本发明涉及电缆材料，具体为一种耐高温防火电缆材料的制备方法及其应用。
背景技术：
1、防火电缆材料是一种具有防火性能的电线电缆材料，能够在火灾发生时抑制火势扩大，保证人员安全和设备运行。其主要分为矿物绝缘材料和聚合物阻燃材料两种。矿物绝缘材料是指使用天然矿物或人工合成的矿物材料作为电缆绝缘材料，具有很好的防火性能。聚合物阻燃材料是指在聚合物材料中添加阻燃剂，使其具有一定的防火性能。
2、防火电缆材料具有良好的阻燃性能和抗热性能，能够在高温和火灾情况下保持一定的电性能和机械强度。同时，防火电缆材料还具有良好的耐候性和耐化学性能。
3、防火电缆材料的制备方法主要包括混合法、共混法和涂布法等。其中，混合法是将矿物填料或阻燃剂与聚合物基体混合后制备成材料；共混法是将矿物填料或阻燃剂与聚合物基体共同制备成材料；涂布法是将阻燃涂料涂布在电缆表面形成保护层。
4、防火电缆材料广泛应用于建筑、地铁、船舶、石油化工等领域。在建筑领域，防火电缆材料可以保证建筑物内电力系统在火灾情况下的安全运行；在地铁领域，防火电缆材料可以防止地铁隧道内的火灾蔓延；在船舶领域，防火电缆材料可以保证船舶电力系统在火灾情况下的正常运行；在石油化工领域，防火电缆材料可以保证化工设备在火灾情况下的正常运行，并保证工人和设备的安全。
5、随着社会的不断发展和人们对生命安全和财产安全的重视，防火电缆材料的应用前景广阔。未来，防火电缆材料的发展趋势主要包括以下几个方面：
6、(1)材料性能的不断提高，如防火性能、机械强度、耐候性、耐化学性能等；
7、(2)制备技术的不断创新，如新型混合、共混和涂布技术等；
8、(3)材料的可持续性和环保性的提高，如采用可回收利用的材料和绿色阻燃剂等；
9、(4)多功能化和智能化的发展，如开发可感知火灾的防火电缆材料，实现防火与监测、报警、控制等多功能一体化的应用。
10、总之，防火电缆材料是一种重要的电线电缆材料，在保障人员安全和设备正常运行方面发挥着不可替代的作用。随着技术的不断创新和应用领域的不断拓展，防火电缆材料的应用前景将更加广阔。
11、传统的防火电缆材料主要采用矿物绝缘材料和聚合物阻燃材料，但这些材料可能存在成本高、加工难、环保问题等方面的问题。因此，近年来出现了一些新型的防火电缆材料，如氮化硅纳米复合材料、碳纳米管复合材料、热膨胀材料等，这些材料具有良好的防火性能和工程性能，有望成为防火电缆材料的重要发展方向。
12、一种新型的阻燃技术是使用纳米复合材料。这些材料由阻燃剂和基础材料(如聚氯乙烯、聚乙烯等)以及纳米材料(如氧化钇、氧化铈等)组成。纳米复合材料的制备过程中，阻燃剂会被分散在基础材料中，纳米材料的加入可以增强材料的阻燃性能和力学性能。但是，其存在纳米颗粒容易团聚、制备工艺复杂、生产难度大等缺陷。
13、另外一种新型的阻燃技术是利用无机层状材料。无机层状材料是由多个层状结构单元组成的，这些单元之间可以通过物理和化学作用相互交错和固定。将这些无机层状材料与基础材料结合制成的防火电缆材料，可以有效地提高其阻燃性能和力学性能。但是其存在脆性大、易开裂、难加工、成本相对较高的问题。
14、cn 114213773 a一种绿色阻燃耐高温耐油特种柔性电缆材料及其生产方法，包括以下原料：交联聚乙烯、聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷、聚氨酯树脂、苯胺甲醛树脂、纳米碳酸钙、锡酸锌、高岭土、阻燃剂、硫化剂、润滑剂、防老化剂、增塑剂和稳定剂。其阻燃性能和力学性能提高的并不明显。
15、因此，需要开发新的耐高温防火电缆材料，来进一步提高其耐高温阻燃性能，同时提升其力学性能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种耐高温防火电缆材料，按质量份计，包括以下组分：交联聚乙烯40-60份、乙烯基三甲氧基硅烷4-6份、硅橡胶40-60份、二苯基二甲氧基硅烷插层的cu-fe-si层状双金属氢氧化物5-15份、低熔点玻璃粉5-6份、硫化剂3-5份、润滑剂1-3份、防老化剂2-3份、增塑剂2-6份、紫外吸收剂3-5份。
2、优选地，所述硫化剂由过氧化二异丙苯、二硫化碳、苯硫酚、二苯基二硫化碳中的一种或多种混合而成。
3、优选地，所述润滑剂由硬脂酸、硬脂酸镁、聚乙烯蜡和石蜡中的一种或多种混合而成。
4、优选地，所述防老化剂由钛酸钙、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醚多元醇中的一种或多种混合而成；进一步优选的，所述防老化剂由钛酸钙、聚醚多元醇按质量比(3-4)：1混合而成。
5、优选地，所述增塑剂由聚碳酸酯类、聚乙烯醇类、聚丙烯酸酯类、磷酸酯类的任意一种。
6、优选地，所述紫外吸收剂由uv-326、uv-327、uv-328、uv-329、uv-531中的一种或多种混合而成。
7、所述二苯基二甲氧基硅烷插层的cu-fe-si层状双金属氢氧化物的制备方法，包括以下步骤：
8、s1按质量份计，将3-4份硝酸铜、4-6份硝酸铁加入到30-40份水中，以100-200r/min搅拌5-10min，得到金属盐溶液；
9、s2按质量份计，将0.6-1份四氯化硅加入到30-40份水中，以100-200r/min搅拌5-10min，得到硅酸溶液；
10、s3按质量份计，将步骤s1制得的金属盐溶液和步骤s2制得的硅酸溶液混合，以100-200r/min搅拌5-10min，然后向其中加入1-2份稀盐酸和0.5-1份尿素，继续搅拌1-2h，接着，用氢氧化钠水溶液调节溶液ph至10-11，置于70-90℃下静置老化6-8h，经离心取沉淀、洗涤干燥，得到cu-fe-si层状双金属氢氧化物；
11、s4按质量份计，将步骤s3制得的cu-fe-si层状双金属氢氧化物加入到50-60份无水乙醇中，在氮气氛围中以100-200r/min搅拌10-20h，经3000-6000r/min转速离心6-10min，取上清液，得到胶体溶液；
12、s5按质量份计，将0.5-2份二苯基二甲氧基硅烷加入步骤s4制备得到的胶体溶液中，然后在90-110℃下反应8-12h，冷却至室温，经10000-12000r/min转速离心6-10min，离心取沉淀、洗涤干燥，得到二苯基二甲氧基硅烷插层的cu-fe-si层状双金属氢氧化物。
13、步骤s3所述稀盐酸的浓度为8-12wt％。
14、步骤s3所述氢氧化钠水溶液的浓度为6-10wt％。
15、本发明还提供一种耐高温防火电缆材料的制备方法。
16、一种耐高温防火电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
17、s1按质量份计，将交联聚乙烯40-60份、乙烯基三甲氧基硅烷4-6份、硅橡胶40-60份、二苯基二甲氧基硅烷插层的cu-fe-si层状双金属氢氧化物5-15份、低熔点玻璃粉5-6份、硫化剂3-5份、润滑剂1-3份、防老化剂2-3份、增塑剂2-6份、紫外吸收剂3-5份混合，以100-200r/min搅拌30-60min，得到混合物a；
18、s2将混合物a置于密炼机中密炼，密炼温度为150-170℃，时间为30-40min，得到混合物b；
19、s3将混合物b加入到双螺杆挤出机中挤出，再经过拉条、风冷、切粒和干燥工序后制得电缆材料。
20、所述螺旋杆挤出机的加热温度为：一区温度120-125℃，二区温度130-135℃，三区温度140-145℃，四区温度150-155℃，停留时间1-2min，压力10-15mpa。
21、电缆材料的耐高温防火性能一直是研究的重点，传统的防火电缆材料主要采用矿物绝缘材料和聚合物阻燃材料，但这些材料可能存在成本高、加工难、环保问题等方面的问题。而新型阻燃剂存在分散不均匀、和塑胶相容性差、力学性能不佳等问题。为了进一步提高电缆材料的阻燃性能，同时保留其较好的力学性能，本发明提供了一种耐高温防火电缆材料。
22、本发明以交联聚乙烯、乙烯基三甲氧基硅烷、硅橡胶为塑胶的基材，在高温作用下，乙烯基三甲氧基硅烷能够和交联聚乙烯、硅橡胶发生交联反应，形成si-o键，其具有较高的键能，使得生成的塑胶具有较高的热稳定性。此外，由于硅橡胶受热易老化，使得塑胶的硬度和拉伸性能下降，而交联聚乙烯的加入能够明显改善这一现象，保持得到的塑胶具有较好的力学性能。
23、进一步的，本发明制备了一种cu-fe-si层状双金属氢氧化物，其采用硝酸铜、硝酸铁、硅酸共同老化的方式，将si原子插入cu-fe层中，使得得到的双金属氢氧化物表面含有大量的si-oh基团，其在高温下能够发生热分解反应，吸收大量的热，同时和交联聚乙烯、乙烯基三甲氧基硅烷、硅橡胶缩聚，形成更稳定的连接，从而有效的阻止基材进一步烧蚀。其不仅具有传统的层状双金属氢氧化物的阻燃功效，更有效形成稳定的绝缘网状结构，有效的阻止了塑胶的进一步燃烧。
24、再进一步的，为了提升cu-fe-si层状双金属氢氧化物的分散性，以及其和塑胶的相容性，本发明进一步采用二苯基二甲氧基硅烷对其进行插层，使得其片层更薄，分散性更好，二苯基二甲氧基硅烷还能够和层上的si-oh基团、交联聚乙烯、乙烯基三甲氧基硅烷、硅橡胶缩聚，形成更稳定的连接，从而在950℃下煅烧180min依旧形成稳定的绝缘网，不会出现大的孔洞。从而得到了一款力学性能优异、防火性能好的电缆材料。
25、本发明有益效果
26、本发明以交联聚乙烯、乙烯基三甲氧基硅烷、硅橡胶为塑胶的基材，以二苯基二甲氧基硅烷插层的cu-fe-si层状双金属氢氧化物为插层填料，制得了一款力学性能优异、防火性能好的电缆材料。其在950℃下煅烧180min依旧形成稳定的绝缘网，不会出现大的孔洞。