一种交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃B1级电力电缆的制作方法

一种交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃b1级电力电缆
技术领域
1.本发明属于电缆制备技术领域，具体地，涉及一种交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃b1级电力电缆。


背景技术：

2.阻燃电力电缆，是指在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去试验火源后，火焰的蔓延仅在限定范围内，残焰或残灼在限定时间内能自行熄灭的电缆。根本特性是：在火灾情况下电缆有可能被烧坏而不能运行，但可阻止火势的蔓延。
3.现有阻燃电力电缆主要分两类：含卤阻燃电力电缆和无卤低烟阻燃电力电缆，前者具有良好的阻燃特性，但是在电缆燃烧时会释放大量的浓烟和卤酸气体，卤酸气体不仅污染环境还伤害人体健康。后者不仅具有更好的阻燃特性，而且在电缆燃烧时没有卤酸气体放出，电缆的发烟量也小，但是机械性能差，易变形，使用寿命低。因此，如何提高无卤阻燃剂与聚合物的相容性，赋予电缆更好的加工性能以及阻燃性能是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃b1级电力电缆，以解决背景技术中所提出的技术问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃b1级电力电缆，包括铜导体，铜导体外表面包覆有耐火层，耐火层由双层云母带绕包得到，耐火层外表面包覆有绝缘层，绝缘层由硅烷交联聚乙烯制成，铜导体、耐火层和绝缘层形成缆芯，三根缆芯为一组，一组缆芯的外层包覆有内衬层，内衬层和缆芯之间填充有无卤低烟阻燃聚丙烯绳，内衬层外表面包覆有内护套，内护套外表面设有铠装层，铠装层采用镀锌钢带，铠装层外表面设有外护套；
7.其中，内护套和外护套均由无卤低烟阻燃聚烯烃材料制成；
8.进一步地，所述无卤低烟阻燃聚烯烃材料由以下步骤制成：
9.步骤1、准备以下重量份原料：高密度聚乙烯50
‑
60份、线性低密度聚乙烯10
‑
15份、乙烯辛烯共聚物10
‑
15份、反应型阻燃分子1.5
‑
1.8份、蒙脱土2份、3
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1份、硬脂酸锌0.3
‑
0.5份、硬脂酸0.3份、抗氧剂1.0份、防老剂1.5份；
10.步骤2、将各原料加入高速混合机中，在转速1100
‑
1500r/min转速下搅拌混合5
‑
15min，然后在160
‑
180℃下挤出造粒，得到无卤低烟阻燃聚烯烃材料。
11.本发明加入了蒙脱土，蒙脱土具有独特的片层结构，能够降低聚合物对气体的渗透性，增强外护套的阻燃、耐老化性能。
12.进一步地，抗氧剂为抗氧剂168，防老剂为防老剂rd。
13.进一步地，反应型阻燃分子由以下步骤制成：
14.步骤s1、向三口烧瓶中加入铁粉、无水乙醇、去离子水和浓盐酸，升温至80℃活化
30min，降温至60℃，加入2
‑
三氟甲基
‑4‑
硝基氯苄，升温至80℃，搅拌反应6
‑
8h，反应结束后，过滤去除铁泥，加入质量分数25％的氨水调节滤液ph值为8，静置8
‑
12h，加入乙酸乙酯萃取，旋蒸去除乙酸乙酯，得到中间体1；
15.其中，铁粉、无水乙醇、去离子水、浓盐酸和2
‑
三氟甲基
‑4‑
硝基氯苄的用量比为2.68g：50ml：10ml：1.5
‑
2.5ml：4.5
‑
4.8g，其中浓盐酸的质量分数为37％，在铁粉的还原下使2
‑
三氟甲基
‑4‑
硝基氯苄的硝基还原成氨基，得到中间体1；
16.步骤s2、将dopo、乙烯基乙酸和苯加入三口烧瓶中，氮气保护下，升温至80℃，搅拌条件下滴加aibn的苯溶液，1h内滴加结束，保温反应24h，反应结束后，过滤，滤液旋蒸去除苯，得到中间体2；
17.其中dopo、乙烯基乙酸、苯和aibn的苯溶液的用量比为0.1mol：0.1mol：100ml：50ml，aibn的苯溶液由aibn和苯按照0.1g：50ml混合而成，利用dopo和乙烯基乙酸发生化学反应得到含有端羧基的中间体2；
18.步骤s3、将异氰尿酸三缩水甘油酯和甲苯加入三口烧瓶中，搅拌20min后，加入中间体1，升温至40
‑
50℃，搅拌反应2
‑
4h，反应结束后，冷却至室温，加入对甲苯磺酸和中间体2，升温至50
‑
55℃，搅拌反应6
‑
8h，反应结束后，加入浓度0.1mol/l的碳酸氢钠溶液洗涤反应产物，分层，有机相蒸馏去除甲苯，得到中间体3；
19.其中异氰尿酸三缩水甘油酯、甲苯、中间体1和中间体2的用量比为0.05mol：150
‑
180ml：0.15mol：0.15mol，对甲苯磺酸的用量为异氰尿酸三缩水甘油酯、中间体1和中间体2总质量的3
‑
5％，首先利用异氰尿酸三缩水甘油酯的环氧基与中间体1的氨基发生开环反应，得到含有羟基的产物，再利用羟基与羧基在对甲苯磺酸催化作用下发生酯化反应得到中间体3；
20.步骤s4、向三口烧瓶中加入中间体3和乙腈，控制温度25
±
1℃，搅拌10min后加入甲基丙烯酸羟乙酯和三乙胺，搅拌反应8
‑
12h，反应结束后，冷却至室温，将反应产物转移至去离子水中，抽滤，滤饼于80℃下干燥至恒重，得到反应型阻燃分子；
21.其中中间体3、乙腈、甲基丙烯酸羟乙酯和三乙胺的用量比为0.1mol：400ml：0.3mol：6.8
‑
10.1g，利用中间体3与甲基丙烯酸羟乙酯发生消去氯化氢的反应得到反应型阻燃分子。
22.本发明的有益效果：
23.本发明提供一种交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃b1级电力电缆，其中内护套和外护套均由无卤低烟阻燃聚烯烃材料制成；与现有的阻燃聚烯烃材料相比，其阻燃性能更好，并且易于加工，主要归因于本发明的阻燃剂为有机大分子的反应型阻燃剂，避免了无机阻燃剂和含卤阻燃剂的加入，既克服无机阻燃剂与聚合物基质相容性差的问题，还减少了含卤阻燃剂对人体健康和环境的不良影响，本发明中的反应型阻燃分子中含有不饱和双键、氟甲基、dopo结构、碳氮六元环，集酸源、炭源、气源“三源一体”，有适宜的p、c、n配比，能够更好地发挥阻燃作用，不饱和双键的存在能够与聚烯烃发生接枝聚合反应，提高阻燃剂在聚合物的稳定性和分散性，氟甲基的存在能够提高聚烯烃材料的疏水、耐溶剂和耐候性，因此，本发明制备的电力电缆具有更好的阻燃性能。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明一种交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃b1级电力电缆的结构示意图。
26.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
27.1、铜导体；2、耐火层；3、绝缘层；4、无卤低烟阻燃聚丙烯绳；5、内衬层；6、内护套；7、铠装层；8、外护套。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1
30.本实施例提供一种无卤低烟阻燃聚烯烃材料，制备步骤如下：
31.步骤1、准备以下重量份原料：高密度聚乙烯50份、线性低密度聚乙烯10份、乙烯辛烯共聚物10份、反应型阻燃分子1.5份、蒙脱土2份、3
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1份、硬脂酸锌0.3份、硬脂酸0.3份、抗氧剂1.0份、防老剂1.5份；
32.步骤2、按配方中配比称取各原料，将各原料加入高速混合机中，在转速1100r/min转速下搅拌混合5min，然后在160℃下挤出造粒，得到无卤低烟阻燃聚烯烃材料。
33.其中，抗氧剂为抗氧剂168，防老剂为防老剂rd。
34.其中，反应型阻燃分子由以下步骤制成：
35.步骤s1、向三口烧瓶中加入2.68g铁粉、50ml无水乙醇、10ml去离子水和1.5ml浓盐酸，升温至80℃活化30min，降温至60℃，加入4.5g 2
‑
三氟甲基
‑4‑
硝基氯苄，升温至80℃，搅拌反应6h，反应结束后，过滤去除铁泥，加入质量分数25％的氨水调节滤液ph值为8，静置8h，加入乙酸乙酯萃取，旋蒸去除乙酸乙酯，得到中间体1，其中浓盐酸的质量分数为37％；
36.步骤s2、将0.1mol dopo、0.1mol乙烯基乙酸和50ml苯加入三口烧瓶中，氮气保护下，升温至80℃，搅拌条件下滴加aibn的苯溶液，1h内滴加结束，保温反应24h，反应结束后，过滤，滤液旋蒸去除苯，得到中间体2，aibn的苯溶液由aibn和苯按照0.1g：50ml混合而成；
37.步骤s3、将0.05mol异氰尿酸三缩水甘油酯和150ml甲苯加入三口烧瓶中，搅拌20min后，加入0.15mol中间体1，升温至40℃，搅拌反应2h，反应结束后，冷却至室温，加入对甲苯磺酸和0.15mol中间体2，升温至50℃，搅拌反应6h，反应结束后，加入浓度0.1mol/l的碳酸氢钠溶液洗涤反应产物，分层，有机相蒸馏去除甲苯，得到中间体3，对甲苯磺酸的用量为异氰尿酸三缩水甘油酯、中间体1和中间体2总质量的3％；
38.步骤s4、向三口烧瓶中加入0.1mol中间体3和400ml乙腈，控制温度24℃，搅拌10min后加入0.3mol甲基丙烯酸羟乙酯和6.8g三乙胺，搅拌反应8h，反应结束后，冷却至室温，将反应产物转移至去离子水中，抽滤，滤饼于80℃下干燥至恒重，得到反应型阻燃分子。
39.实施例2
40.本实施例提供一种无卤低烟阻燃聚烯烃材料，制备步骤如下：
41.步骤1、准备以下重量份原料：高密度聚乙烯55份、线性低密度聚乙烯12份、乙烯辛烯共聚物12份、反应型阻燃分子1.7份、蒙脱土2份、3
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1份、硬脂酸锌0.4份、硬脂酸0.3份、抗氧剂1.0份、防老剂1.5份；
42.步骤2、按配方中配比称取各原料，将各原料加入高速混合机中，在转速1200r/min转速下搅拌混合10min，然后在170℃下挤出造粒，得到无卤低烟阻燃聚烯烃材料。
43.其中，抗氧剂为抗氧剂168，防老剂为防老剂rd。
44.其中，反应型阻燃分子由以下步骤制成：
45.步骤s1、向三口烧瓶中加入2.68g铁粉、50ml无水乙醇、10ml去离子水和1.8ml浓盐酸，升温至80℃活化30min，降温至60℃，加入4.7g 2
‑
三氟甲基
‑4‑
硝基氯苄，升温至80℃，搅拌反应7h，反应结束后，过滤去除铁泥，加入质量分数25％的氨水调节滤液ph值为8，静置10h，加入乙酸乙酯萃取，旋蒸去除乙酸乙酯，得到中间体1，其中浓盐酸的质量分数为37％；
46.步骤s2、将0.1mol dopo、0.1mol乙烯基乙酸和50ml苯加入三口烧瓶中，氮气保护下，升温至80℃，搅拌条件下滴加aibn的苯溶液，1h内滴加结束，保温反应24h，反应结束后，过滤，滤液旋蒸去除苯，得到中间体2，aibn的苯溶液由aibn和苯按照0.1g：50ml混合而成；
47.步骤s3、将0.05mol异氰尿酸三缩水甘油酯和170ml甲苯加入三口烧瓶中，搅拌20min后，加入0.15mol中间体1，升温至45℃，搅拌反应3h，反应结束后，冷却至室温，加入对甲苯磺酸和0.15mol中间体2，升温至52℃，搅拌反应7h，反应结束后，加入浓度0.1mol/l的碳酸氢钠溶液洗涤反应产物，分层，有机相蒸馏去除甲苯，得到中间体3，对甲苯磺酸的用量为异氰尿酸三缩水甘油酯、中间体1和中间体2总质量的4％；
48.步骤s4、向三口烧瓶中加入0.1mol中间体3和400ml乙腈，控制温度25℃，搅拌10min后加入0.3mol甲基丙烯酸羟乙酯和7.2g三乙胺，搅拌反应10h，反应结束后，冷却至室温，将反应产物转移至去离子水中，抽滤，滤饼于80℃下干燥至恒重，得到反应型阻燃分子。
49.实施例3
50.本实施例提供一种无卤低烟阻燃聚烯烃材料，制备步骤如下：
51.步骤1、准备以下重量份原料：高密度聚乙烯60份、线性低密度聚乙烯15份、乙烯辛烯共聚物15份、反应型阻燃分子1.8份、蒙脱土2份、3
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1份、硬脂酸锌0.5份、硬脂酸0.3份、抗氧剂1.0份、防老剂1.5份；
52.步骤2、按配方中配比称取各原料，将各原料加入高速混合机中，在转速1500r/min转速下搅拌混合15min，然后在180℃下挤出造粒，得到无卤低烟阻燃聚烯烃材料。
53.其中，抗氧剂为抗氧剂168，防老剂为防老剂rd。
54.其中，反应型阻燃分子由以下步骤制成：
55.步骤s1、向三口烧瓶中加入2.68g铁粉、50ml无水乙醇、10ml去离子水和2.5ml浓盐酸，升温至80℃活化30min，降温至60℃，加入4.8g 2
‑
三氟甲基
‑4‑
硝基氯苄，升温至80℃，搅拌反应8h，反应结束后，过滤去除铁泥，加入质量分数25％的氨水调节滤液ph值为8，静置12h，加入乙酸乙酯萃取，旋蒸去除乙酸乙酯，得到中间体1，其中浓盐酸的质量分数为37％；
56.步骤s2、将0.1mol dopo、0.1mol乙烯基乙酸和50ml苯加入三口烧瓶中，氮气保护下，升温至80℃，搅拌条件下滴加aibn的苯溶液，1h内滴加结束，保温反应24h，反应结束后，
过滤，滤液旋蒸去除苯，得到中间体2，aibn的苯溶液由aibn和苯按照0.1g：50ml混合而成；
57.步骤s3、将0.05mol异氰尿酸三缩水甘油酯和180ml甲苯加入三口烧瓶中，搅拌20min后，加入0.15mol中间体1，升温至50℃，搅拌反应4h，反应结束后，冷却至室温，加入对甲苯磺酸和0.15mol中间体2，升温至55℃，搅拌反应8h，反应结束后，加入浓度0.1mol/l的碳酸氢钠溶液洗涤反应产物，分层，有机相蒸馏去除甲苯，得到中间体3，对甲苯磺酸的用量为异氰尿酸三缩水甘油酯、中间体1和中间体2总质量的5％；
58.步骤s4、向三口烧瓶中加入0.1mol中间体3和400ml乙腈，控制温度26℃，搅拌10min后加入0.3mol甲基丙烯酸羟乙酯和10.1g三乙胺，搅拌反应12h，反应结束后，冷却至室温，将反应产物转移至去离子水中，抽滤，滤饼于80℃下干燥至恒重，得到反应型阻燃分子。
59.对比例1
60.将实施例1中的反应阻燃分子替换成东莞市英翔塑胶原料有限公司出售的阻燃剂，其余原料及制备过程不变。
61.对比例2
62.将实施例2中的反应阻燃分子替换成济南祥丰伟业化工有限公司出售的tcep阻燃剂，其余原料及制备过程不变。
63.请参阅图1所示，本发明为一种交联聚乙烯绝缘无卤低烟阻燃b1级电力电缆，包括铜导体1，铜导体1外表面包覆有耐火层2，耐火层2由双层云母带绕包得到，耐火层2外表面包覆有绝缘层3，绝缘层3由硅烷交联聚乙烯制成，铜导体1、耐火层2和绝缘层3形成缆芯，三根缆芯为一组，一组缆芯的外层包覆有内衬层5，内衬层5和缆芯之间填充有无卤低烟阻燃聚丙烯绳4，内衬层5外表面包覆有内护套6，内护套6外表面设有铠装层7，铠装层7采用镀锌钢带，铠装层7外表面设有外护套8，内护套6和外护套8由无卤低烟阻燃聚烯烃材料制成；
64.分别用实施例1
‑
3和对比例1
‑
2制得样品制成电缆成品，然后参照标准gb31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》进行成品试验和检测，测试结果如表1所示：
65.表1
[0066][0067]
备注：在烟毒刺激性试验中，试验小鼠数量为10只(雌雄各一半)，试验小鼠周龄5
‑
8周。
[0068]
由表1可以看出，采用实施例1
‑
3的制得样品制备的电缆相比于对比例1
‑
2制得样品得到的电缆阻燃性较高，并且产烟量小，安全无毒。
[0069]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0070]
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。