一种交联聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套变频电缆的制作方法

1.本发明属于电缆技术领域，具体地，涉及一种交联聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套变频电缆。


背景技术：

2.变频电缆具有较强的耐电压冲击性，能够经受得住高速频繁变频时候的脉冲电压，能够对变频电器起到非常好的保护作用，主要使用在变频电源和变频电机的连接，一般来说在造纸、冶金、金属加工、铁路、食品加工等领域广泛。
3.现有的变频电缆在防火阻燃性能上仍然存在不足，电缆燃烧时释放出大量烟雾和有毒的、腐蚀性的气体是火灾中危险因素，同时变频电缆耐磨性差，在受到一定摩擦后，内部结构容易破损，存在安全隐患，因此，提供一种耐磨性好的交联聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套变频电缆是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种交联聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套变频电缆，解决了现有技术中存在的技术问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种交联聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套变频电缆，包括主绞合铜芯导体和辅绞合铜芯导体，主绞合铜芯导体表面包裹聚乙烯绝缘层形成动力线芯，辅绞合铜芯导体表面包裹聚乙烯绝缘层形成中心线芯，三根动力线芯和三根中心线芯形成缆芯，缆芯表面设置有内包带层，内包带层采用双向拉伸聚丙烯薄膜饶包而成，缆芯与内包带层之间设置有聚丙烯填充绳，三根动力线芯呈“品”字形分布，并且相邻两个动力线芯相互紧贴，三根中性线芯分别设置在相邻两个动力线芯之间，并且中性线芯分别与两个相邻的动力线芯和内包带层紧贴，内包带层表面包覆铜丝编织屏蔽层，铜丝编织屏蔽层外表包覆安装有外护套。
7.进一步地，外护套由阻燃聚氯乙烯材料制成，该阻燃聚氯乙烯材料由以下方法制成：
8.第一步、准备以下重量份原料：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂40-50份、耐磨剂6-8份、阻燃剂12-13份、稳定剂4-8份、润滑剂1份；
9.第二步、将聚氯乙烯树脂、增塑剂、耐磨剂、阻燃剂、稳定剂、润滑剂置于混合机中，温度145-160℃下混合1h后采用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，挤出温度控制在120-180℃，得到阻燃聚氯乙烯材料。
10.进一步地，阻燃剂由以下步骤制成：
11.步骤a1、将mg(no3)2·
6h2o和al(no3)3·
9h2o溶于去离子水中，加入尿素溶液，50℃下搅拌20min，然后转移至内衬为聚四氟乙烯高压釜中，150℃下恒温晶化12h后冷却至室温，过滤，沉淀用去离子和无水乙醇分别洗涤3-5次，再于100℃干燥6h后转移至500℃马弗炉中煅烧4h，得到镁铝水滑石；
12.其中，mg(no3)2·
6h2o、al(no3)3·
9h2o、去离子水和尿素溶液的用量比为6-6.4g：3.6-3.75g：100ml：100ml，尿素溶液由尿素、无水乙醇和去离子水按照用量比21g：50ml：50ml混合而成，利用水热法合成镁铝水滑石；
13.步骤a2、将镁铝水滑石分散于去离子水中，加入盐酸多巴胺和氯化铁，搅拌10min后加入tris缓冲液调整ph至8.5,40℃下搅拌12h，离心，沉淀用去离子水洗涤3次，60℃下干燥至恒重，得到氨基化水滑石；
14.其中，镁铝水滑石、去离子水、盐酸多巴胺和氯化铁的用量比为4.5-5g：100-120ml：4-4.5g：0.2g，在盐酸多巴胺的作用下，使镁铝水滑石表面功能化，降低其亲水性；
15.步骤a3、将氨基化水滑石和dmf混合，加入异氰酸酯基阻燃剂70℃下搅拌反应1h，反应结束后，减压旋蒸去除dmf，得到阻燃剂；
16.其中，氨基化水滑石、dmf和异氰酸酯基阻燃剂的用量比为4g：60-80ml：2.5-2.8g，利用氨基化水滑石表面的-nh2与异氰酸酯基阻燃剂的-nco反应，得到阻燃剂。
17.进一步地，异氰酸酯基阻燃剂由以下步骤制成：
18.步骤b1、将dopo和甲苯置于烧瓶中，升温至100℃搅拌5-10min，然后加入三乙胺，通入氮气，滴加季戊四醇三丙烯酸酯甲苯溶液，控制滴加速度1-2滴/秒，滴加结束后，搅拌反应12h，静置分层后，倒出上层甲苯，旋干，得到三dopo化合物；
19.其中，dopo、甲苯、三乙胺和季戊四醇三丙烯酸酯甲苯溶液的用量比为35g：60-80ml：1.3-1.5ml：40ml，季戊四醇三丙烯酸酯甲苯溶液由季戊四醇三丙烯酸酯和甲苯按照用量比14g：40ml混合而成，利用季戊四醇三丙烯酸酯的端-c＝c双键与dopo的p-h键发生加成反应得到三dopo化合物；
20.步骤b2、氮气保护下，将三dopo化合物、四氢呋喃加入三口烧瓶中，搅拌5min后，加入二苯基甲烷二异氰酸酯和二丁基二月桂酸锡，回流搅拌反应3h，反应结束后，冷却至室温，减压蒸馏，得到异氰酸酯基阻燃剂；
21.其中，三dopo化合物、四氢呋喃、二苯基甲烷二异氰酸酯和二丁基二月桂酸锡的用量比为0.05mol：100-120ml：0.05mol：1.5-1.8g，在二丁基二月桂酸锡的催化作用下，使三dopo化合物的-oh与二苯基甲烷二异氰酸酯的-nco反应得到异氰酸酯基阻燃剂。
22.进一步地，耐磨剂由以下步骤制成：
23.步骤c1、将三氯甲烷置于三口烧瓶中，通入氮气30min，加入甲醇、正硅酸乙酯、去离子水、十三氟辛基三乙氧基硅烷和kh-550，搅拌20-40min后，滴加氨水，滴加速度2滴/秒，滴加结束后搅拌反应48h，离心、洗涤、干燥，得到改性纳米二氧化硅；
24.其中，三氯甲烷、甲醇、正硅酸乙酯、去离子水、十三氟辛基三乙氧基硅烷、kh-550和氨水的用量比为75.6-80.3ml：200ml：11.5-12ml：20ml：0.1ml：0.1ml，氨水的质量分数为25％，在氨水的催化作用下正硅酸乙酯水解生产二氧化硅纳米小球，并在溶剂中通过十三氟辛基三乙氧基硅烷和kh-550改性处理，得到改性纳米二氧化硅；
25.步骤c2、将玻璃纤维置于质量分数5-10％氢氧化钠溶液中浸泡1h后取出，再置于质量分数40％的乙醇溶液中，加入kh-560，搅拌反应4-6h后，加入改性纳米二氧化硅，温度45-50℃下搅拌反应2-3h，反应结束后，离心，沉淀用去离子水洗涤3-5次后置于80℃烘箱中干燥至恒重，得到耐磨剂；
26.其中，玻璃纤维、氢氧化钠溶液、乙醇溶液、kh-560、改性纳米二氧化硅的用量比为
30g：200ml：200ml：4.8-5.2g：9.7-10.3g，先将玻璃纤维在碱液中浸泡蚀刻，使其表面形成粗糙的沟壑，然后接枝kh-560，最后利用kh-560的环氧基与改性纳米二氧化硅的氨基反应，得到耐磨剂。
27.进一步地，增塑剂为邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸酯和偏苯三酸酯中的一种或多种按照任意比例混合。
28.进一步地，稳定剂为钙锌复合稳定剂和钡锌复合稳定剂中的一种或两者的混合物。
29.进一步地，润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和单脂肪酸甘油酯中的一种。
30.本发明的有益效果：
31.为了加强现有变频电缆的阻燃性和耐磨性，本发明以阻燃聚氯乙烯材料制备电缆护套，该聚氯乙烯材料中加入了阻燃剂和耐磨剂，首先利用盐酸多巴胺使镁铝水滑石表面功能化，降低其亲水性，得到氨基化水滑石，然后利用氨基化水滑石表面的-nh2与异氰酸酯基阻燃剂的-nco反应，得到阻燃剂，所述异氰酸酯基阻燃剂含有异氰酸酯活性基团和三个dopo结构，将其与镁铝水滑石通过化学键连，一方面提高镁铝水滑石的疏水性，增强其与聚氯乙烯树脂间相容性，另一方面结合dopo的阻燃性和镁铝水滑石的阻燃抑烟性，共同赋予聚氯乙烯材料较高的阻燃性能；本发明还将玻璃纤维在碱液中浸泡蚀刻，使其表面形成粗糙的沟壑，然后接枝kh-560，最后利用kh-560的环氧基与改性纳米二氧化硅的氨基反应，得到耐磨剂，利用玻璃纤维的高强度、高韧性特点，在其表面接枝纳米二氧化硅微球，形成具有特殊的“滚珠”结构，结合氟碳长链的“驱肤”效应，耐磨剂不断迁移至材料表面，进而提高材料的耐磨性，另外，镁铝水滑石可以有效地吸收聚氯乙烯在加工和使用过程中分解产生的hcl，提高pvc的加工条件和热稳定性，综上，本发明制备的变频电缆具有优异的阻燃性和耐磨性。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明一种交联聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套变频电缆的结构示意图。
34.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
35.11、主绞合铜芯导体；12、辅绞合铜芯导体；13、聚乙烯绝缘层；2、聚丙烯填充绳；3、内包带层；4、铜丝编织屏蔽层；5、外护套。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.本实施例提供一种阻燃剂，由以下步骤制成：
39.步骤a1、将6g mg(no3)2·
6h2o和3.6g al(no3)3·
9h2o溶于100ml去离子水中，加入100ml尿素溶液，50℃下搅拌20min，然后转移至内衬为聚四氟乙烯高压釜中，150℃下恒温晶化12h后冷却至室温，过滤，沉淀用去离子和无水乙醇分别洗涤3次，再于100℃干燥6h后转移至500℃马弗炉中煅烧4h，得到镁铝水滑石，尿素溶液由尿素、无水乙醇和去离子水按照21g：50ml：50ml混合而成，利用水热法合成镁铝水滑石；
40.步骤a2、将4.5g镁铝水滑石分散于100ml去离子水中，加入4g盐酸多巴胺和0.2g氯化铁，搅拌10min后加入tris缓冲液调整ph至8.5,40℃下搅拌12h，离心，沉淀用去离子水洗涤3次，60℃下干燥至恒重，得到氨基化水滑石；
41.步骤a3、将4g氨基化水滑石和60ml dmf混合，加入2.5g异氰酸酯基阻燃剂70℃下搅拌反应1h，反应结束后，减压旋蒸去除dmf，得到阻燃剂。
42.所述异氰酸酯基阻燃剂由以下步骤制成：
43.步骤b1、将35g dopo和60ml甲苯置于烧瓶中，升温至100℃搅拌5min，然后加入1.3ml三乙胺，通入氮气，滴加季戊四醇三丙烯酸酯甲苯溶液，控制滴加速度1滴/秒，滴加结束后，搅拌反应12h，静置分层后，倒出上层甲苯，旋干，得到三dopo化合物，季戊四醇三丙烯酸酯甲苯溶液由季戊四醇三丙烯酸酯和甲苯按照14g：40ml混合而成；
44.步骤b2、氮气保护下，将0.05mol三dopo化合物、100ml四氢呋喃加入三口烧瓶中，搅拌5min后，加入0.05mol二苯基甲烷二异氰酸酯和1.5g二丁基二月桂酸锡，回流搅拌反应3h，反应结束后，冷却至室温，减压蒸馏，得到异氰酸酯基阻燃剂。
45.实施例2
46.本实施例提供一种阻燃剂，由以下步骤制成：
47.步骤a1、将6.4g mg(no3)2·
6h2o和3.75g al(no3)3·
9h2o溶于100ml去离子水中，加入100ml尿素溶液，50℃下搅拌20min，然后转移至内衬为聚四氟乙烯高压釜中，150℃下恒温晶化12h后冷却至室温，过滤，沉淀用去离子和无水乙醇分别洗涤5次，再于100℃干燥6h后转移至500℃马弗炉中煅烧4h，得到镁铝水滑石，尿素溶液由尿素、无水乙醇和去离子水按照21g：50ml：50ml混合而成，利用水热法合成镁铝水滑石；
48.步骤a2、将5g镁铝水滑石分散于120ml去离子水中，加入4.5g盐酸多巴胺和0.2g氯化铁，搅拌10min后加入tris缓冲液调整ph至8.5,40℃下搅拌12h，离心，沉淀用去离子水洗涤3次，60℃下干燥至恒重，得到氨基化水滑石；
49.步骤a3、将4g氨基化水滑石和80ml dmf混合，加入2.8g异氰酸酯基阻燃剂70℃下搅拌反应1h，反应结束后，减压旋蒸去除dmf，得到阻燃剂。
50.所述异氰酸酯基阻燃剂由以下步骤制成：
51.步骤b1、将35g dopo和80ml甲苯置于烧瓶中，升温至100℃搅拌10min，然后加入1.5ml三乙胺，通入氮气，滴加季戊四醇三丙烯酸酯甲苯溶液，控制滴加速度2滴/秒，滴加结束后，搅拌反应12h，静置分层后，倒出上层甲苯，旋干，得到三dopo化合物，季戊四醇三丙烯酸酯甲苯溶液由季戊四醇三丙烯酸酯和甲苯按照14g：40ml混合而成；
52.步骤b2、氮气保护下，将0.05mol三dopo化合物、120ml四氢呋喃加入三口烧瓶中，搅拌5min后，加入0.05mol二苯基甲烷二异氰酸酯和1.8g二丁基二月桂酸锡，回流搅拌反应3h，反应结束后，冷却至室温，减压蒸馏，得到异氰酸酯基阻燃剂。
53.实施例3
54.本实施例提供一种阻燃聚氯乙烯材料，由以下方法制成：
55.第一步、准备以下重量份原料：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂40份、耐磨剂6份、实施例1的阻燃剂12份、稳定剂4份、润滑剂1份；
56.第二步、将聚氯乙烯树脂、增塑剂、耐磨剂、阻燃剂、稳定剂、润滑剂置于混合机中，温度145℃下混合1h后采用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，挤出温度控制在120-180℃，得到阻燃聚氯乙烯材料。
57.所述耐磨剂由以下步骤制成：
58.步骤c1、将75.6ml三氯甲烷置于三口烧瓶中，通入氮气30min，加入200ml甲醇、11.5ml正硅酸乙酯、20ml去离子水、0.1ml十三氟辛基三乙氧基硅烷和0.1ml kh-550，搅拌20min后，滴加氨水，滴加速度2滴/秒，滴加结束后搅拌反应48h，离心、洗涤、干燥，得到改性纳米二氧化硅，氨水的质量分数为25％；
59.步骤c2、将30g玻璃纤维置于200ml质量分数5％氢氧化钠溶液中浸泡1h后取出，再置于200ml质量分数40％的乙醇溶液中，加入4.8g kh-560，搅拌反应4h后，加入9.7g改性纳米二氧化硅，温度45℃下搅拌反应2h，反应结束后，离心，沉淀用去离子水洗涤3次后置于80℃烘箱中干燥至恒重，得到耐磨剂。
60.其中，增塑剂为邻苯二甲酸酯，稳定剂为钙锌复合稳定剂，润滑剂为聚乙烯蜡。
61.实施例4
62.本实施例提供一种阻燃聚氯乙烯材料，由以下方法制成：
63.第一步、准备以下重量份原料：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂45份、耐磨剂7份、实施例2的阻燃剂12.5份、稳定剂6份、润滑剂1份；
64.第二步、将聚氯乙烯树脂、增塑剂、耐磨剂、阻燃剂、稳定剂、润滑剂置于混合机中，温度150℃下混合1h后采用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，挤出温度控制在120-180℃，得到阻燃聚氯乙烯材料。
65.所述耐磨剂由以下步骤制成：
66.步骤c1、将78.3ml三氯甲烷置于三口烧瓶中，通入氮气30min，加入200ml甲醇、11.8ml正硅酸乙酯、20ml去离子水、0.1ml十三氟辛基三乙氧基硅烷和0.1ml kh-550，搅拌30min后，滴加氨水，滴加速度2滴/秒，滴加结束后搅拌反应48h，离心、洗涤、干燥，得到改性纳米二氧化硅，氨水的质量分数为25％；
67.步骤c2、将30g玻璃纤维置于200ml质量分数8％氢氧化钠溶液中浸泡1h后取出，再置于200ml质量分数40％的乙醇溶液中，加入5g kh-560，搅拌反应5h后，加入9.9g改性纳米二氧化硅，温度48℃下搅拌反应2.5h，反应结束后，离心，沉淀用去离子水洗涤4次后置于80℃烘箱中干燥至恒重，得到耐磨剂。
68.其中，增塑剂为对苯二甲酸酯，稳定剂为钡锌复合稳定剂，润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
69.实施例5
70.本实施例提供一种阻燃聚氯乙烯材料，由以下方法制成：
71.第一步、准备以下重量份原料：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂50份、耐磨剂8份、实施例1的阻燃剂13份、稳定剂8份、润滑剂1份；
72.第二步、将聚氯乙烯树脂、增塑剂、耐磨剂、阻燃剂、稳定剂、润滑剂置于混合机中，温度160℃下混合1h后采用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，挤出温度控制在120-180℃，得到阻燃聚氯乙烯材料。
73.所述耐磨剂由以下步骤制成：
74.步骤c1、将80.3ml三氯甲烷置于三口烧瓶中，通入氮气30min，加入200ml甲醇、12ml正硅酸乙酯、20ml去离子水、0.1ml十三氟辛基三乙氧基硅烷和0.1ml kh-550，搅拌40min后，滴加氨水，滴加速度2滴/秒，滴加结束后搅拌反应48h，离心、洗涤、干燥，得到改性纳米二氧化硅，氨水的质量分数为25％；
75.步骤c2、将30g玻璃纤维置于200ml质量分数10％氢氧化钠溶液中浸泡1h后取出，再置于200ml质量分数40％的乙醇溶液中，加入5.2g kh-560，搅拌反应6h后，加入10.3g改性纳米二氧化硅，温度50℃下搅拌反应3h，反应结束后，离心，沉淀用去离子水洗涤5次后置于80℃烘箱中干燥至恒重，得到耐磨剂。
76.其中，增塑剂为偏苯三酸酯，稳定剂为钙锌复合稳定剂，润滑剂为聚乙烯蜡。
77.对比例1
78.将实施例3中的阻燃剂替换成湖北东曹化学科技有限公司出售的铝镁水滑石，其余原料及制备过程同实施例3。
79.对比例2
80.将实施例4中的阻燃剂替换成山东齐卓新材料科技有限公司出售的无卤环保型磷系阻燃剂，其余原料及制备过程同实施例4。
81.对比例3
82.将实施例5中的耐磨剂替换成纳米二氧化硅，其余原料及制备过程同实施例5。
83.请参阅图1所示，一种交联聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套变频电缆，包括主绞合铜芯导体11和辅绞合铜芯导体12，主绞合铜芯导体11表面包裹聚乙烯绝缘层13形成动力线芯，辅绞合铜芯导体12表面包裹聚乙烯绝缘层13形成中心线芯，三根动力线芯和三根中心线芯形成缆芯，缆芯表面设置有内包带层3，内包带层3采用双向拉伸聚丙烯薄膜饶包而成，缆芯与内包带层3之间设置有聚丙烯填充绳2，三根动力线芯呈“品”字形分布，并且相邻两个动力线芯相互紧贴，三根中性线芯分别设置在相邻两个动力线芯之间，并且中性线芯分别与两个相邻的动力线芯和内包带层3紧贴，内包带层3表面包覆铜丝编织屏蔽层4，铜丝编织屏蔽层4外表包覆安装有外护套5，外护套5由阻燃聚氯乙烯材料制成；
84.分别用实施例3-5和对比例1-3制得样品制成电缆成品，参考标准gb/t 10707-2008标准测定电缆护套的极限氧指数，质量磨损根据gb/t3960-2016《塑料滑动摩擦磨损试验方法》进行性能测试，测试结果如表1所示：
85.表1
86.项目极限氧指数(％)质量磨损(mg)实施例339.237.6实施例439.635.1实施例539.836.3对比例130.841.2对比例227.535.9
对比例334.267.3
87.由表1可以看出，实施例3-5所制备的变频电缆阻燃性和耐磨性优于对比例1-3。
88.在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
89.以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。