

10、a1、将八甲基环四硅氧烷、氢氧化钠溶液和甲苯置于氮气氛围保护的反应釜中，升温至85-105℃，保温反应1-2h，后处理得到端羟基聚硅氧烷；

11、端羟基聚硅氧烷的制备反应式为：

12、

13、端羟基聚硅氧烷的制备反应原理为：

14、在氢氧化钠的碱性环境下，八甲基环四硅氧烷的硅氧键受氢氧化钠催化，发生开环反应，生成一个活泼的硅醇基团，生成的端羟基中间体进一步通过缩合聚合反应形成聚硅氧烷链，氢氧化钠溶液中的去离子水提供羟基对聚硅氧烷链进行封端，得到端羟基聚硅氧烷。

15、a2、将端羟基聚硅氧烷、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡、甲苯和二苯基甲烷二异氰酸酯置于氮气氛围保护的反应釜中，升温至75-85℃，后处理得到改性聚氨酯前驱体；

16、改性聚氨酯前驱体的制备反应式为：

17、

18、式中：，。

19、改性聚氨酯前驱体的制备反应原理为：

20、在二月桂酸二丁基锡和高温的催化下，端羟基聚硅氧烷和1,4-丁二醇中的羟基与二苯基甲烷二异氰酸酯发生缩合反应，制备得到异氰酸酯基修饰的改性聚氨酯前驱体。

21、a3、将改性聚氨酯前驱体、kh-550和甲苯置于反应釜中，升温至90-110℃，保温反应1-2h，后处理得到改性聚氨酯。

22、改性聚氨酯的制备反应式为：

23、

24、式中：

25、

26、改性聚氨酯的制备反应原理为：

27、在反应过程中，kh-550中的氨基作为亲核试剂，进攻改性聚氨酯前驱体中的异氰酸酯基封端，制备得到硅烷偶联剂修饰的改性聚氨酯。

28、进一步的，步骤a1中，所述氢氧化钠溶液的浓度为10-15wt%，所述八甲基环四硅氧烷、氢氧化钠溶液和甲苯的用量比为5-10g:2-4ml:60-90ml，所述后处理步骤包括：反应完成后，待反应体系降至室温，向反应液中加入乙酸乙酯和纯水，洗萃1-2遍，有机相转移至温度为40-50℃的旋转蒸发仪中，旋至无液体采出，得到端羟基聚硅氧烷；步骤a2中，所述二苯基甲烷二异氰酸酯的摩尔比为端羟基聚硅氧烷和1,4-丁二醇中的羟基的摩尔量的2倍，所述端羟基聚硅氧烷、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡和甲苯的用量比为5-10g:4-6g:0.1-1.5g:100-120ml，所述后处理步骤包括：反应完成后，待反应体系降至室温，向反应液中加入乙醇，反应釜升温至110-120℃，减压蒸馏至无液体采出，得到改性聚氨酯前驱体；步骤a3中，所述改性聚氨酯前驱体、kh-550和甲苯的用量比为8-13g:2-3g:150-200ml，所述后处理步骤包括：反应完成后，向反应液中加入乙醇，将反应升温至100-110℃，减压蒸馏至无液体采出，得到改性聚氨酯。

29、进一步的，所述改性阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

30、b1、将对甲基苯乙胺、2-苯基丙醛和乙醇置于反应釜中，升温至80-90℃，搅拌4-6h，后处理得到中间体ⅰ；

31、中间体ⅰ的制备反应式为：

32、

33、中间体ⅰ的质谱分析数据，m/z：251.14(100.0%)，252.14(19.7%)，253.14(1.9%)。

34、中间体ⅰ的制备反应原理为：

35、对甲基苯乙胺中的氨基氮原子带有孤电子对，作为亲核试剂，能够进攻2-苯基丙醛中的醛基碳原子，形成一个中间的醇胺中间体，进一步脱水，得到一个含有亚胺结构的中间体ⅰ。

36、b2、将中间体ⅰ、乙醇和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶液置于反应釜中，升温至80-90℃，保温反应8-10h，后处理得到中间体ⅱ；

37、中间体ⅱ的制备反应式为：

38、

39、中间体ⅱ的质谱分析数据，m/z：467.23(100.0%)，468.23(32.8%)，469.24(5.6%)。

40、中间体ⅱ的制备反应原理为：

41、在反应过程中，中间体ⅰ中的亚氨基团作为亲核试剂，攻击9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物中的亲电性的磷原子，发生亲核加成反应，得到中间体ⅱ。

42、b3、将中间体ⅱ、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和甲苯置于反应釜中，升温至100-120℃，保温反应4-6h，后处理得到改性阻燃剂。

43、改性阻燃剂的制备反应式为：

44、

45、改性阻燃剂的质谱分析数据，m/z：728.37(100.0%)，729.37(50.2%)，730.38(11.2%),730.37(6.0%)，731.38(2.5%)，731.37(1.7%)。

46、改性阻燃剂的制备反应原理为：

47、在反应过程中，中间体ⅱ中的带孤电子对的氨基氮原子攻击异氰酸酯中的碳原子，从而打破c=n双键制备得到异氰酸酯修饰的改性阻燃剂。

48、进一步的，步骤b1中，所述对甲基苯乙胺、2-苯基丙醛和乙醇的用量比为5-7g:4-6g:100-150ml，所述后处理步骤包括：反应完成后，抽滤，滤饼用乙醇洗涤1-2遍，转移至温度为50-60℃的干燥箱中，烘干至恒重，得到中间体ⅰ；步骤b2中，所述9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶液由9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和乙醇按用量比10-12g:40-50ml组成，所述中间体ⅰ、乙醇和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶液的用量比为10-12g:100-120ml:10-15ml，所述后处理步骤包括：反应完成后，待反应降至室温，抽滤，滤饼用乙醇洗涤1-2遍，转移至温度为50-60℃的干燥箱中，烘干至恒重，得到中间体ⅱ；步骤b3中，所述中间体ⅱ、3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、三乙胺和甲苯的用量比为12-15g:2-3g:1.5-2g:200-250ml，所述后处理步骤包括：反应完成后，向反应液中加入乙醇，升温至100-120℃，减压蒸馏至无液体采出，得到改性阻燃剂。

49、进一步的，所述改性海泡石的制备方法为：将海泡石和稀硝酸置于反应釜中，升温至20-30℃，保温搅拌12-16h，抽滤，洗涤干燥，球磨后，得到改性海泡石。

50、改性海泡石的制备反应原理为：

51、在制备过程中，稀硝酸与海泡石中的多种金属硅酸盐矿物发生化学反应，生成可溶解的氯化物，得到改性海泡石。

52、进一步的，所述稀硝酸的浓度为0.5-1.5mol/ml，所述海泡石和稀硝酸的用量比为10-20g:100-150ml，球磨的操作步骤包括：将干燥后的固体和陶瓷球混合体加入星球式球磨机的球磨罐中，球磨30-40min后，得到改性海泡石。

53、进一步的，陶瓷球为30mm、40mm和50mm的陶瓷球按质量比为1:1:1组成，填充率设置为50%，转速设置为35r/min。

54、本发明具备下述有益效果：

55、1、本发明制备的一种耐高温抗扭曲的电缆，以改性聚氨酯为基材，以改性阻燃剂和改性海泡石为增强材料，辅助添加剂为助剂，制备得到耐高温抗扭曲的电缆，将端羟基聚硅氧烷、1,4-丁二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯通过聚合反应制备成带有硅氧键和苯基的改性聚氨酯前驱体，进一步与硅烷偶联剂交联制备得到改性聚氨酯，提高了电缆的机械强度、耐高温性能和抗扭曲性能，通过制备出含有9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的改性阻燃剂进一步提高电缆护套层的阻燃性能，海泡石本身含有硅氧结构，经稀盐酸处理后，硅氧键数量增加，提高其阻燃性能。

56、2、本发明在制备一种耐高温抗扭曲的电缆的过程中，加入了含有9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的改性阻燃剂，该阻燃剂含有大量磷和氧元素，这些元素在高温或火灾条件下能释放出磷酸或磷的氧化物，磷原子通过催化反应抑制可燃气体的产生，延缓热分解反应的发生，磷酸盐可以通过吸热反应降低火源的温度，阻止材料进一步燃烧，由于磷的独特作用，电缆的保护套在遇高温时能够形成坚硬的炭化层，进一步隔离氧气，降低火焰对材料的持续作用，且减少有毒气体的产生，对中间体ⅱ进行3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷修饰，得到修饰有三乙基硅氧烷的改性阻燃剂，在与改性海泡石、改性聚氨酯共同制备电缆保护套时，可形成化学键，促进材料之间的界面结合，增强它们之间的相容性，避免了因相容性差而引起的界面缺陷或脱落现象，提高了电缆的抗扭曲性能、机械性能、阻燃性能、耐高温性能。

57、3、本发明在制备一种耐高温抗扭曲的电缆的过程中，对海泡石进行酸化改性，海泡石本身的结构中包含硅氧四面体，富含mg、si等非卤阻燃元素的天然纤维状矿物，其导热系数小且耐高温可以在火灾发生时形成一层保护性炭化层，这层炭化层能有效隔绝氧气，延缓火焰的蔓延，提高了电缆的耐高温性能和阻燃性能，经稀硝酸处理后，海泡石表面的杂质被去除，原有孔道扩大，形成更发达的多级孔结构，比表面积提高，引入更多的硅羟基，活性位点增加，球磨后，改性海泡石的粒径均匀，提高了其在改性聚氨酯、改性阻燃剂和辅助添加剂中的分散性，且海泡石是一种低密度的矿物，加入到电缆护套中可以减少护套层的总重量，减少电缆应用时的内应力的集中，从而提高电缆的抗扭曲性能，其表面的硅羟基与改性聚氨酯、改性阻燃剂中的硅氧键通过缩合反应形成化学交联，进一步提高了电缆的机械性能。