本发明涉及电力材料领域，具体涉及一种高性能电力护套管及其制备方法。
背景技术
电力护套管是一种电缆上常用的绝缘保护热缩套管，电力护套管一般需要应用在各种恶劣环境，包括海底，雪地以及盐碱环境等等。由于使用环境恶劣，需要对塑料材质进行增强改性，使之具有较高的环刚度，用以抵抗外界荷载；需要有较强的耐冷耐热能力，并且不易被腐蚀不易变形，使用寿命长等特点。现有技术中的电力护套管往往存在各种性能不能兼备，应用范围不够广泛，技术人员针对不同环境选择电力护套管的类型往往很为难。
中国专利cn103724879b公开了一种电力护套管及其制备方法，其由下述重量份的原料制备而成，钛酸钡粉2，氮化铝粉2，碳化铬粉2，硼砂2，滑石粉2，碳酸钙粉2，硅胶2，十溴二苯乙烷5，硬脂酸8，淀粉醚10，甲壳素15，聚碳酸酯20，羟乙基纤维素30，聚乙烯醇36，聚氯乙烯45；本发明材料具有良好的拉伸机械性能，但是材料的阻燃性不够高，而且聚氯乙烯材料燃烧产生有害烟雾，污染环境。
中国专利cn102391591a公开了一种聚氯乙烯电力护套管及其加工方法，聚氯乙烯电力护套管按重量份数由以下原料组成：聚氯乙烯树脂100份、热稳定剂0.5-5份、耐热改性剂3-10份、刚性改性剂5-20份、润滑剂0.5-5份、加工助剂0.5-5份、填料0-25份、抗冲击改性剂0-8份、颜料0-5份。本发明聚氯乙烯电力护套管通过耐热改性剂与刚性增强、增韧粒子协同增强，提高材料的耐热性能，各组分采用多元复配技术、协同发挥作用，尤其引入刚性改性剂，有效减少了耐热改性剂的加入份数，同时增加体系的刚性、耐热性能、抗冲击强度，但是聚氯乙烯树脂的抗氧化性能差，以老化开裂，影响综合性能。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高性能电力护套管及其制备方法，本发明电力护套管通过原料间的协配作用，具有良好的对的机械力学性能，抗拉抗折性能优异，同时具有良好的阻燃性和耐腐蚀性，制备方法简单，易操作。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种高性能电力护套管，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯50-60份、乙丙橡胶23-30份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物18-23份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯5-12份、轻质碳酸钙7-18份、钛酸钡粉2-5份、改性硅藻土5-12份、纳米氮化铝1-3份、纳米碳化硅7-13份、纳米二氧化钛4-10份、玻璃纤维12-18份、膨胀石墨2-5份、抗氧剂0.7-1.3份和光稳定剂0.5-1.2份。
优选地，包括以下重量份计的原料：聚丙烯52-58份、乙丙橡胶25-28份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20-22份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯7-10份、轻质碳酸钙11-14份、钛酸钡粉3-4份、改性硅藻土7-11份、纳米氮化铝1.5-2.5份、纳米碳化硅9-11份、纳米二氧化钛5-9份、玻璃纤维14-16份、膨胀石墨3-4份、抗氧剂0.9-1.1份和光稳定剂0.7-1份。
优选地，包括以下重量份计的原料：聚丙烯56份、乙丙橡胶26份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物21份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯9份、轻质碳酸钙13份、钛酸钡粉3.5份、改性硅藻土9份、纳米氮化铝2份、纳米碳化硅10份、纳米二氧化钛7份、玻璃纤维15份、膨胀石墨3.5份、抗氧剂1份和光稳定剂0.9份。
优选地，所述改性硅藻土的制备方法为：
(1)将硅藻土放置在400-450摄氏度下的煅烧炉中高温焙烧2-3小时，冷却至室温，加入30-35％的硫酸溶液中，在90-100摄氏度下搅拌反应4-5小时后，用水洗涤，过滤，将其烘干；
(2)将烘干后的硅藻土中加入季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝搅拌混合均匀后，放置球磨机中进行研磨，过300-400目筛，即得。
优选地，所述硅藻土、季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝的用量质量比为100:3-5:1-2:5-8。
优选地，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸脂、β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯中的一种或几种结合。
优选地，所述光稳定剂为羟基二苯甲酮光稳定剂和羟基苯并三唑光稳定剂中的至少一种。
本发明中公开了一种上述高性能电力护套管的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将轻质碳酸钙、钛酸钡粉、改性硅藻土、纳米氮化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛、玻璃纤维加入高速混合机中混合15-20分钟后，将混合料放入干燥机中在85-95摄氏度下，烘干5小时，得混合填料；
(2)将聚丙烯、乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、抗氧剂、光稳定剂和膨胀石墨混合加入高速剪切机中，升温至110-118摄氏度，高速剪切8-15分钟后，加入步骤(1)制得的混合填料，继续剪切18-25分钟；
(3)将步骤(2)制得的产品置入密炼机中混炼后，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料冷却干燥后，即得所述高性能电力护套管。
优选地，所述步骤(3)中混炼温度为122-127摄氏度，混炼时间6-12分钟。
优选地，所述步骤(3)中双螺杆挤出机中的挤出温度为168-175摄氏度，螺杆转速为30-40转/分钟。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明电力护套管通过原料间的协配作用，具有良好的对的机械力学性能，抗拉抗折性能优异，同时具有良好的阻燃性和耐腐蚀性，制备方法简单，易操作。
(2)本发明中添加改性硅藻土，硅藻土具有良好的耐腐蚀性和耐候性，添加到材料中可以增强材料的综合性能，本发明中通过改性处理，可以去除硅藻土中的杂质，显著提高二氧化硅的含量，提高硅藻土的比表面积，提高硅藻土与聚合物间的界面力，同时通过季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝对硅藻土进行改性，提高的硅藻土的表面活性。
(3)本发明中通过纳米氮化铝和膨胀石墨协同作用，提高材料的阻燃性能，同时纳米氮化铝可以填充到材料的空隙中，提高材料的致密性。
(4)本发明通过聚丙烯、乙丙橡胶和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物熔融作为材料的基体，聚丙烯具有良好的耐腐蚀性和硬度，乙丙橡胶可以改善聚丙烯的易脆碎性，提高材料的机械韧性，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物可以提高材料的耐磨性和抗折性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种高性能电力护套管，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯50份、乙丙橡胶23份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物18份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯5份、轻质碳酸钙7份、钛酸钡粉2份、改性硅藻土5份、纳米氮化铝1份、纳米碳化硅7份、纳米二氧化钛4份、玻璃纤维12份、膨胀石墨2份、抗氧剂0.7份和光稳定剂0.5份。
改性硅藻土的制备方法为：
(1)将硅藻土放置在400摄氏度下的煅烧炉中高温焙烧2小时，冷却至室温，加入30％的硫酸溶液中，在90摄氏度下搅拌反应4小时后，用水洗涤，过滤，将其烘干；
(2)将烘干后的硅藻土中加入季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝搅拌混合均匀后，放置球磨机中进行研磨，过300目筛，即得。
硅藻土、季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝的用量质量比为100:3:1:5。
抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸脂。
光稳定剂为羟基二苯甲酮光稳定剂。
本实施例中的高性能电力护套管的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将轻质碳酸钙、钛酸钡粉、改性硅藻土、纳米氮化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛、玻璃纤维加入高速混合机中混合15分钟后，将混合料放入干燥机中在85摄氏度下，烘干5小时，得混合填料；
(2)将聚丙烯、乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、抗氧剂、光稳定剂和膨胀石墨混合加入高速剪切机中，升温至110摄氏度，高速剪切8分钟后，加入步骤(1)制得的混合填料，继续剪切18分钟；
(3)将步骤(2)制得的产品置入密炼机中混炼后，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料冷却干燥后，即得所述高性能电力护套管。
步骤(3)中混炼温度为122摄氏度，混炼时间6分钟。
步骤(3)中双螺杆挤出机中的挤出温度为168摄氏度，螺杆转速为30转/分钟。
实施例2
一种高性能电力护套管，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯60份、乙丙橡胶30份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物23份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯12份、轻质碳酸钙18份、钛酸钡粉5份、改性硅藻土12份、纳米氮化铝3份、纳米碳化硅13份、纳米二氧化钛10份、玻璃纤维18份、膨胀石墨5份、抗氧剂1.3份和光稳定剂1.2份。
改性硅藻土的制备方法为：
(1)将硅藻土放置在450摄氏度下的煅烧炉中高温焙烧3小时，冷却至室温，加入35％的硫酸溶液中，在100摄氏度下搅拌反应5小时后，用水洗涤，过滤，将其烘干；
(2)将烘干后的硅藻土中加入季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝搅拌混合均匀后，放置球磨机中进行研磨，过400目筛，即得。
硅藻土、季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝的用量质量比为100:5:2:8。
抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
光稳定剂为羟基苯并三唑光稳定剂。
本实施例中的高性能电力护套管的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将轻质碳酸钙、钛酸钡粉、改性硅藻土、纳米氮化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛、玻璃纤维加入高速混合机中混合20分钟后，将混合料放入干燥机中在85-95摄氏度下，烘干5小时，得混合填料；
(2)将聚丙烯、乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、抗氧剂、光稳定剂和膨胀石墨混合加入高速剪切机中，升温至118摄氏度，高速剪切15分钟后，加入步骤(1)制得的混合填料，继续剪切25分钟；
(3)将步骤(2)制得的产品置入密炼机中混炼后，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料冷却干燥后，即得所述高性能电力护套管。
步骤(3)中混炼温度为127摄氏度，混炼时间12分钟。
步骤(3)中双螺杆挤出机中的挤出温度为175摄氏度，螺杆转速为40转/分钟。
实施例3
一种高性能电力护套管，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯52份、乙丙橡胶25份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯7份、轻质碳酸钙11份、钛酸钡粉3份、改性硅藻土7份、纳米氮化铝1.5份、纳米碳化硅9份、纳米二氧化钛5份、玻璃纤维14份、膨胀石墨3份、抗氧剂0.9份和光稳定剂0.7份。
改性硅藻土的制备方法为：
(1)将硅藻土放置在420摄氏度下的煅烧炉中高温焙烧2.4小时，冷却至室温，加入31％的硫酸溶液中，在95摄氏度下搅拌反应4.6小时后，用水洗涤，过滤，将其烘干；
(2)将烘干后的硅藻土中加入季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝搅拌混合均匀后，放置球磨机中进行研磨，过360目筛，即得。
硅藻土、季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝的用量质量比为100:4:1.8:7。
抗氧剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯。
光稳定剂为羟基二苯甲酮光稳定剂。
本实施例中的高性能电力护套管的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将轻质碳酸钙、钛酸钡粉、改性硅藻土、纳米氮化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛、玻璃纤维加入高速混合机中混合18分钟后，将混合料放入干燥机中在90摄氏度下，烘干5小时，得混合填料；
(2)将聚丙烯、乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、抗氧剂、光稳定剂和膨胀石墨混合加入高速剪切机中，升温至116摄氏度，高速剪切12分钟后，加入步骤(1)制得的混合填料，继续剪切21分钟；
(3)将步骤(2)制得的产品置入密炼机中混炼后，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料冷却干燥后，即得所述高性能电力护套管。
步骤(3)中混炼温度为126摄氏度，混炼时间11分钟。
步骤(3)中双螺杆挤出机中的挤出温度为172摄氏度，螺杆转速为36转/分钟。
实施例4
一种高性能电力护套管，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯58份、乙丙橡胶28份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物22份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯10份、轻质碳酸钙14份、钛酸钡粉4份、改性硅藻土11份、纳米氮化铝2.5份、纳米碳化硅11份、纳米二氧化钛9份、玻璃纤维16份、膨胀石墨4份、抗氧剂1.1份和光稳定剂1份。
改性硅藻土的制备方法为：
(1)将硅藻土放置在440摄氏度下的煅烧炉中高温焙烧2.8小时，冷却至室温，加入33％的硫酸溶液中，在98摄氏度下搅拌反应4.2小时后，用水洗涤，过滤，将其烘干；
(2)将烘干后的硅藻土中加入季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝搅拌混合均匀后，放置球磨机中进行研磨，过380目筛，即得。
硅藻土、季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝的用量质量比为100:4:1.4:7.5。
抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸脂。
光稳定剂为羟基苯并三唑光稳定剂。
本实施例中的高性能电力护套管的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将轻质碳酸钙、钛酸钡粉、改性硅藻土、纳米氮化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛、玻璃纤维加入高速混合机中混合18分钟后，将混合料放入干燥机中在92摄氏度下，烘干5小时，得混合填料；
(2)将聚丙烯、乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、抗氧剂、光稳定剂和膨胀石墨混合加入高速剪切机中，升温至114摄氏度，高速剪切13分钟后，加入步骤(1)制得的混合填料，继续剪切23分钟；
(3)将步骤(2)制得的产品置入密炼机中混炼后，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料冷却干燥后，即得所述高性能电力护套管。
步骤(3)中混炼温度为126摄氏度，混炼时间10分钟。
步骤(3)中双螺杆挤出机中的挤出温度为172摄氏度，螺杆转速为37转/分钟。
实施例5
一种高性能电力护套管，包括以下重量份计的原料：
聚丙烯56份、乙丙橡胶26份、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物21份、环氧乙酰亚麻油酸甲酯9份、轻质碳酸钙13份、钛酸钡粉3.5份、改性硅藻土9份、纳米氮化铝2份、纳米碳化硅10份、纳米二氧化钛7份、玻璃纤维15份、膨胀石墨3.5份、抗氧剂1份和光稳定剂0.9份。
改性硅藻土的制备方法为：
(1)将硅藻土放置在490摄氏度下的煅烧炉中高温焙烧2.7小时，冷却至室温，加入35％的硫酸溶液中，在95摄氏度下搅拌反应4.8小时后，用水洗涤，过滤，将其烘干；
(2)将烘干后的硅藻土中加入季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝搅拌混合均匀后，放置球磨机中进行研磨，过360目筛，即得。
硅藻土、季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝的用量质量比为100:4:1.6:6.8。
抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸脂。
光稳定剂为羟基苯并三唑光稳定剂。
本实施例中的高性能电力护套管的制备方法，具体地，包括以下步骤：
(1)将轻质碳酸钙、钛酸钡粉、改性硅藻土、纳米氮化铝、纳米碳化硅、纳米二氧化钛、玻璃纤维加入高速混合机中混合18分钟后，将混合料放入干燥机中在92摄氏度下，烘干5小时，得混合填料；
(2)将聚丙烯、乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、环氧乙酰亚麻油酸甲酯、抗氧剂、光稳定剂和膨胀石墨混合加入高速剪切机中，升温至114摄氏度，高速剪切12分钟后，加入步骤(1)制得的混合填料，继续剪切21分钟；
(3)将步骤(2)制得的产品置入密炼机中混炼后，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，粒料冷却干燥后，即得所述高性能电力护套管。
步骤(3)中混炼温度为14摄氏度，混炼时间10分钟。
步骤(3)中双螺杆挤出机中的挤出温度为172摄氏度，螺杆转速为37转/分钟。
对比例1：用普通硅藻土替代改性硅藻土，其余原料与制备方法均与实施例1相同；
对比例2：除苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物不添加外，其余原料与制备方法均与实施例1相同；
将实施例1-5制得高性能电力护套管和对比例1-2制得的电力护套管进行性能测试，结果如表1：
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明电力护套管通过原料间的协配作用，具有良好的对的机械力学性能，抗拉抗折性能优异，同时具有良好的阻燃性和耐腐蚀性，制备方法简单，易操作。
(2)本发明中添加改性硅藻土，硅藻土具有良好的耐腐蚀性和耐候性，添加到材料中可以增强材料的综合性能，本发明中通过改性处理，可以去除硅藻土中的杂质，显著提高二氧化硅的含量，提高硅藻土的比表面积，提高硅藻土与聚合物间的界面力，同时通过季戊四醇三丙烯酸酯、硅烷偶联剂和纳米氢氧化铝对硅藻土进行改性，提高的硅藻土的表面活性。
(3)本发明中通过纳米氮化铝和膨胀石墨协同作用，提高材料的阻燃性能，同时纳米氮化铝可以填充到材料的空隙中，提高材料的致密性。
(4)本发明通过聚丙烯、乙丙橡胶和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物熔融作为材料的基体，聚丙烯具有良好的耐腐蚀性和硬度，乙丙橡胶可以改善聚丙烯的易脆碎性，提高材料的机械韧性，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物可以提高材料的耐磨性和抗折性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。