一种高强度高韧性的电缆保护材料及其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电缆技术领域，具体是一种高强度高韧性的电缆保护材料及其制 备方法及应用。
【背景技术】
[0002] 电线电缆保护管安装在电力线或通讯电缆表面，防止电力线发生断线造成短路事 故，以保护电缆、以至整机不被破坏，对电力线磁场干扰也起到一定的隔离作用。我国的埋 地式电线电缆保护管大都为氯化聚氯乙烯管，主要原料为氯化聚氯乙烯，使用含铅镉稳定 剂，再加入其他必要的添加剂，经挤出加工而成。但这种电线电缆保护管大多为直管状，没 有柔性，其安装铺设地下时不方便，埋地后电线电缆的变动和维修也不方便。并且，主要原 料为氯化聚氯乙烯树脂，管材加工难度大，管材的抗冲击强度低。
[0003] 为了降低管材加工难度和提高抗冲击强度，就必须加入相当量的丙烯酸酯加工改 性剂和抗冲击改性剂，但这两类改性剂价位高，这增加了管材的原料成本，同时含铅镉稳定 剂，这与我国对无毒PVC-U管材的宗旨是相违背的。因此，急需提供一种无毒、成形容易、耐 冲击性能好、抗压强度高、阻燃性好，各种性能均优良的电线电缆保护管材料。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种阻燃性好、制备简单、低成本的高强度高韧性的电缆 保护材料及其制备方法及应用。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种高强度高韧性的电缆保护材料，按照重量份计，由以下原料制成:紫薇木12~ 16份、改性艾草纤维25~28份、聚苯醚树脂55~65份、双环戊二稀6~8份、碳化娃微粉2.5~ 3.0份、磷酸三苯酯3~5份、过氧化苯甲酰0.7~0.9份、防老剂DNP 0.5~0.8份、3-氨丙基三 甲氧基硅烷5.5~6.0份、紫外线吸收剂UV-9 0.8~1.0份、硫化促进剂CZ 1.2~1.4份;其 中，碳化娃微粉的粒径为〇. 5~0.8μηι。
[0007] 作为本发明进一步的方案：按照重量份计，由以下原料制成：紫薇木13~15份、改 性艾草纤维26~28份、聚苯醚树脂58~62份、双环戊二烯6~7份、碳化硅微粉2.5~2.8份、 磷酸三苯酯3.5~5份、过氧化苯甲酰0.7~0.8份、防老剂DNP 0.6~0.7份、3-氨丙基三甲氧 基硅烷5.6~5.8份、紫外线吸收剂UV-9 0.88~0.94份、硫化促进剂CZ 1.25~1.35份。
[0008] 作为本发明进一步的方案:按照重量份计，由以下原料制成：紫薇木14份、改性艾 草纤维27份、聚苯醚树脂60份、双环戊二烯6.8份、碳化硅微粉2.6份、磷酸三苯酯4.2份、过 氧化苯甲酰0.76份、防老剂DNP 0.65份、3-氨丙基三甲氧基硅烷5.7份、紫外线吸收剂UV-9 0.92份、硫化促进剂CZ 1.3份。
[0009] 作为本发明进一步的方案:所述的改性艾草纤维的制备，包括以下步骤：
[0010] 1)艾草粗纤维的制备：将艾草放于沸水中煮练30~50min，冷却至25°C后取出；对 煮练后的艾草进行碾压、撕扯和梳理，使其加工成丝状物，即为艾草粗纤维；
[0011] 2)艾草纤维的制备：以水做媒介，在超声波功率为500~700W、温度为42~48°C的 条件下，对步骤1)制得的艾草粗纤维进行预脱胶处理30~45min，并且在预脱胶处理至15~ 20min时，加入氢氧化钠，使溶液的碱浓度达到13~14.5g/L，当预脱胶处理完毕后，冷却至 25°C;用42~48°C的水洗涤艾草粗纤维至中性;将水洗后的艾草粗纤维放入含有氢氧化钠 10~12g/L、双氧水5~7g/L的混合溶剂中，同时添加相对于艾草粗纤维质量的3~3.5%次 磷酸钠、2.5~3 %硫酸钙和2~2.5 %亚硫酸钠到混合溶剂中，接着以1.2~1.5°C/min的升 温速度，由室温升温至95~98°C，保温煮练1.2~1.5h，并且在升温至58~70°C时，再次加入 氢氧化钠，使溶液的碱总浓度达到10~10.5g/L;用0.5~1.5g/L的硫酸溶液中和残留在艾 草粗纤维上的碱液;再次用42~48°C的水洗涤至中性，得到艾草纤维；
[0012] 3)改性艾草纤维的制备:将步骤2)制得的艾草纤维浸入质量浓度为2~5%的柠檬 酸溶液中，浸泡50~60min后，捞出，用碳酸氢钠水溶液洗涤一次，再用清水冲洗，烘干得到 改性艾草纤维。
[0013] 所述的高强度高韧性的电缆保护材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014] (1)紫薇木的预处理:将紫薇木粗粉碎至长度为15~20mm、宽度为2~3mm的紫薇木 段后，置于55~62°C的烘箱中烘烤至含水率< 8%，接着将其粉碎为粒径200~250目的紫薇 木粉，备用；
[0015] (2)按上述重量份称取步骤(1)预处理得到的紫薇木粉以及改性艾草纤维、聚苯醚 树脂、双环戊二烯、碳化硅微粉、磷酸三苯酯、过氧化苯甲酰、防老剂DNP、3_氨丙基三甲氧基 硅烷、紫外线吸收剂UV-9、硫化促进剂CZ混合，以200~350r/min的速度搅拌20~30min至混 合均匀，接着在152~158°C下混炼25~30min，最后在175~178°C下塑炼6~8min，出料，即 为所述的高强度高韧性的电缆保护材料。
[0016] 所述的材料在制备高强度高韧性的电缆保护管、电缆护套料方面的应用。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0018] 本发明采用聚苯醚树脂作为主料，具有低烟、无卤、阻燃、高机械强度、高绝缘电阻 的特性;通过对艾草纤维的改性处理，使其在聚苯醚树脂中分散性好，与紫薇木配合使用提 高了电缆保护材料的强度和韧性；当受到外力作用时，一方面，改性艾草纤维可以吸收外来 能量，另一方面，由于分布均匀的改性艾草纤维可以与聚苯醚树脂分子链一起运动，从而可 以使复合材料的拉伸性能有所增强，进而增强了材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度，起 到了增韧增强的作用，可以有效防止电缆保护材料因外力冲击、拉伸所导致的断裂以及弯 曲导致的断裂，延长了使用寿命，大大扩大了其应用范围。
[0019] 本发明制备方法简单，成本低廉，具备较好的应用前景。
[0020] 利用本发明制得的材料制成的电缆保护管的冲击强度为193.6~198.4kJ/m2，拉 伸强度为214~226MPa，弯曲强度为229~241MPa，摩擦系数< 0.27，氧指数2 29.2。
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都 属于本发明保护的范围。
[0022] 实施例1
[0023] 本发明实施例中，一种高强度高韧性的电缆保护材料，按照重量份计，由以下原料 制成：紫薇木12份、改性艾草纤维28份、聚苯醚树脂55份、双环戊二烯8份、碳化硅微粉2.5 份、磷酸三苯酯5份、过氧化苯甲酰0.7份、防老剂DNP 0.8份、3-氨丙基三甲氧基硅烷5.5份、 紫外线吸收剂UV-9 1.0份、硫化促进剂CZ 1.2份;其中，碳化硅微粉的粒径为0.5~0.8μπι。
[0024] 所述的高强度高韧性的电缆保护材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025] (1)紫薇木的预处理:将紫薇木粗粉碎至长度为15~20mm、宽度为2~3mm的紫薇木 段后，置于58°C的烘箱中烘烤至含水率< 8%，接着将其粉碎为粒径200~250目的紫薇木 粉，备用；
[0026] (2)改性艾草纤维的制备，包括以下步骤：
[0027] 1)艾草粗纤维的制备:将艾草放于沸水中煮练48min，冷却至25°C后取出；对煮练 后的艾草进行碾压、撕扯和梳理，使其加工成丝状物，即为艾草粗纤维；
[0028] 2)艾草纤维的制备：以水做媒介，在超声波功率为620W、温度为46°C的条件下，对 步骤1)制得的艾草粗纤维进行预脱胶处理42min，并且在预脱胶处理至18min时，加入氢氧 化钠，使溶液的碱浓度达到14g/L，当预脱胶处理完毕后，冷却至25°C;用46°C的水洗涤艾草 粗纤维至中性;将水洗后的艾草粗纤维放入含有氢氧化钠 llg/L、双氧水6g/L的混合溶剂 中，同时添加相对于艾草粗纤维质量的3.4 %次磷酸钠、2.8 %硫酸钙和2.2 %亚硫酸钠到混 合溶剂中，接着以1.3°C/min的升温速度，由室温升温至96°C，保温煮练1.4h，并且在升温至 62°C时，再次加入氢氧化钠，使溶液的碱总浓度达到10.2g/L;用1. Og/L的硫酸溶液中和残 留在艾草粗纤维上的碱液;再次用46°C的水洗涤至中性，得到艾草纤维；
[0029] 3)改性艾草纤维的制备:将步骤2)制得的艾草纤维浸入质量浓度为3.8%的柠檬 酸溶液中，浸泡54min后，捞出，用碳酸氢钠水溶液洗涤一次，再用清水冲洗，烘干得到改性 艾草纤维；
[0030] (3)按上述重量份称取步骤(1)预处理得到的紫薇木粉以及步骤(2)制得的改性艾 草纤维、聚苯醚树脂、双环戊二烯、碳化硅微粉、磷酸三苯酯、过氧化苯甲酰、防老剂DNP、3-氨丙基三甲氧基硅烷、紫外线吸收剂UV-9、硫化促进剂CZ混合，以280r/min的速度搅拌 26min至混合均匀，接着在156°C下混炼26min，最后在176°C下塑炼8min，出料，即为所述的 高强度高韧性的电缆保护材料。
[0031] 实施例2
[0032] 本发明实施例中，一种高强度高韧