本发明涉及pe复合材料技术领域，具体地说，涉及一种抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料及制备和应用。
背景技术：
pe(聚乙烯)树脂一般分为低密度聚乙烯(ldpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)等，其无味、无臭、无毒、表面无光泽，不溶于水，微溶于烃类、甲苯等，能耐大多数酸碱的侵蚀，吸水性小，在低温时仍能保持柔软性，电绝缘性高，是优良的电线电缆制作原料。
紫外线能够催化高分子材料的降解，引起老化，尤其对室外使用的高分子材料的破坏更为明显。以聚乙烯为基材的电线电缆料，在使用中，受紫外线照射的影响，聚乙烯大分子链会被光降解成小分子链，从而使得电线电缆料的机械力学性能大幅降低，缩短电线电缆的使用寿命。传统的抗紫外处理方式是在聚乙烯树脂中添加光稳定剂与抗紫外剂，这些助剂的主要成分为无机金属氧化物和含有芳环结构的有机物。其防紫外机理主要是无机金属氧化物的反射屏蔽作用协同含芳环结构的有机物的吸收紫外线作用，从而达到抗紫外防老化的作用。
石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。氧化石墨烯是在石墨烯的表层进行共价键修饰，使其表面具有羧基、环氧基、羟基等含氧基团。通过石墨烯层面修饰，使得氧化石墨烯相比石墨烯更不易团聚，因此可以进行大规模工业生产。氧化石墨烯抗紫外原理是：在紫外短波长段(100-280nm)，氧化石墨烯自身对紫外线反射的耦合效应吸收紫外短波长，由于氧化石墨烯类苯环结构，使其结构稳定性优于有机物抗紫外剂；在紫外长波长段(280-400nm)，氧化石墨烯具有独特的平面二维结构，比表面积大，相比无机金属氧化物，其与紫外线接触面积大，进一步增加氧化石墨烯对紫外长波长的反射量。但是氧化石墨烯在非极性pe树脂中的分散情况不好，直接挤出共混时容易造成混合不均匀从而促使主体材料链段性能不均，从而造成材料性能不稳定，因此改进氧化石墨烯在pe中的分散情况是本发明的技术关键。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料及制备和应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料，包括以下质量百分含量的各组分：
优选地，所述改性氧化石墨烯母料是由改性氧化石墨烯与pe树脂熔融共混、开练串片、切粒制得；所述改性氧化石墨烯的添加量为5-15wt％。
优选地，所述改性氧化石墨烯的制备方法为：在150ml质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入0.05g～0.5g的改性剂，经搅拌、超声分散作用下反应即得。
优选地，所述氧化石墨烯水溶液的制备方法为：采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于等于99％的氧化石墨烯水溶液。
优选地，所述改性剂为硬脂酸或十二胺，改性剂以醇溶液或者dmf溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中。
优选地，所述反应条件具体为：50℃～140℃温度下反应5h～24h。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂802，抗氧剂168、抗氧剂264中的一种或者几种。
优选地，所述分散剂为：油酸、十八醇、十二烷基苯磺酸钠、聚烯烃蜡中的一种或几种。
本发明还提供了一种抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料的制备方法，具体包括以下步骤：
a1、将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性pe树脂按照配比进行配料，并加入分散剂和抗氧剂，搅拌预混合；
a2、将经步骤a1制得的混合料经螺杆挤出机进行共混造粒，即得。
优选地，所述螺杆挤出机各区段工艺温度在110℃～170℃。
本发明前述材料在制备抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆中的应用。
本发明通过向pe树脂中添加了改性氧化石墨烯，促进了氧化石墨烯在非极性pe树脂中分散性，增强了其与pe大分子间的界面相互作用，同时为了进一步使得改性氧化石墨烯材料在pe树脂中的分散性，在进行改性氧化石墨烯与pe树脂共混改性时加入适当比例的分散剂，同时为了防止pe树脂在熔融共混时发生氧化降解，在配料时加入抗氧化剂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过对氧化石墨烯进行改性，增强改性氧化石墨烯与pe大分子间的界面相互作用，促进其在pe树脂中分散均匀，制得改性氧化石墨烯pe母料，再将含有氧化石墨烯的母料与硅烷接枝改性pe树脂通过双螺杆挤出机挤出共混，制得具有抗紫外防老化性能的电线电缆料。该种电线电缆料不仅具有优秀的机械力学性能，而且拥有优良的抗紫外防老化效果，制作的电线电缆使用周期长。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例提供了一种抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料，包括以下质量百分含量的各组分：
所述改性氧化石墨烯母料是由改性氧化石墨烯与pe树脂熔融共混、开练串片、切粒制得；所述改性氧化石墨烯的添加量为5-15wt％。
所述改性氧化石墨烯的制备方法为：在150ml质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入0.05g～0.5g的改性剂，经搅拌、超声分散作用下反应即得。
所述氧化石墨烯水溶液的制备方法为：采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于等于99％的氧化石墨烯水溶液。
所述改性剂为硬脂酸或十二胺，改性剂以醇溶液或者dmf溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中。
所述反应条件具体为：50℃～140℃温度下反应5h～24h。
所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂802，抗氧剂168、抗氧剂264中的一种或者几种。
所述分散剂为：油酸、十八醇、十二烷基苯磺酸钠、聚烯烃蜡中的一种或几种。
所述抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料的制备方法，具体包括以下步骤：
a1、将石墨通过氧化还原法制得特殊结构的氧化石墨烯水溶液；
a2、将步骤a1制得的氧化石墨烯水溶液与含有改性剂的醇溶液或dmf溶液进行搅拌、超声分散、发生反应、抽滤洗涤、烘干制得高纯度改性氧化石墨烯粉体；
a3、将步骤a2制得的改性氧化石墨烯粉体与pe树脂进行进行熔融共混，开练串片、切粒，制得改性氧化石墨烯母粒；
a4、将步骤a3制得的改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性pe树脂按照配比进行配料，并加入分散剂和抗氧剂，搅拌预混合；
a5、将经步骤a4制得的混合料经螺杆挤出机进行共混造粒，即得。
所述螺杆挤出机各区段工艺温度在110℃～170℃。
实施例1
本实施例提供了一种改性氧化石墨烯母料的制备方法，具体为：
通过氧化还原法制备单层率为99％的氧化石墨烯水溶液，在150ml氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散作用下，50℃～140℃温度下反应5h～24h，停止反应获得改性氧化石墨烯溶液，通过蒸发溶剂法获得固体改性氧化石墨烯材料，再用无水乙醇进行洗涤抽滤多次，经60℃的烘箱烘干，获得高纯度的改性氧化石墨烯粉体，最后将改性氧化石墨烯与pe树脂进行共混制备改性氧化石墨烯母料。
所述改性剂以醇溶液或者dmf溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中。
所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量浓度、改性剂种类和质量如表1所示，采用上述方法制得了6种改性氧化石墨烯母料(a-f)。
表1
实施例2-5
本实施例2-5提供了一种抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料，其各组分的质量百分含量如表2所示。
所述抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料的制备方法，具体包括以下步骤：
a1、将实施例1制得的改性氧化石墨烯母料与硅烷接枝改性pe树脂按照表2中的配比进行配料，并加入分散剂和抗氧剂，搅拌预混合；
a2、将经步骤a4制得的混合料经螺杆挤出机进行共混造粒，即得。
所述螺杆挤出机各区段工艺温度在110℃～170℃。
表2
对比例1-4
本对比例提供了一种抗紫外防老化改性氧化石墨烯电线电缆材料，其各组分的质量百分含量如表2所示。
所述制备方法与实施例相同。
对比例5
本对比例提供了一种氧化石墨烯电线电缆材料，其各组分组成和质量含量与实施例5基本相同，不同之处仅在于：本对比例采用的是未经改性的氧化石墨烯。
对比例6
本对比例提供了一种改性石墨烯电线电缆材料，其各组分组成和质量含量与实施例4基本相同，不同之处仅在于：本对比例采用的是未经改性的石墨烯。
性能测试
将上述实施例和对比例制得的电线电缆材料制成电线后，考察其力学性能和防紫外抗老化性能、绝缘性能，采用的测试方法如下：改性氧化石墨烯电线电缆料的力学性能检测方法引用标准为：gb/t1040-2006塑料拉伸性能试验方法；绝缘性能引用标准为：gb/t1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法；防紫外抗老化性能检测方法为：采用3kw紫外光源进行老化试验，对不同紫外辐照量照射的样品进行力学性能检测与绝缘性能检测(采用标准gb/t1040-2006、gb/t1410-2006)，观察对应项目性能数值变化率。
结果如表3、4、5、6所示。
表3未经紫外辐照试验样品检测记录
表4经紫外辐照量600kj/㎡处理样品检测记录
表5经紫外辐照量1200kj/㎡处理样品检测记录
表6经紫外辐照量1800kj/㎡处理样品检测记录
从表3的检测数据可知，未经紫外处理时，对比例5、6样品的机械力学性能差，拉伸强度低；表4检测数据反映出当辐照量为600kj/㎡时，对比例4样品的机械性能差，材料被紫外光降解老化；表5检测数据可以说明在紫外辐照量为1200kj/㎡时，对比例1、2、3样品力学性能差，高分子链被紫外降解；表6试验数据表明实施例2、3样品在经过1800kj/㎡辐照量后依然保持优异的力学性能，其高分子链结构比较完整。由表3-6中的结果综合比较可知，在电线电缆料中添加改性氧化石墨烯，其中以十二胺改性氧化石墨烯电线电缆料的抗紫外效果最优。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。