一種特種電纜用復(fù)合材料、其制備方法及特種電纜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電纜領(lǐng)域，特別涉及一種特種電纜用復(fù)合材料、其制備方法以及 應(yīng)用其制備的特種電纜。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電纜應(yīng)用的范圍越來越廣，不同使用環(huán)境有不同要求，如，耐高溫、耐低 溫、耐油、抗撕裂、阻燃、防動物破壞等。特別是在使用條件特殊、應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜的情況下，特 種電纜的需求日顯突出，對電纜的可靠性、耐用性提出了更高的要求。
[0003] 常見的特種電纜有：防火電纜、發(fā)熱電纜、環(huán)保電纜等等。現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)特種電 纜的需求，往往采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝制備形成適合需求的特種電纜。隨著技術(shù)的發(fā) 展，在材料領(lǐng)域，傳統(tǒng)的電纜材料，例如，聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、硅橡膠、氟塑料等等，已 經(jīng)難以滿足現(xiàn)實的需要，例如，傳統(tǒng)含鹵族阻燃劑的阻燃電纜料的燃燒時會產(chǎn)生大量煙霧 和鹵化氫氣體，致使人員撤離和滅火工作難以展開，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，電纜燃燒產(chǎn) 生的煙霧和氯化氫氣體同時也是對環(huán)境造成巨大污染。對阻燃電纜在受熱和燃燒情況產(chǎn)生 的煙霧量，國際電工委員會IEC61034規(guī)定了電纜燃燒煙密度測定方法，中國市場要求燃 燒產(chǎn)生煙霧的最小透光率不得低于30%，IEC60754-1中同樣規(guī)定了阻燃電纜燃燒所釋放 出的氯化氫氣體量應(yīng)不大于l〇〇mg/g。
[0004] 隨著技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)對特種電纜用材料也有廣泛的研究，并提出了相應(yīng)的解決 方案。其中最主要的解決方法集中在對傳統(tǒng)材料的復(fù)合改性上。例如，專利CN103865203 提供了一種改進(jìn)PVC絕緣材料絕緣性能的配方，在PVC樹脂中加入表面使用氧化鋇處理的 氫氧化鎂等，提高了絕緣性能。但其始終還是一種含鹵的材料，并未從根本上棄用含鹵材 料。又如，專利CN104086716A公開了一種耐高溫特種電纜用改性聚乙烯護(hù)套料，通過將 茂金屬線性低密度聚乙稀、聚苯乙稀、PEEK共混形成新的耐高溫特種電纜材料，提高了耐 磨、耐沖擊、耐撕裂、防輻射等性能。上述聚合物之間形成均勻共混較難，對制備工藝要求 較為復(fù)雜，并且其添加的助劑較多，無疑增加了產(chǎn)品成本，降低了電纜的可靠性。同樣的， CN104292601A提供了一種耐油低煙無鹵阻燃電纜料，通過乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、低密 度聚乙烯、硫化硅橡膠、聚酰胺等的混合，提高了傳統(tǒng)聚烯烴共混料的性能。
[0005] 可見，為克服現(xiàn)有技術(shù)中的諸多缺陷，亟需一種耐高溫、阻燃、屏蔽系能好的可靠 性高的特種電纜用復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的電纜材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在解決但不限于如下技術(shù)問題：提高特種電纜用復(fù)合材料的耐高溫性 質(zhì)、改善阻燃效果，提高屏蔽性能，提高特種電纜的耐用性和可靠性，確保惡劣工況下的性 能穩(wěn)定性不降低。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先提供了一種特種電纜用復(fù)合材料，包含以下成 分，按重量份數(shù)計： 聚醚醚酮 45-65 聚乙烯 15-30 聚酰亞胺 10-20 乙烯-乙酸乙烯共聚物改性地聚物 4-8 氣化娃晶須 2_5 三氧化鉬 0. 5-2. 5 氧化鎂 1-20 偶聯(lián)劑 0. 1-1. 5 過氧化二異丙苯 0. 3-0. 8。
[0008] 為使耐熱、防火、耐低溫、抗沖擊性能提高，本發(fā)明將高性能的工程用聚醚醚酮、聚 乙烯和聚酰亞胺按比例進(jìn)行復(fù)合并進(jìn)行相應(yīng)的改性能夠大幅度提升其作為特種電纜用復(fù) 合材料的性能。特別的，采用了乙烯-乙酸乙烯共聚物對地聚物進(jìn)行了改性，將其作為添加 劑加入，有效的提高了防火性能和耐磨性能。需要指出的是，地聚物即地質(zhì)聚合物，兩種表 達(dá)在本領(lǐng)域中均為常規(guī)的表達(dá)，并無其他特殊含義，以為本領(lǐng)域廣泛研究且認(rèn)可的名稱。此 外，引入了過氧化二異丙苯，作為引發(fā)劑，對聚乙烯的交聯(lián)尤為有效，因此，上述物料混合過 程中并非簡單的物理混合，而是伴隨了相當(dāng)程度的化學(xué)交聯(lián)過程，而該交聯(lián)過程并不限于 聚乙烯鏈之間的交聯(lián)，而應(yīng)更廣泛的理解為上述原料中可能發(fā)生的任意反應(yīng)。
[0009] 可選的，采用的三氧化鉬平均粒徑為30-200nm，三氧化鉬在材料一旦燃燒的情況 下，對煙氣的形成具有有效的抑制作用，而對其粒徑進(jìn)行調(diào)整，不但關(guān)系到其對煙氣的抑制 效果，同時，發(fā)明人也發(fā)現(xiàn)，對材料成型后的機械性能亦有影響。
[0010] 氧化鎂作為耐火填料，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到特種電纜用復(fù)合材料中，然而，采用梯度 粒徑填料的方式改善氧化鎂顆粒在復(fù)合材料中的分布和對基體的力學(xué)性能的影響卻未被 現(xiàn)有技術(shù)所公開或啟示，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用兩種粒徑分布的氧化鎂進(jìn)行合適的配比，對基體 材料的機械品質(zhì)有所提高，同時耐火性能并不會有所影響，優(yōu)選地，采用如下配比的氧化鎂 作為填料： 50nm <平均粒徑< 300nm的氧化儀 20~40wt% 300nm <平均粒徑彡1000 nm的氧化鎂 60~80wt%。 toon] 為提高無機填料在聚合物基體中的相容性，采用偶聯(lián)劑作為增容助劑，所述偶 聯(lián)劑優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑的混合物，按質(zhì)量比，硅烷偶聯(lián)劑：鈦酸酯偶聯(lián)劑 =1 ~5:1〇
[0012] 為提高地聚物的綜合耐火性能，且防止其在加工過程中形成團聚點，本發(fā)明采用 的乙烯-乙酸乙烯共聚物改性地聚物由以下方法制備： (1) 按質(zhì)量百分比配置原料混合物，偏高嶺土：氫氧化鈉：水玻璃：水=100 : (1〇~20) :(100~120) :(500~2000);將原料混合物在50~70°C下保溫5~20小時，噴霧干燥形成地聚 物粉體； (2) 將地聚物粉體、硅烷偶聯(lián)劑、乙烯-乙酸乙烯共聚物按質(zhì)量比：100 : (0. 5~1.5): (15~35)于80~90°C下熔融混煉10~20min，形成乙烯-乙酸乙烯共聚物改性地聚物。
[0013] 其次，本發(fā)明提供了一種特種電纜用復(fù)合材料的制備方法，該復(fù)合材料的成分 為： 按重量份數(shù)計： 聚醚醚酮 45-65 聚乙烯 15-30 聚酰亞胺 10-20 乙烯-乙酸乙烯共聚物改性地聚物 4-8 氣化娃晶須 2_5 三氧化鉬 0. 5-2. 5 氧化鎂 1-20 偶聯(lián)劑 0. 1-1. 5 過氧化二異丙苯 0. 3-0. 8。
[0014] 其中，氧化鎂、三氧化鉬的尺寸和用料，以及偶聯(lián)劑的選用，可以參見上述內(nèi)容進(jìn) 行選擇。
[0015] 具體包括以下步驟： 51. 乙烯-乙酸乙烯共聚物改性地聚物的制備 (1) 按質(zhì)量百分比配置原料混合物，偏高嶺土：氫氧化鈉：水玻璃：水=100 : (1〇~20) :(100~120) : (500~2000);將原料混合物在50~70°C下保溫1~3小時，噴霧干燥形成地聚 物粉體； (2) 將地聚物粉體、硅烷偶聯(lián)劑、乙烯-乙酸乙烯共聚物按質(zhì)量比：100 : (0. 5~1.5): (15~35)于80~90°C下熔融混煉10~20min，形成乙烯-乙酸乙烯共聚物改性地聚物； 52. 無機填料改性 將氮化硅晶須、三氧化鉬、氧化鎂、偶聯(lián)劑按比例混合形成混合物，將所得混合物與異 丙醇按質(zhì)量比1 :2混合后進(jìn)行超聲處理10~50min，經(jīng)抽濾、水洗、干燥獲得改性后的無機填 料； 53. 特種電纜用復(fù)合材料的制備 將聚醚醚酮、聚乙烯、聚酰亞胺、乙烯-乙酸乙烯共聚物改性地聚物、過氧化二異丙苯、 改性后的無機填料按比例在高速混合機中混合均勻，經(jīng)雙螺桿擠出機熔融共混擠出，經(jīng)切 粒機造粒獲得特種電纜用復(fù)合材料。
[0016] 為提高成料均勻性，熔融共混擠出溫度為190~260°C，螺桿轉(zhuǎn)速為150~200rpm。
[0017] 再次，本發(fā)明還提供了一種特種電纜，包括由外向內(nèi)依次形成的外護(hù)套、瀝青層、 鎧裝層、絕緣層、屏蔽層及電纜芯線容置腔，所述電纜芯線容置腔內(nèi)設(shè)置有正多邊形支撐 架，所述正多邊形支撐架沿電纜長度方向間隔布置，所述正多邊形支撐架自中心向頂角形 成加強筋，電纜芯線通過穿過正多邊形支撐架各加強筋之間的空間進(jìn)行布置，所述外護(hù)套 由上述提供的特種電纜用復(fù)合材料制成。
[0018] 根據(jù)生產(chǎn)需要，所述正多邊形為正六邊形或正八邊形，但不限于這兩種選擇，需要 指出的是，加強筋的設(shè)置，并不必然是所有中心向頂角均形成加強筋，可根據(jù)實際抗壓強度 的要求進(jìn)行合理設(shè)置。
[0019] 通常情況下，所述電纜芯線包括金屬導(dǎo)線及包覆絕緣層；所述電纜芯線容置腔還 填充有輕質(zhì)耐火纖維填料以提高抗壓、抗拉伸強度和耐火性能，輕質(zhì)耐火纖維的選用不做 特別限定，可采用本領(lǐng)域常用的為本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉的任意材料。
[0020] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：本發(fā)明提供的特種電纜用復(fù)合材料采用 了，高性能的工程用聚醚醚酮、聚乙烯和聚酰亞胺復(fù)合材料，并進(jìn)行相應(yīng)的改性能夠大幅度 提升其作為特種電纜用復(fù)合材料的性能。從檢測結(jié)果上看，其耐熱、抗老化性能明顯提高： 最大拉伸強度達(dá)22. 6Mpa，斷裂伸長率最大超過500%，老化處理后，拉伸強度變化率平均 在-11. 4%左右，斷裂伸長率平均變化率約為15. 35%。改性地聚物與三氧化鉬和氧化鎂協(xié)同 作用，在保證復(fù)合材料機械性能的同時，提高了復(fù)合材料的耐火性能，經(jīng)檢測，所制備材料 的煙密度均小于30Dm，氧指數(shù)均大于30。可見，該復(fù)合材料具有較好的耐高溫性質(zhì)、改善的 阻燃效果，能夠?qū)崿F(xiàn)惡劣工況下的性能穩(wěn)定性不降低。
【附圖說明】
[0021] 圖1為實施例2-1中特種電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2為實施例2-2中特種電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 為使本發(fā)明的技術(shù)方案及其技術(shù)效果更加清楚、明確，下面實施例和對比例對本 發(fā)明【具體實施方式】做進(jìn)一步詳述。應(yīng)當(dāng)理解，下述【具體實施方式】僅是本發(fā)明技術(shù)方案的較 佳實