一种低压防火电缆及制备方法与流程

本发明属于电缆，具体地，涉及一种低压防火电缆及制备方法。

背景技术：

1、电缆按电压分可为高压电缆和低压电缆，一般情况下认为220v、380v为低压，35kv以上为高压，主要用于输电；低压电缆广泛应用于核电站中电力的传输、数据与信号通信、仪器仪表的控制等方面。常见的电缆料包括pvc(聚氯乙烯)、pe(聚乙烯)、pp(聚丙烯)、橡胶、云母带，其中聚丙烯，机械强度优良，软化温度在热塑性树脂中最高，耐低温性、耐老化、耐磨性好，且拥有较高的体积电阻率和介电强度，可回收再利用，是非常优质的电缆材料。

2、将聚丙烯作为低压电缆料的去使用，不可避免的要对其进行阻燃改性，因为聚丙烯氧指数为18易燃，离火后会继续燃烧，并放出石油傩的气味，一旦着火对人的生命财产安全有着巨大的威胁。目前对聚丙烯进行阻燃改性的研究较多，通常将聚丙烯与阻燃剂等其他功能试剂共混，制得改性聚丙烯，这种原理方法简单、操作便捷、易于生产，但是这种方法没有考虑聚丙烯与阻燃剂等其他功能试剂共混时的相容性问题，聚丙烯通常与这些改性试剂相容性较差，试剂的性能难以充分发挥，常常要加入大量的改性试剂，增加了生产成本。不仅如此，聚丙烯的弹性模量高、但韧性和低温韧性差，容易发生脆断，还需提升其韧性来满足电缆领域的更高需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种低压防火电缆及制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种低压防火电缆由从内至外依次设置的导线、绝缘层、填充料、保护套构成。

4、进一步地，所述绝缘层为云母带。

5、云母带是一种出色的耐火绝缘材料，在高温下仍能在一段时间内维持线路的正常运行，能赋予电缆显著的耐火性能。

6、进一步地，所述填充料为玻璃丝纤维绳。

7、玻璃丝纤维绳本身具有一定的阻燃、防火功能，通过在成缆间隙处填充玻璃丝纤维绳可进一步提高电缆整体的防火性能，同时可以保证合理的成缆间隙，使得电缆具备一定的柔韧性。

8、进一步地，所述保护套通过如下步骤制备：

9、将聚丙烯树脂在烘箱中干燥12h，将干燥后的聚丙烯树脂、助剂、成核剂、黑磷和润滑剂搅拌混合均匀，加入双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出，注塑成型，得到保护套。

10、进一步地，所述成核剂为n,n’-二环己基对苯二甲酰胺与hpn-20e以质量之比1:1混合得到。

11、进一步地，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、油酸酰胺中的一种。

12、进一步地，所述聚丙烯树脂、助剂、成核剂、黑磷、润滑剂的质量之比为100:5-15:0.1-0.2:1:0.2-0.4。

13、制得的保护套使用同时使用α、β成核剂，可以让保护套拥有更好的低温抗冲击性能；另外，黑磷作为一种新兴的二维材料，除了具有特征尺寸效应和热稳定性外，还能赋予保护套一定的阻燃性能；最后，润滑剂可促进各种试剂在聚丙烯中均匀的分散，更好的发挥性能。

14、进一步地，所述助剂通过以下步骤制得：

15、s1、先将端双键聚乙烯在40℃下真空干燥1h，然后在装有搅拌回流装置三口烧瓶中充入氮气，注入甲苯，搅拌充分溶解后，加入3-巯基丙醇和偶氮二异丁腈，于85℃下回流反应4h，用无水甲醇洗涤聚合物，过滤，40℃下真空干燥12h，得到中间体1；端双键聚乙烯、甲苯、3-巯基丙醇、偶氮二异丁腈的用量之比为0.1mol:100ml:9.2g:0.2g；

16、在偶氮二异丁腈作用下，端双键聚乙烯的端部不饱和碳碳双键与3-巯基丙醇发生巯基-烯的点击反应，得到中间体1，反应过程如下所示：

17、

18、s2、在装有搅拌回流装置三口烧瓶中将中间体1、二氯甲基膦、甲苯和三乙胺混合搅拌均匀，然后缓慢升温至88℃，回流反应4h，反应完成，过滤除去三乙胺盐酸盐，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用氯仿/甲醇的混合溶剂，二者的体积比为3:1)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体2；中间体1、二氯甲基膦、甲苯、三乙胺的用量之比为0.1mol:15.2g:150ml:30ml；

19、中间体1与二氯甲基膦发生酯化反应，通过控制二者的摩尔比接近1:1且二氯甲基膦略微过量，使二氯甲基膦上只有一个-cl参与到反应，三乙胺除去反应生成的氯化氢，得到中间体2；具体反应过程如下所示：

20、

21、s3、在装有搅拌装置的三口烧瓶中将1,3-双(氨丙烷基)四甲基二硅醚、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、dcc(二环己基碳二亚胺，脱水剂)和甲苯混合搅拌均匀，60℃水浴，反应75min，反应结束后，先旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用苯/乙醚的混合溶剂，二者的体积比为3:7)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体3；1,3-双(氨丙烷基)四甲基二硅醚、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸、dcc、甲苯的用量之比为28.5g:27.8g:20.6g:150ml；

22、1,3-双(氨丙烷基)四甲基二硅醚的氨基与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的羧基，发生酰胺化反应，在脱水剂的作用下，较温和的条件下就能反应，通过控制二者的摩尔比接近1:1且1,3-双(氨丙烷基)四甲基二硅醚略微过量，使1,3-双(氨丙烷基)四甲基二硅醚上只有一个nh2参与到反应，得到中间体3；具体反应过程如下所示：

23、

24、s4、室温，氮气保护下在装有搅拌回流的三口烧瓶中将中间体2、中间体3、四氢呋喃和三乙胺混合搅拌均匀，控制反应温度为75℃，回流反应6h，反应完成，过滤除去三乙胺盐酸盐，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用苯/乙醚的混合溶剂，二者的体积比为2:5)，旋蒸除去洗脱液，得到助剂；中间体2、中间体3、四氢呋喃、三乙胺的用量之比为0.1mol:50.8g:200ml:50ml；

25、中间体2和中间体3发生亲核取代，三乙胺除去反应生成的氯化氢，得到助剂；具体反应过程如下所示：

26、

27、制得的助剂分子属于高分子化合物，主体为聚乙烯分子链，高分子化合物相较于小分子阻燃剂，具备更加耐热、更加稳定的优势，且聚乙烯分子链与聚丙烯具备较高的相容性，助剂能够更加均匀分布于聚丙烯中，使助剂性能得以充分发挥；此外，聚乙烯分子链具备极高的柔性，其穿插于聚丙烯分子链间，也能实现对pp的增韧效果，提高保护套的韧性。不仅如此助剂分子还含有p-n阻燃成分，-si-o-si-链段，受阻酚结构；其中p-n阻燃成分是一种优秀的无卤阻燃成分，具备磷系和氮系阻燃剂的协同阻燃效果，能够赋予保护套环保且高效的阻燃性能；-si-o-si-链段属于较好的阻燃和抑烟成分，不仅能进一步提升助剂的阻燃性能，还具有一定的抑烟效果；最后，受阻酚有出色的抗氧化能力，赋予保护套显著的抗氧化性能。

28、需要补充说明的是，助剂也属于含磷阻燃剂，能与黑磷起协同作用，共同增强了保护套的阻燃性能。

29、本发明的有益效果：

30、本发明的电缆由导线、绝缘层、填充料、保护套构成；其中绝缘层使用云母带，能赋予电缆显著的耐火性能；填充料为玻璃丝纤维绳能一定程度上提高电缆的阻燃性和柔韧性；保护套由聚丙烯树脂、助剂、成核剂、黑磷和润滑剂熔融共混制得，其中成核剂能提升电缆的抗冲击性能；黑磷能与助剂起协同作用，共同加强电缆的阻燃性；助剂的加入使电缆的阻燃和抗冲击性能进一步得到提升，还赋予了电缆出色的抗氧化性能和一定的抑烟性，另外助剂与聚丙烯相容性较好，使助剂的性能得到充分的发挥。因此，制得的电缆具有稳定且显著的阻燃性、韧性、抗氧化性和一定程度的抑烟性，在电缆领域具备重要应用意义。