一种具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料及其制备方法和应用

本发明属于电线电缆的，尤其涉及一种具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着现代化城市的发展，电已经成了每家每户必不可少缺少的资源。而电线电缆行业更是国民经济的重要基础，它的产品质量直接关系到经济社会发展和人民群众切身利益。我国不断推进核电、水电、火电及特高压输电“走出去”，带动相关装备、技术与服务贸易“走出去”。加大交通网络、轨道交通、物流枢纽、冷链物流、港口输运等领域的基础建设。加大了输电、变电需求的不断扩大、建设高压、甚至超高压电缆的输电线路的需求不断扩大。

2、电线电缆绝大多数采用埋地敷设，为了确保埋地电缆的运行安全，一般对环境和电缆本身质量要求比较苛刻。但是，电缆埋于地下易受到白蚁老鼠的啃食。白蚁啃食电缆造成的电路故障超过总故障的一半以上。工业上使用埋地高压电缆被白蚁啃食造成短路停电停产、爆炸等事故时有发生。因此，研究一款具有高硬度、防啃食、高绝缘性的电缆至关重要。目前已经存在的白蚁的防治方法有生态防治法、生物防治法、物理机械防治法和化学防治法等多种方法。但这些方法会对土壤进行污染、难度较高、效果较差、价格昂贵，生产工艺比较困难等，远不如提高电缆本身对老鼠和白蚁防护性能效果直接。近年来，国内外防鼠防蚁电缆技术已经取得长足的进步，但具有优异电性能、机械性能，而且具有无毒、环保、防鼠防蚁的电缆还比较少。

技术实现思路

1、针对电缆本身对老鼠和白蚁防护性能差的技术问题，本发明提出一种具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料及其制备方法和应用，通过玄武岩(bs)改性微粒和碳纳米管(cnts)改性微粒协同作用增强高密度聚乙烯(hdpe)电缆材料的硬度，以达到绿色环保法耐鼠蚁啃食的目的。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料，制备方法包括以下步骤：

4、(1)bs微粒的改性：首先将bs颗粒放入到25-50wt％乙醇溶液中浸泡24h-48h，去除bs表面的杂质。其次，将硅烷偶联剂与乙醇水溶液搅拌混合均匀获得改性溶液；随后，将bs微粒浸泡于改性溶液中分别进行搅拌处理1-5h、超声处理1-5h及加热处理1-5h，所述加热处理温度为100-150℃；最后，经过丙酮和去离子水的交替洗涤、抽滤和烘干获得bs改性微粒。

5、(2)cnts的改性：首先，cnts纯化处理：将一定量的cnts放入电阻加热马弗炉中，在200-400℃下加热1h-5h，去除表表面的无定型炭、一些残留的金属催化剂和杂质，将纯化处理完的cnts放于室温下进行冷却备用。其次，cnts的羟基化处理：将一定量的feso4和去离子水配成混合溶液，并加入一定量的h2o2配置成芬顿试剂，并用稀硫酸调节溶液的ph＝3，然后加入一定量的cnts，进行超声处理，持续在室温下静置反应，抽滤，洗涤至中性，烘干备用，得到羟基化cnts。最后，将羟基化cnts放入硅烷偶联剂与乙醇的混合改性溶液分别进行搅拌处理1-5h、超声处理1-5h及加热处理1-5h；所述加热处理温度为100-150℃；经过丙酮和去离子水的交替洗涤、抽滤和烘干获得改性的cnts。

6、(3)复合母粒的制备：将步骤(1)获得的bs改性微粒和步骤(2)获得cnts改性微粒与hdpe颗粒通过混料设备搅拌混合获得预混料，再将预混料通过逆向双螺杆挤出机进行熔融混合挤出，冷却、剪切造粒，干燥后获得复合母粒材料；

7、所述步骤(1)和步骤(2)中，硅烷偶联剂为kh540、kh550、kh570、kh580及kh792中的一种或多种。优选的，硅烷偶联剂kh550、kh560、kh570、kh580中的一种或多种；更优选为，硅烷偶联剂为kh550。

8、所述步骤(1)和步骤(2)中，所述改性溶液中硅烷偶联剂的浓度为0.5-2wt％。

9、所述步骤(1)中，所述bs微粒的粒径为30-50μm，所述步骤(2)中，所述cnts的管径5-15nm,管长20-50μm。

10、所述步骤(3)中，所述预混料中玄武岩改性微粒的占比为1-25wt％，碳纳米管改性微粒的占比为0.1wt％-5wt％，余量为高密度聚乙烯；优选的，所述预混料中bs改性微粒的质量比为15wt％。

11、复合母粒材料的具体制备方法为：将预混料放入双螺杆挤出造粒机的进料斗，从料斗到模口的温度设置为160℃、175℃、185℃、190℃、180℃，螺杆转速为80-150rpm，料斗进料速度为30-50rpm,挤出压力为20-40bar。在上述条件下采用逆向双螺杆挤出造粒机对复合料进行熔融混合、挤出、冷却、切粒机造粒，在60℃下干燥48h，取出冷却备用。

12、再次，本发明还提供上述一种具有较高硬度耐啃食的电力电缆材的制备方法制备的电缆材料的应用，将所述电缆材料应用于铺设于地下防鼠防蚁的电线电缆。

13、制备步骤包括：将复合母粒通过注塑机成型，获得用于测试的电缆材料样条。具体为将复合母粒放入同向双螺杆注塑机料斗，从料斗到模口的温度设置为150℃、165℃、175℃、185℃、175℃，螺杆转速为80-150rpm。在上述条件下采用双螺杆注塑机对复合母粒进行熔融成型，制备获得拉伸样条、弯曲样条、冲击样条和硬度样条等。

14、本发明的有益效果：本发明的制备方法操作简单易行，较低成本，绿色环保；制备的电缆材料具有硬度高、耐蚁酸腐蚀、耐摩擦、环保无污染以及能够批量生产等优点；而且将制备的线缆材料用于铺设地下时，不仅具有较高硬度耐鼠蚁啃咬、良好的耐腐蚀性能，而且具有良好的柔韧性能和耐摩擦磨损性能，在电缆使用过程中易实现弯曲铺设和安全耐磨损铺设。

技术特征：

1.一种具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中玄武岩改性微粒的制备方法为：将玄武岩微粒浸泡于硅烷偶联剂改性溶液中，分别进行搅拌处理1-5h、超声处理1-5h及100-150℃加热处理1-5h，制得玄武岩改性微粒。

3.根据权利要求2所述的具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中羟基化碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管加入到包括feso4和h2o2的成芬顿试剂中，并调节溶液的ph，进行超声处理，制得羟基化碳纳米管。

4.根据权利要求3所述的具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管改性微粒的制备方法为：将羟基化碳纳米管浸泡于硅烷偶联剂改性溶液中，分别进行搅拌处理1-5h、超声处理1-5h及100-150℃加热处理1-5h，制得碳纳米管改性微粒。

5.根据权利要求4所述的具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为kh540、kh550、kh570、kh580及kh792中的一种或两种以上。

6.根据权利要求5所述的具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性溶液中硅烷偶联剂的浓度为0.5-2wt％，溶剂为乙醇浓度25-50wt％的乙醇水溶液。

7.根据权利要求1-6任一项所述的具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料的制备方法，其特征在于，所述玄武岩微粒的粒径为30-50μm；所述碳纳米管的管径5-15nm，管长20-50μm。

8.根据权利要求1所述的具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料的制备方法，其特征在于，所述预混料中玄武岩改性微粒的占比为1-25wt％，碳纳米管改性微粒的占比为0.1wt％-5wt％，余量为高密度聚乙烯。

9.权利要求1-8任一项所述方法制备的电力电缆材料。

10.权利要求9所述电力电缆材料的应用，其特征在于，将电力电缆材料的复合母粒经注塑成型制得电线电缆。

技术总结
本发明提出了一种具有较高硬度、耐鼠蚁啃食的电力电缆材料及其制备方法和应用，属于电线电缆的技术领域，用以解决电缆本身对老鼠和白蚁防护性能差的技术问题。电力电缆材料制备方法包括以下步骤：将玄武岩改性微粒、碳纳米管改性微粒和高密度聚乙烯搅拌混合获得预混料，再将预混料熔融混合挤出，冷却、剪切造粒，干燥后获得电力电缆材料的复合母粒。本发明制备的电缆材料具有硬度高、耐蚁酸腐蚀、耐摩擦、环保无污染以及能够批量生产等优点；而且将制备的线缆材料用于铺设地下时，不仅具有较高硬度耐鼠蚁啃咬、良好的耐腐蚀性能，而且具有良好的柔韧性能和耐摩擦磨损性能，在电缆使用过程中易实现弯曲铺设和安全耐磨损铺设。

技术研发人员：崔志香,闫锦锦,司军辉,王乾廷
受保护的技术使用者：福建理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16