环保型复合功能柔性防火电缆材料及其制备方法与流程

本发明涉及电线电缆领域，具体为一种环保型复合功能柔性防火电缆材料及其制备方法。

背景技术：

1、防火电缆是一种具有阻燃性能的电缆，主要用于提高电缆在火灾发生时的安全性能。防火电缆的材料通常具有良好的耐高温、防燃和低烟性能。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、最早的防火电缆使用阻燃聚氯乙烯(fr-pvc)等材料，其防火性能较差，可能在火灾中产生大量有毒气体和烟雾。随着对烟雾和有毒气体排放的关注增加，低烟无卤材料(lszh)得到广泛应用。这类材料在燃烧时产生的烟雾较少，且不含卤素，提高了电缆在火灾中的安全性能。阻燃聚烯烃和阻燃聚氨酯等材料的使用增加，它们具有更好的阻燃性能，对火焰的蔓延速度有一定的控制。为了提高电缆的耐高温性能，硅橡胶和聚醚醚酮等高温材料也被引入防火电缆的制造中。

3、虽然矿物绝缘电缆在我国已经有了多年的发展历史，而人们对普通耐火电缆有着很深的使用习惯，现在这些有机绝缘防护材料电缆材料的阻燃性能和耐火性能已经基本明确，市面上也出现了一些制作较为成功的产品。但是令人觉得遗憾的是，当火灾发生时，这些有机材料会因为燃烧产生浓烟，大量滚滚浓烟会威胁到人们的身体健康，还会导致电路运行异常。当火灾发生时，一般电缆材料产生的浓烟和释放有毒气体的缺陷非常明显，如pvc聚氯乙烯电缆、交联聚乙烯电缆和硅橡胶电缆等。

4、矿物绝缘电缆性能优良，安全性较高，具有较强的防火能力和防爆能力，当发生火灾时，矿物绝缘电缆不会燃烧，不会扩大火灾危害，即使处于火场之中，也不会释放出任何有害气体造成大量干扰人视线的烟雾。因此这类电缆十分适用于应用在恶劣环境中或者是安全性较高的环境中，尤其适用在一些容易因为火灾造成危害较大的场所中。

5、根据市场需求，学者们又研发出了柔性防火电缆。该种电缆取代了刚性矿物绝缘电缆的位置，成为了市场上的新产品。这类电缆使用铜线作为中间导体，因此性能十分优越，为了防止电缆漏电，还使用云母等材料作为绝缘体，填充矿物化合物后，采用玻璃布袋绕包，最后覆盖无卤低烟级护套。这些防护设施有效保护矿物绝缘电缆不被破坏，让这些电缆具有较强的耐高温性能和防火性能，同时还克服了刚性矿物绝缘电缆的缺陷，比如说容易吸潮或者是安装、施工、维护不方便等缺陷，同时也克服了产量低工艺流程复杂等问题，在电缆应用市场有广泛的发展前景及越来越多的市场需求。

6、然而，柔性电缆材料也存在诸多缺点，其对材料的柔韧性有较高的要求，而柔性较高的材料多阻燃性差或不环保，因此在国家新规范《建筑设计防火规范》gb 50016-2014出台后，柔性防火电缆不符合国家标准规范的要求。

7、为了推进柔性防火电缆材料的研究进程，进一步满足市场需要，解决柔性电缆防火材料不环保、阻燃性差的缺点势在必行。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种环保型复合功能柔性防火电缆材料及其制备方法。

2、一种环保型复合功能柔性防火电缆材料，由以下原料组成：阻燃性聚乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷、润滑剂、防老化剂、增塑剂。

3、优选地，一种环保型复合功能柔性防火电缆材料，按质量分计，由以下原料组成：50-60份阻燃性聚乙烯树脂、4-6份乙烯基三甲氧基硅烷、1-2份防老化剂、2-3份增塑剂。

4、所述防老化剂由苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醚多元醇中的一种或多种混合而成。

5、所述增塑剂由聚碳酸酯类、聚乙烯醇类、聚丙烯酸酯类中的一种或多种混合而成。

6、所述阻燃性聚乙烯树脂的制备方法，包括以下步骤：

7、s1向tris缓冲溶液中加入纳米云母片，超声处理分散均匀，得到纳米云母片悬浊液；

8、s2向步骤s1制得的纳米云母片悬浊液中加入多巴胺，搅拌混合均匀，得到纳米云母片-多巴胺混合溶液；

9、s3将高分子聚乙烯颗粒加入到步骤s2制得的纳米云母片-多巴胺混合溶液中，搅拌、抽滤并干燥，得到纳米云母片附着的高分子聚乙烯颗粒；

10、s4将步骤s3制得的纳米云母片附着的高分子聚乙烯颗粒和交联聚乙烯颗粒混合密炼，得到所述阻燃性聚乙烯树脂。

11、所述超声功率600-1000w、频率40-80khz。

12、所述tris缓冲溶液的浓度为10mmol/l，多巴胺和缓冲介质的摩尔比为(1-3)：1。

13、所述纳米云母片的添加量与tris缓冲溶液的质量体积比为1g：(5-20)l。

14、所述纳米云母片附着的高分子聚乙烯颗粒和交联聚乙烯颗粒的质量比为(10-20)：1。

15、所述纳米云母片的制备方法包括以下步骤：

16、n1将天然云母粉在750-850℃下煅烧1-2h，得煅烧云母粉；

17、n2将步骤n1制得的煅烧云母粉加入浓度为16-20wt％的硝酸水溶液中，在60-80℃下搅拌2-3h，经过滤、洗涤、干燥，得到酸洗云母粉；

18、n3将步骤n2得到的酸洗云母粉与十六烷基三甲基溴化铵加入水中，60-80℃下超声反应4-6h，得到纳米云母片。

19、所述酸洗云母粉、十六烷基三甲基溴化铵、水的质量比为1：(1-2)：(90-100)。

20、本发明还提供了一种环保型复合功能柔性防火电缆材料的制备方法，包括以下步骤：

21、(1)按质量份计，将50-60份阻燃性聚乙烯树脂、4-6份乙烯基三甲氧基硅烷、1-2份防老化剂、2-3份增塑剂混合搅拌，然后置于密炼机中密炼，密炼温度为150-170℃，时间为30-40min，得到密炼物；

22、(2)将密炼物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，得到所述环保型复合功能柔性防火电缆材料。

23、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。

24、本发明采用高分子聚乙烯作为环保型复合功能柔性防火电缆材料的基材，高分子聚乙烯是一种线性结构的聚乙烯，具有高分子量，较高的结晶度，密度较高，相对刚性，环保无毒。但是其缺点也很明显，其低温脆性大，不适用于低温环境，柔韧性和耐高温性能较同类型防火材料也略有不如。因此，为了提高其柔韧性、耐高温性能和低温抗性，本发明首先采用云母片作为添加剂，云母是一类属于硅酸盐矿物的片状矿物，其化学结构相对复杂，属于硅酸盐矿物中的层状结构。云母的层状结构使得其在晶体中具有较好的薄片状特性，这也是云母常被用作绝缘材料、填料的原因。但是直接添加煅烧好的云母粉，得到的阻燃聚乙烯材料，其性能并不理想。本发明认为这是由于高分子聚乙烯和云母粉的相容性较差，云母粉颗粒在高分子聚乙烯中分布不均匀导致的。因此，本发明首先对云母粉进行处理，在高温煅烧得到云母粉后，采用十六烷基三甲基溴化铵插层的方式来提高云母粉层间距，提高其弯曲和滑动性能，并缩小云母粉的粒径，这对得到的阻燃性聚乙烯树脂的韧性、耐低温和耐高温性能都有一定的提升。

25、为了进一步提升云母粉在高分子聚乙烯中的分散性，本发明采用聚多巴胺处理云母粉，多巴胺在碱性条件下聚合形成聚多巴胺，聚多巴胺通过氢键、π-π堆叠和静电作用将二维纳米云母片牢牢地固定在高分子聚乙烯颗粒上，这有利于提高云母粉在高分子聚乙烯中的分散性，并且采用少量的交联聚乙烯作为辅料，交联结构赋予了交联聚乙烯更高的耐热性、机械强度和电绝缘性能，利用聚多巴胺和云母片将高分子聚乙烯和交联聚乙烯结合，进一步提高了得到的阻燃性聚乙烯树脂的韧性、耐低温和耐高温性能。

26、再进一步的，为了增加阻燃性聚乙烯树脂的可塑性和耐高温性能，本发明以乙烯基三甲氧基硅烷作为添加剂，其中的烷基结构能够在高温下和聚乙烯结合，形成si-o-si网状结构，阻止燃烧；此外其还能够能够和聚多巴胺、云母粉形成较好的连接，提高云母粉和聚乙烯的相容性。

27、本发明有益效果

28、本发明通过聚多巴胺和云母粉将高分子聚乙烯和交联聚乙烯相结合，并以乙烯基三甲氧基硅烷作为调节剂，得到了一中具有环保、耐高温、耐低温、韧性强的环保型复合功能柔性防火电缆材料。