本发明涉及电缆绝缘材料，具体地，涉及一种高强度电缆绝缘材料及其制备方法。
背景技术
目前，电缆的绝缘层使用最多的为高分子材料，在电工技术上，将体积电阻率大于109ω·cm的物质所构成的材料称为绝缘材料，也就是用来使器件在电气上能够阻止电流通过的材料。交联聚乙烯具有优良的介电性能和机械性能，己被广泛应用于高压和超高压塑料绝缘电力电缆中。随着使用时间的增长，日光的照射，往往导致绝缘材料发粘，绝缘老化问题越来越严重，己成为绝缘电缆向超高压发展的主要障碍。
因此，提供一种机械强度较高、抗紫外线辐射强，不易老化的电缆绝缘材料及其制备方法是本发明亟需所要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种电缆绝缘材料及其制备方法，解决了普通电缆的绝缘材料在长时间使用后容易发生老化，降低电缆的使用寿命的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高强度电缆绝缘材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将膨润土、铝盐、锡盐、碱和水进行水热反应以制得改性膨润土；
(2)将钛酸酯偶联剂加压后，采用气雾法喷洒在改性膨润土表面，得到二次改性膨润土；
(3)将氟橡胶和三元乙丙橡胶粉碎，用离子注入机对氟橡胶和三元乙丙橡胶的混合料中注入c离子，得到改性橡胶料；其中，氟橡胶和三元乙丙橡胶的质量比为1:2-3；
(4)将改性橡胶、聚醋酸乙烯酯、乙基磷酸二乙酯、丙二酸二乙酯、乙二胺、亚油酸、有机硅阻燃剂、增塑剂、抗氧剂和二次改性膨润土进行混炼，然后挤出成型。
本发明还提供一种根据前文所述的制备方法制备得到的高强度电缆绝缘材料。
通过上述技术方案，本发明应用膨润土、铝盐、锡盐、碱和水进行水热反应，将铝盐和锡盐与碱反应后的产物均螯合在膨润土上，提高了膨润土的比表面积，具有良好的界面反射性能，可将紫外线向各个方向散射，使得膨润土对紫外线和可见光的反射性能增强，提高了材料的屏蔽紫外线的能力；另外将改性膨润土再通过钛酸酯偶联剂接触，再添加至制备绝缘材料的原料中，提高了改性膨润土与其他原料的结合性能，使得材料的性能更均匀。再结合本发明的上述原材料，制得的电缆绝缘材料不仅具有良好的机械性能，而且具有良好的抗紫外线性能，耐老化，有利于提高绝缘材料的使用寿命。不仅如此，本发明的制备方法简单易于制备，原料易得，具有较高的推广应用价值。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种高强度电缆绝缘材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将膨润土、铝盐、锡盐、碱和水进行水热反应以制得改性膨润土；
(2)将钛酸酯偶联剂加压后，采用气雾法喷洒在改性膨润土表面，得到二次改性膨润土；
(3)将氟橡胶和三元乙丙橡胶粉碎，用离子注入机对氟橡胶和三元乙丙橡胶的混合料中注入c离子，得到改性橡胶料；其中，氟橡胶和三元乙丙橡胶的质量比为1:2-3；
(4)将改性橡胶、聚醋酸乙烯酯、乙基磷酸二乙酯、丙二酸二乙酯、乙二胺、亚油酸、有机硅阻燃剂、增塑剂、抗氧剂和二次改性膨润土进行混炼，然后挤出成型。
通过上述技术方案，本发明应用膨润土、铝盐、锡盐、碱和水进行水热反应，将铝盐和锡盐与碱反应后的产物均螯合在膨润土上，提高了膨润土的比表面积，具有良好的界面反射性能，可将紫外线向各个方向散射，使得膨润土对紫外线和可见光的反射性能增强，提高了材料的屏蔽紫外线的能力；另外将改性膨润土再通过钛酸酯偶联剂接触，再添加至制备绝缘材料的原料中，提高了改性膨润土与其他原料的结合性能，使得材料的性能更均匀。再结合本发明的上述原材料，制得的电缆绝缘材料不仅具有良好的机械性能，而且具有良好的抗紫外线性能，耐老化，有利于提高绝缘材料的使用寿命。不仅如此，本发明的制备方法简单易于制备，原料易得，具有较高的推广应用价值。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，在步骤(1)中，所述膨润土、铝盐、锡盐、碱和水的重量比为50：8-12：5-10：15-20：100-200。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，改性膨润土与钛酸酯偶联剂的质量比为100：10-15。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，以质量份计，相对于120份改性橡胶，聚醋酸乙烯酯的用量为5-8份，乙基磷酸二乙酯的用量为6-8份，丙二酸二乙酯的用量为4-5份，乙二胺的用量为6-8份，亚油酸的用量为3-5份，有机硅阻燃剂的用量为1-2份，增塑剂的用量为3-5份，抗氧剂的用量为1-2份，二次改性膨润土的用量12-18份。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，所述水热反应满足以下条件：反应温度为100-140℃，反应时间为6-10h。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，所述铝盐选自氯化铝、硫酸铝和硝酸铝中的至少一者。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，所述锡盐选自氯化锡、硫酸锡和硝酸锡中的至少一者。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一者。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，增塑剂选自邻苯二甲酸酯类化合物、对苯二甲酸酯类化合物和偏苯三酸酯类化合物中的一种或多种。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，钛酸酯偶联剂为js-109、js-201和js-311中的一种或多种。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂ca中的一种或多种。
在上述技术方案中，作为塑料、橡胶的常规市售品填料的膨润土均可实现本发明，本发明不作要求，一般来说平均粒径不大于100微米。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，有机硅阻燃剂为kr-480和kr-2710中的至少一种。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，混炼的条件包括：温度为160-210℃；时间为0.8-1.5h。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，挤出温度为180-220℃。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高绝缘材料的机械性能和抗老化性能，优选地，相对于100质量份的氟橡胶和三元乙丙橡胶的混合料，c离子用量为4-5份；离子能量为20～30kev；束流密度范围是0.5～0.8ma/cm2；采用的离子源是纯度为98％以上的石墨。
氟橡胶可以有多种选择，如选择型号为氟橡胶23、氟橡胶26、氟橡胶246、氟橡胶tp等，均可实现本发明，在后文的实施例中，选择氟橡胶26进行说明。
在上述技术方案中，聚醋酸乙烯酯的多种规格，例如数均分子量为55000-420000均能够实现本发明，在后文的具体实施例中，选择江苏银洋胶基材料有限公司生产的数均分子量为80000-110000，等级为pvac3的聚醋酸乙烯酯进行说明。
在上述技术方案中，常规复合橡胶的三元乙丙橡胶均能实现本发明，本发明不作要求。在后文的实施例中，以三元乙丙橡胶4045进行说明。
本发明还提供一种根据前文所述的制备方法制备得到的高强度电缆绝缘材料。
通过上述技术方案，本发明应用膨润土、铝盐、锡盐、碱和水进行水热反应，将铝盐和锡盐与碱反应后的产物均螯合在膨润土上，提高了膨润土的比表面积，具有良好的界面反射性能，可将紫外线向各个方向散射，使得膨润土对紫外线和可见光的反射性能增强，提高了材料的屏蔽紫外线的能力；另外将改性膨润土再通过钛酸酯偶联剂接触，再添加至制备绝缘材料的原料中，提高了改性膨润土与其他原料的结合性能，使得材料的性能更均匀。再结合本发明的上述原材料，制得的电缆绝缘材料不仅具有良好的机械性能，而且具有良好的抗紫外线性能，耐老化，有利于提高绝缘材料的使用寿命。不仅如此，本发明的制备方法简单易于制备，原料易得，具有较高的推广应用价值。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。对以下实施例中制得的电缆绝缘材料进行检测，按照国标gb/t1040-2006中的方法测试抗拉强度，拉力机型号为岛津公司生产的ag-20kng；拉伸速率为500mm/min，测试温度为23℃。按照ul62-2001测试紫外光(氩弧灯)老化720h后的抗张强度保留率。单次取样不少于10个。
其中，钛酸酯偶联剂为js-109钛酸酯偶联剂。
制备例1
(1)将膨润土、氯化铝、氯化锡、氢氧化钠和水以重量比为50：8：5：15：100进行水热反应以制得改性膨润土；其中，反应温度为100℃，反应时间为10h；
(2)将钛酸酯偶联剂溶于甘油中加压后，采用气雾法喷洒在改性膨润土表面，得到二次改性膨润土；改性膨润土与钛酸酯偶联剂的质量比为100：10。
制备例2
(1)将膨润土、氯化铝、氯化锡、氢氧化钠和水以重量比为50：12：10：20：200进行水热反应以制得改性膨润土；其中，反应温度为140℃，反应时间为6h；
(2)将钛酸酯偶联剂溶于甘油中加压后，采用气雾法喷洒在改性膨润土表面，得到二次改性膨润土；改性膨润土与钛酸酯偶联剂的质量比为100：15。
制备例3
(1)将膨润土、氯化铝、氯化锡、氢氧化钠和水以重量比为50：10：8：18：150进行水热反应以制得改性膨润土；其中，反应温度为120℃，反应时间为8h；
(2)将钛酸酯偶联剂溶于甘油中加压后，采用气雾法喷洒在改性膨润土表面，得到二次改性膨润土；改性膨润土与钛酸酯偶联剂的质量比为100：10-15。
制备例4
将质量比为1:2氟橡胶和三元乙丙橡胶粉碎，用离子注入机对氟橡胶和三元乙丙橡胶的混合料中注入c离子，得到改性橡胶料；其中，c离子用量为4份；离子能量为20kev；束流密度范围是0.5ma/cm2；采用的离子源是纯度为98％以上的石墨。
制备例5
将质量比为1:3氟橡胶和三元乙丙橡胶粉碎，用离子注入机对氟橡胶和三元乙丙橡胶的混合料中注入c离子，得到改性橡胶料；其中，c离子用量为5份；离子能量为30kev；束流密度范围是0.8ma/cm2；采用的离子源是纯度为98％以上的石墨。
制备例6
将质量比为1:1氟橡胶和三元乙丙橡胶粉碎，用离子注入机对氟橡胶和三元乙丙橡胶的混合料中注入c离子，得到改性橡胶料；其中，c离子用量为3份；离子能量为40kev；束流密度范围是0.4ma/cm2；采用的离子源是纯度为98％以上的石墨。
实施例1
将制备例4中的改性橡胶料、聚醋酸乙烯酯、乙基磷酸二乙酯、丙二酸二乙酯、乙二胺、亚油酸、kr-480有机硅阻燃剂、邻苯二甲酸二异丁酯、抗氧剂1076和制备例1中的二次改性膨润土于160℃混炼1.5h，然后于180℃挤出成型；
其中，以质量份计，相对于120份改性橡胶料，聚醋酸乙烯酯的用量为5份，乙基磷酸二乙酯的用量为6份，丙二酸二乙酯的用量为4份，乙二胺的用量为6份，亚油酸的用量为3份，kr-480有机硅阻燃剂的用量为1份，邻苯二甲酸二异丁酯的用量为3份，抗氧剂1076的用量为1份，二次改性膨润土的用量12份。实施例1中的平均抗拉强度为22.4n/mm2，紫外光老化720h(氩弧灯)后抗张强度保留率为96％。
实施例2
将制备例5中的改性橡胶料、聚醋酸乙烯酯、乙基磷酸二乙酯、丙二酸二乙酯、乙二胺、亚油酸、kr-480有机硅阻燃剂、邻苯二甲酸二异丁酯、抗氧剂1076和制备例2中的二次改性膨润土于210℃混炼0.8h，然后于220℃挤出成型；
其中，以质量份计，相对于120份改性橡胶料，聚醋酸乙烯酯的用量为8份，乙基磷酸二乙酯的用量为8份，丙二酸二乙酯的用量为5份，乙二胺的用量为8份，亚油酸的用量为5份，kr-480有机硅阻燃剂的用量为2份，邻苯二甲酸二异丁酯的用量为5份，抗氧剂1076的用量为2份，二次改性膨润土的用量18份。
实施例1中的平均抗拉强度为22.8n/mm2，紫外光老化720h(氩弧灯)后抗张强度保留率为95％。
实施例3
将制备例6中的改性橡胶料、聚醋酸乙烯酯、乙基磷酸二乙酯、丙二酸二乙酯、乙二胺、亚油酸、kr-480有机硅阻燃剂、邻苯二甲酸二异丁酯、抗氧剂1076和制备例3中的二次改性膨润土于185℃混炼1h，然后于200℃挤出成型；
其中，以质量份计，相对于120份改性橡胶料，聚醋酸乙烯酯的用量为7份，乙基磷酸二乙酯的用量为7份，丙二酸二乙酯的用量为4.5份，乙二胺的用量为7份，亚油酸的用量为4份，kr-480有机硅阻燃剂的用量为1.5份，邻苯二甲酸二异丁酯的用量为4份，抗氧剂1076的用量为1.5份，二次改性膨润土的用量15份。
实施例1中的平均抗拉强度为23.1n/mm2，紫外光老化720h(氩弧灯)后抗张强度保留率为97％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。