一种具有阻燃抗拉损的高强度电缆料及其制备方法与流程

本发明涉及电缆料加工，具体涉及一种具有阻燃抗拉损的高强度电缆料及其制备方法。

背景技术：

1、随着科技的发展，电缆在许多领域中得到了广泛应用，如电力、通讯、航空航天等。然而，电缆在使用过程中可能会遇到各种问题，如火灾、高温、机械损伤等，这些问题可能会导致电缆的性能下降，甚至引发安全事故。电缆料是一种用于电缆制造的聚合物材料，它在电缆行业中具有广泛的应用，电缆料的拉伸、阻燃等性能会直接的影响到电缆的品质。

2、现有的高强度电缆料通常采用聚乙烯、聚氯乙烯等高分子材料作为基体，为提高电缆料的阻燃和抗拉伸性能，通常的是通过添加各种添加剂和填料，利用阻燃剂添加剂改善材料燃烧的特性，抑制火焰蔓延和燃烧速度，从而降低火灾风险，然而，由于添加剂可能与基础材料不相容，导致相分离或聚集，一方面添加剂在材料中分布不均匀，另一方面，添加剂与材料直接的界面效应可能导致裂纹的起始或扩展，影响材料的韧性，降低材料的整体强度，并且，高浓度的添加剂会占据基础材料中的大部分空间，导致材料中有效的结构减少，从而影响力学性能，电缆料的阻燃与拉伸性能有待进一步提高。

3、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有阻燃抗拉损的高强度电缆料及其制备方法，用于解决现有技术中电缆料的阻燃和拉伸性能有待进一步提高的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种具有阻燃抗拉损的高强度电缆料，包括按照重量份的以下组成：低密度聚乙烯200-220份、改性低密度聚乙烯80-90份、改性聚硅氧烷50-60份、乙烯基三乙氧基硅烷10-12份、复合催化剂6-7份和添加剂5-6份；

4、所述改性低密度聚乙烯由低密度聚乙烯、改性氢氧化铝和预处理引发剂经单螺杆挤出机熔融挤出造粉后，制备得到；

5、所述改性聚硅氧烷由以下步骤加工得到：

6、a1、将1,3-丙二醇,2-甲基-2-(2-丙烯基)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、甲苯和催化剂加入到三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度升高至体系回流，反应过程中通过分水器分去副产物水，保温反应6-8h，后处理得到改性剂；

7、改性剂的合成反应原理为：

8、

9、a2、将聚硅氧烷、改性剂、异丙醇和催化剂加入到三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度升高至体系回流，保温反应6-8h，后处理得到改性聚硅氧烷。

10、改性聚硅氧烷的合成反应原理为：

11、

12、进一步的，步骤a1中1,3-丙二醇,2-甲基-2-(2-丙烯基)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的用量比为1mol:2mol，所述3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、甲苯和催化剂的重量比为1:3:0.1，所述催化剂为浓硫酸，所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度降低至室温，向三口烧瓶中加入纯化水，搅拌20-30min，静置分液，有机相用纯化水洗涤至中性，干燥，将有机相转移到旋转蒸发器中，设置水浴温度为75-85℃，减压蒸除甲苯，得到改性剂；步骤a2中聚硅氧烷、改性剂、异丙醇和催化剂的用量比为10g:1.6g:35ml:0.4g，所述催化剂为氯铂酸，所述后处理操作包括：反应完成之后，保温，减压蒸除溶剂，得到改性聚硅氧烷。

13、进一步的，聚硅氧烷由以下步骤加工得到：

14、b1、将八甲基环四硅氧烷、2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷、纯化水和乳化剂加入到烧杯中混合均匀，得到预乳化液；

15、b2、将纯化水、催化剂加入到三口烧瓶中搅拌，设置搅拌转速为1800-1900r/min，三口烧瓶温度升高至55-65℃，向三口烧瓶中滴加预乳化液，滴加完毕，保温反应3-5h，后处理得到聚硅氧烷。

16、聚硅氧烷的合成反应原理为：

17、

18、进一步的，步骤b1中八甲基环四硅氧烷、2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷、纯化水和乳化剂的重量比为2:1:8:1，所述乳化剂由十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚按重量比1:1组成；步骤b2中纯化水、催化剂和预乳化液的重量比为20:1:50，所述催化剂为十二烷基苯磺酸，所述后处理操作包括：反应完成之后，向三口烧瓶中加入碳酸氢钠，调节体系ph＝7，三口烧瓶温度升高至70-80℃，减压蒸除溶剂，向三口烧瓶中加入无水乙醇搅拌均匀，抽滤，滤液，转移到旋转蒸发器中，设置水浴温度为50-60℃，减压蒸除溶剂，得到聚硅氧烷。

19、进一步的，改性氢氧化铝的制备方法为：将纯化水、无水乙醇、分散剂加入到三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度升高至50-60℃，以6-8ml/min的滴加速率，向三口烧瓶中同时滴加10wt％氯化铝水溶液和10wt％氢氧化钠溶液，滴加完毕，保温反应40-60min，向三口烧瓶中滴加改性液，滴加完毕，三口烧瓶温度升高至75-85℃，保温2-3h，后处理得到改性氢氧化铝。

20、进一步的，所述纯化水、无水乙醇、分散剂、10wt％氯化铝水溶液、10wt％氢氧化钠溶液和改性液的用量比为30ml:70ml:3g:120g:120g:10g，所述分散剂由聚乙烯醇、辛醇聚氧乙烯醚和辛基醋酸酯按重量比2:1:1组成，所述改性液由烯丙基三甲氧基硅烷和无水乙醇按重量比1:3组成；所述后处理操作包括：反应完成之后，三口烧瓶温度降低至室温，抽滤，滤饼依次用纯化水和无水乙醇洗涤后抽干，将滤饼转移到温度为65-75℃的真空干燥箱中，干燥至恒重，得到改性氢氧化铝。

21、进一步的，预处理引发剂的制备方法为：将无水乙醇加入到烧杯中搅拌，烧杯温度升高至40-45℃，向烧杯中持续加入过氧化二异丙苯，直至烧杯中有过量过氧化二异丙苯不溶解，抽滤，滤液转移到另一个烧杯中，烧杯温度降低至3-8℃，有晶体析出，保温搅拌30-50min，抽滤，滤饼转移到温度为45-50℃的干燥箱中，真空干燥至恒重，得到预处理引发剂。

22、进一步的，所述低密度聚乙烯、改性氢氧化铝、预处理引发剂的重量比为100-110:25-30:1-1.3；所述复合催化剂由氧化锌和油酸按重量比1:1组成，所述添加剂由分散剂、增塑剂、抗氧化剂按重量比2:3:1组成，所述分散剂为硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌中的一种或多种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、对苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯中的一种或多种，所述抗氧化剂为抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的一种或多种。

23、一种具有阻燃抗拉损的高强度电缆料的制备方法，包括以下步骤：

24、s1、将低密度聚乙烯、改性氢氧化铝、预处理引发剂加入到单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机从进料端向出料端的6个温度区段的温度依次为150℃、155℃、155℃、155℃、155℃、160℃，熔融挤出后自然降温至室温，固化成型，将其转移到粉碎机中，粉碎，过60目筛网，得到改性低密度聚乙烯；

25、s2、将低密度聚乙烯、改性低密度聚乙烯、改性聚硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、复合催化剂和添加剂加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机从进料端向出料端的6个温度区段的温度依次为210℃、220℃、220℃、220℃、225℃、230℃，熔融挤出后经过切粒机，以120r/min转速切粒后，水冷降温成型后沥干，将其转移到温度为70-80℃的干燥箱中，真空干燥至恒重，得到高强度电缆料。

26、本发明具备下述有益效果：

27、1、本发明的电缆料，通过以三氯化铝和氢氧化钠为原料，在含有分散剂的水溶液中反应，制备得到纳米结构的氢氧化铝微粒，并通过烯丙基三甲氧基硅烷对氢氧化铝微粒进行改性，形成表面具有烯烃修饰的改性氢氧化铝，改性氢氧化铝和低密度聚乙烯在引发剂和高温的作用下，改性氢氧化铝表面修饰的烯烃双键与低密度聚乙烯发生取代加成反应，促进氢氧化铝与低密度聚乙烯之间的相容性，并通过改性低密度聚乙烯、改性聚硅氧烷和乙烯基三乙氧基硅烷在复合催化剂的作用下对低密度聚乙烯进行改性，提高了电缆料的交联度，从而提高拉伸性能，改性氢氧化铝与改性聚硅氧烷在电缆料中起到协同增效的效果，提高了电缆料的阻燃性能。

28、2、本发明通过聚乙烯醇、辛醇聚氧乙烯醚和辛基醋酸酯进行重量配比组成分散剂，在改性氢氧化铝制备时，聚乙烯醇含有较多的醇基具有极性，可与水形成氢键，能够粘附在氢氧化铝晶体的表面，增加氢氧化铝颗粒的亲水性，使其更易于分散在水相中，从而提高纳米氢氧化铝的分散性和稳定性，辛醇聚氧乙烯醚和辛基醋酸酯具有较强的表面活性，能够在纳米氢氧化铝颗粒表面形成一层稳定的界面膜，有效阻止纳米颗粒之间的相互聚集和沉淀，保持纳米氢氧化铝分散状态，从而制备出纳米级氢氧化铝，并通过优化三氯化铝与氢氧化钠的用量比例，使得整体反应呈碱性，有利于氢氧化铝沉淀析出的同时，促进烯丙基三甲氧基硅烷水解，从而对氢氧化铝进行改性，提高氢氧化铝在低密度聚乙烯中的分散性和反应活性；本发明的聚硅氧烷通过以八甲基环四硅氧烷、2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷为原料，在催化剂的作用下进行开环和自组装反应，制备得到长直链结构的聚硅氧烷，1,3-丙二醇,2-甲基-2-(2-丙烯基)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸通过酯化反应，制备得到含有2,6-二叔丁基苯酚和烯烃的改性剂；在电缆料阻燃过程中，氢氧化铝可以捕获燃烧过程中的自由基，而2,6-二叔丁基苯酚则可以抑制自由基的产生和传递，从而有效控制火焰的传播，氢氧化铝与聚硅氧烷具有较好的热稳定性，2,6-二叔丁基苯酚则可以抑制材料的氧化降解，提高材料的热稳定性，氢氧化铝与2,6-二叔丁基苯酚在阻燃过程中可减少有毒气体的产生，降低材料燃烧时的毒性，减少烟雾产生，提高电缆料的热稳定性能与阻燃性能。

29、3、本发明的电缆料在制备过程中，通过在乙醇对过氧化二异丙苯进行重结晶，去除过氧化二异丙苯中的杂质和不稳定成分，提高其纯度和热稳定性，改善过氧化二异丙苯的分散性，增加过氧化二异丙苯与低密度聚乙烯和改性氢氧化铝的接触面积，提高其反应活性，增加材料之间的相互作用，提高反应速率，控制改性低密度聚乙烯的熔融挤出温度，防止过氧化二异丙苯失活，在后续制备高强度电缆料时，起到催化剂促进作用，提高电缆料的交联度；在电缆料中加入乙烯基三乙氧基硅烷与复合催化剂，乙烯基三乙氧基硅烷上的双键能够在预处理引发剂的作用下与低密度聚乙烯发生取代加成，复合催化剂中的氧化锌与油酸在高温作用下反应生成水和油酸锌，油酸锌能够起到润滑作用，促进各组分均匀分散，在高温和水汽作用下，能够促进乙烯基三乙氧基硅烷上的硅氧烷键水解断开，与电缆料的组成成分的活性基团发生交联，提高电缆料的交联度，进而提高电缆料的拉伸性能。