一种网络工程用耐高温电缆纳米材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电缆材料技术领域，尤其涉及一种网络工程用耐高温电缆纳米材料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 网络工程是指按计划进行的网络综合性工作。本专业培养掌握网络工程的基本理 论与方法以及计算机技术和网络技术等方面的知识，能运用所学知识与技能去分析和解决 相关的实际问题，可在信息产业以及其他国民经济部门从事各类网络系统和计算机通信系 统研宄、教学、设计、开发等工作的高级科技人才。计算机网与通信网(包括有线、无线网络） 的结合是本专业区别于其他高校网络工程专业的显著特色。
[0003] 随着计算机及网络工程的不断发展，人们越来越多的应用多台计算机以及大型计 算机。出于对计算机机房安全的考虑，人们逐步意识到使用耐高温材料制作的电缆。目前， 应用于该领域的电缆一般使用无卤阻燃电缆和硅烷交联电缆。在无卤阻燃电缆、半导体屏 蔽电缆和二步法硅烷交联电缆中使用最多的材料是乙烯-醋酸乙烯共聚物。乙烯-醋酸乙 烯共聚物又称EVA树脂，分子式是C6H1002,分子量为114. 1424。乙烯-醋酸乙烯共聚物由 乙烯和醋酸乙烯共聚而得，聚合方法有3种。①高压本体聚合：使用98MPa以上的压力，用 类似于高压聚乙烯生产方法来生产EVA。②中压悬浮聚合：将水和聚丙烯酸盐等悬浮稳定 剂与V A c制成悬浮液，放入除去氧气的反应釜中，压入乙稀，在自由基引发剂存在下，在 9. 8~29. 4MPa (100~300KGF/cm2)、75~80°C温度下边搅拌边聚合。③溶液聚合法：选 择不产生链转移的叔丁醇、脂肪族烃类和苯做溶剂，以过氧化物、偶氮化合物做引发剂，在 65°C、7. 8MPa的压力下共聚。将乙烯、醋酸乙烯、引发剂及分子量调节剂，按一定配比经压缩 机加入高压管式反应器中，于200~220°C和150~160MPa压力下进行聚合反应，即得含 15%~30%醋酸乙烯的共聚物，它与未反应的气体首先在20~30MPa的高压分离器分离， 未反应的气体经高压循环系统重新参加反应。聚合物从低压分离器中分离出来，经挤出、切 粒、干燥得EVA产品。从低压分离器分离出来的EVA经冷却系统分离出醋酸乙烯后，乙烯烃 低压循环系统重新参加反应。
[0004] 在我国，人们根据其中醋酸乙烯含量的不同，将乙烯与醋酸乙烯共聚物分为EVA 树脂、EVA橡胶和VAE乳液。醋酸乙烯含量小于40%的产品为EVA树脂；醋酸乙烯含量 40% -70%的产品很柔韧；富有弹性特征，人们将这一含量范围的EVA树脂有时称为EVA橡 胶；醋酸乙烯含量在70% -95%范围内通常呈乳液状态，称为VAE乳液。
[0005]乙烯-醋酸乙烯共聚物主要用作各种薄膜、发泡制品、热熔胶和聚合物改性剂 2.主要用于制造热熔胶黏剂。可代替部分PVC和橡胶，还可用于电缆护套、包装和农用薄 膜、医药材料、钙塑材料、层合材料等。EVA树脂具有良好的填料包容性和可交联性，在电线 电缆中使用的EVA树脂，醋酸乙烯含量一般在12%~24%。
[0006] 目前，由酸源、炭源、气源三个基本组分构成的一类阻燃体系即化学膨胀型阻燃剂 体系处于研发应用阶段。化学膨胀型阻燃剂体系技术起源于20世纪30年代出现的膨胀型 防火涂料。Tramm于1938年提出了第一篇关于膨胀型防火涂料的专利Tramm在专利中指 出，在基材表面的这种防火涂料在加热的时候可以形成膨胀的炭层，从而能够有效地保护 基材免受火焰的进一步燃烧。之后Olsen和Bechle在1948年使用了 "膨胀"一词描述聚 合物受热或燃烧时所发生的膨胀或发泡现象。Jones等详细研宄了膨胀限燃体系多种成分 所起的作用，将提供炭的碳化物称之为炭源，而将导致泡珠效应的化合物称之为发泡源。 另外在燃烧时生成酸的称之为酸源。在化学膨胀型阻燃技术应用于聚合物研宄的初期，即 20世纪70年代至80年代间，Camino等为推进这一技术的研宄与发展，围绕化学膨胀型阻 燃体系在聚稀烃中的应用，开展了一系列的基础研宄。其中最为典型的是聚磷酸铵/季戊 四醇（APP/PER)阻燃聚丙稀（PP)为基础的阻燃体系。
[0007] 但是，膨胀型阻燃剂大多数仍处于实验室的研宄阶段，并没有实现工业化生产， 主要原因如下：（1)膨胀型阻燃剂吸湿性强。比如，以APP/MEL/PER为主要成分的膨胀型 阻燃剂，各个组分之间较易发生醇解，使得阻燃的基体抗水性下降。（2)膨胀型阻燃剂与 基体的相容性差，使得基体的绝缘性能和电性能下降，尤其是力学性能如抗冲击强度和拉 伸强度都会大幅度下降。（3)膨胀型阻燃刻的相对分子量都较小，比较容易迀移到聚合物 的表面，也会使材料的热稳定性下降，最终导致基体的物理机械性能和外观性下降。（4) 膨胀型阻燃剂与基体之间的理论配比仍不明确。（5 )膨胀型阻燃剂的添加量仍需较大。
[0008] 随着研宄的深入，人们提出协同阻燃设想。协同阻燃是指由两种或者两种以上的 组分构成的阻燃体系，其阻燃效果优于各组分阻燃效果之和到目前为止，典型的协同阻燃 体系主要包括卤磷协同、卤梯协同、磷氮协同等。纳米材料自20世纪80年代开发问世之 后，引起了世界各国的极大关注，而研宄表明纳米阻燃剂在低添加量下就可以使系统的热 释放速率（HRR)和热释放速率峰值（PHRR)有明显的降低。由于卤系阻燃刻对环境的危害， 膨胀阻燃剂与纳米阻燃剂受到越来越多的关注，而膨胀阻燃与纳米技术的结合，添加MMT、 LDH、CNT、P0SS等，在提高阻燃效率的同时，又能不同程度地改善阻燃聚合物材料的热稳 定性、物理机械性能等。所以，对这两者之间的协同研宄也最为集中。
[0009] 在聚合物纳米复合物材料与膨胀阻燃结合的研宄中，应用最多的是甲基环戊二 烯三羰基锰（即MMT)。这与MMT来源丰富、纳米片层结构较易在聚合物链中插层等有关， 也与层状桂酸盐对膨胀阻燃体系热降解成炭过程中的催化作用有关。数据表明，MMT纳米 复合物体系的加入导致膨胀阻燃PP的HRR普遍下降。研宄指出MMT与IFR之间的协同作 用机理是降解反应产生的酸性点具有强烈的催化作用，有利于膨胀阻燃体系氧化脱氢交 联成炭过程的进行；在燃烧过程中，纳米复合物表面重组形成耐热的硅酸盐炭层，加强了 炭层对氧及挥发产物的阻隔作用。
[0010] 碳纳米管的加入对聚合物的抗热与阻燃性能都能带来正面效果，所以它与膨胀 阻燃剂的结合，能够达到改善聚合物成炭质量、提高阻燃性能，同时改善热稳定性和力学 胃f生fbo
[0011] 尽管纳米/膨胀协同阻燃体系的研宄有了很大的进步，但仍有很多问题虽待解 决：（1)膨胀型阻燃剂与纳米阻燃剂的协同目前仍旧停留在将两者直接共混的阶段，因此 协同效果仍有较大提高空间；（2)膨胀/纳米协同阻燃的机理仍不清楚，如硅酸盐与膨胀 型阻燃及各组分的相互反应、残炭结构的定量表征、硅酸盐对膨胀型阻燃剖及聚合物基体 的催化作用仍然很笼统；（3)膨胀/纳米协同阻燃体系是一个复杂的多相体系，多元组分 共存时对彼此微观结构的影响以及对复合体系最终阻燃性能的关系仍需进一步的研宄。
[0012]由于EVA与无机填料的相容性好，所以，现有技术中EVA的阻燃一般采用填充量较 大且具有一定抑烟作用的无机填料阻燃剂阻燃。氢氧化镁（MH)和氢氧化铝（ATH)是EVA比 较适合的阻燃剂，但是ATH的阻燃效果不及MH。研宄表明，MH对EVA有促进成炭的作用， 而且其填充的EVA残留物热稳定性更高。但锥形量热的数据表明，在高添加量（49%)的情 况下，ATH比MH更有效，但MH能够延长点燃时间，而ATH不行，且在低添加量时点燃时间 甚至缩短。
[0013] 现有技术中，含卤阻燃剂体系对EVA也有较好的阻燃效果，十溴二苯醚与三氧化 二锑并用能够获得较好的阻燃效果，但是由于溴系阻燃剂会产生有毒气体及浓烟的缺点， 其在电线电缆阻燃材料中应用的也不多。
[0014] 鉴于以上现有技术中存在的缺陷，有必要将其进一步改进，使其更具备实用性，才 能符合实际使用情况。
【发明内容】
[0015] 本发明所要解决的技术问题在于，提供了一种网络工程用耐高温电缆纳米材料及 其制备方法。本发明纳米协同改性阻燃EVA的力学性能、阻燃性能、耐热性能都显著提高。
[0016] 本发明是采取以下技术方案来实现的：一种网络工程用耐高温电缆纳米材料及其 制备方法，所述网络工程用耐高温电缆纳米材料的制备原料包括：EVA 90份，自制改性水 滑石3-5份，纳米活性剂8-10份，促进剂3-5份，增塑剂0. 6-1. 2份，防老剂2-4份； 所述网络工程用耐高温电缆纳米材料的制备方法包括：将原料EVA85-95°C下干燥6h 后备用，在SHL-35型双螺杆挤出机中依次加入比例为3phr、6phr、9phr、12phr的LDH 和改性水滑石后挤出造粒，以及防老剂3-4份，促进剂2-4份，增塑剂0. 8-1. 2份，纳米活 性剂6-10份；挤出温度设定依次为180°C、185°C、195°C、195°C、185°C，主机转速为40r/ min，然后将干燥好的粒料在190°C下用平板硫化机压制成型。
[0017] 其中，改性水滑石的制备方法方法（一） 取适量的碳酸根插层镁铝水滑石（LDHs)于三口烧瓶中，并加入适量脱C02的去离子 水后分散于三口烧瓶中形成良好的浆液。