一种复合绝缘的细铜丝及其制备工艺的制作方法

本发明涉导体绝缘，具体涉及一种复合绝缘的细铜丝及其制备工艺。

背景技术：

1、在电气传输、电子设备连接等领域，复合绝缘细铜丝因兼具优良导电性能与绝缘保护效果，成为关键基础部件，其绝缘层需同时满足绝缘可靠性、力学稳定性、导热效率及耐热老化等多重性能要求，以适配复杂工况下的长期稳定运行。

2、目前，复合绝缘细铜丝的绝缘层多以聚乙烯等聚烯烃材料为基体，搭配无机填料改性制备，然而，无机填料与有机基体的相容性较差，易出现团聚现象，导致绝缘层内部形成缺陷，不仅降低击穿电压，还会影响热量传递效率，此外，缺乏针对性的填料表面改性设计，使得绝缘层与铜丝表面的结合力不足，在受力或热循环过程中易发生层间剥离，力学性能衰减明显；

3、同时，传统绝缘体系的耐热老化性能有待提升，长期高温环境下，基体分子链易发生氧化降解，填料与基体的界面结合失效，导致绝缘性能、力学性能同步下滑，严重影响产品使用寿命，除此之外，铜丝表面的氧化层与杂质会进一步加剧界面缺陷，降低绝缘包覆的致密性，形成局部放电隐患。

4、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合绝缘的细铜丝及其制备工艺，用于解决在现有技术中的复合绝缘的细铜丝的绝缘性能、力学性能、导热性能和耐高温性能有待进一步提高的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种复合绝缘的细铜丝，在铜丝表面包覆一层绝缘层，制备得到复合绝缘的细铜丝；

3、所述绝缘层包括组分高密度聚乙烯、填料、过氧化二异丙苯和辅助添加剂；

4、所述填料组分包括改性氮化硼、复合酯、改性煤矸石粉和复合增强材料；

5、所述改性氮化硼经碱液预处理及己二胺-葡萄糖-氯化锡体系水热改性制得，实现氮化硼表面官能化修饰与界面结合性能提升；

6、所述复合酯由5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐与1-金刚烷醇在对甲苯磺酸催化下经酯化反应制得；

7、所述改性煤矸石粉经偶联剂表面包覆改性制得；

8、所述复合增强材料经石蜡研磨干燥后与膨胀石墨共混，通过多次冷热循环界面键合制得，实现材料结构致密化与增强补强性能提升。

9、进一步的，所述改性氮化硼由以下步骤制备得到：

10、a1、将六方氮化硼加入氢氧化钠水溶液中，在50-60℃下搅拌5-6h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，然后转移到真空干燥箱中，在80℃下干燥12h，得到预处理氮化硼；

11、a2、将己二胺、葡萄糖和预处理氮化硼加入盛有去离子水的反应釜中，在20-30℃下搅拌40-60min后，升温至110-120℃，接着向其中滴加五水氯化锡乙醇溶液，滴加完毕后，搅拌22-24h，反应结束后，后处理，得到改性氮化硼。

12、进一步的，步骤a1中，所述六方氮化硼和氢氧化钠水溶液的用量比为1.0-1.1g:80ml，所述氢氧化钠的质量分数为20%；步骤a2中，所述己二胺、葡萄糖、预处理氮化硼、去离子水和五水氯化锡乙醇溶液的用量比为0.15-0.2g:0.5-0.6g:0.9g:18-22ml:25-30ml，其中五水氯化锡乙醇溶液的质量分数为15%。

13、进一步的，所述复合酯的制备方法为：将5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、1-金刚烷醇和对甲苯磺酸加入盛有甲苯的反应釜中，在100-110℃下搅拌22-24h，反应结束后，冷却至室温，然后向其中加入乙酸乙酯，搅拌至固体溶解后，再向其中加入饱和碳酸氢钠水溶液，收集有机层，先用无水mgso4干燥，再在60-70℃下干燥至恒重，得到复合酯。

14、

15、进一步的，所述5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、1-金刚烷醇、对甲苯磺酸和甲苯的用量比为2g:4g:0.1g:24-28ml。

16、进一步的，所述改性煤矸石粉的制备方法为：将煤矸石粉置于105-110℃鼓风干燥箱干燥至恒重，冷却至室温，将偶联剂溶液喷洒在煤矸石粉表面，随后转入高速混合机中，在100-120℃、1000-1200r/min的转速下混合10-15min，混合完成后，将产物出料冷却，得到改性煤矸石粉。

17、进一步的，所述煤矸石粉和偶联剂溶液的用量比为10g:2-3ml，所述偶联剂溶液由异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯和无水乙醇按体积比1:15混合均匀得到。

18、进一步的，所述复合增强材料的制备方法为：将石蜡加入球磨机中，在180rpm的转速下研磨5-6h，过400目筛，然后转移到真空干燥箱中，在40℃下真空干燥10-12h后，与膨胀石墨一同加入混合机中混合24h，然后取出平铺在方舟中，平铺厚度为2-3mm，放入马弗炉中，在200℃下加热10-15s，取出后室温风冷20-30s，重复加热-冷却循环5-7次后，取出研磨，过300目筛，得到复合增强材料；所述石蜡和膨胀石墨的用量比为1g:3g。

19、进一步的，所述复合绝缘的细铜丝的制备工艺包括以下步骤：

20、s1、将直径1-2.0mm的铜丝置于放线架上，经60-70℃的氢氧化钠水溶液浸泡3-5min，再用30-40℃的硫酸水溶液缓蚀剂处理1-2min后，用去离子水漂洗至洗涤液呈中性，置于80-100℃热风干燥箱中干燥2-3min，得到预处理铜丝；

21、s2、将高密度聚乙烯、填料、过氧化二异丙苯和辅助添加剂加入双螺杆挤出机中熔融共混3-5min后，将其挤出包覆在预处理铜丝外部，在铜丝外部形成2-3mm厚的绝缘包覆层；

22、s3、将带有绝缘包覆层的铜丝在常温常压空气氛围下以经80-120kgy电子束辐照3-5min后，通过冷却水槽冷却3-5min，最后经60-80℃热风干燥，得到复合绝缘的细铜丝。

23、进一步的，步骤s1中，所述氢氧化钠水溶液的质量分数为10%，所述硫酸水溶液的质量分数为8%；步骤s2中，所述聚乙烯、填料、过氧化二异丙苯和辅助添加剂的用量比为70-75g:20-25g:0.8-1.2g:2-3g，其中，填料由改性氮化硼、复合酯、改性煤矸石粉和复合增强材料按用量比7-8g:1-1.5g:6-7g:4-5g混合均匀组成；所述双螺杆挤出机从进料端朝向机头设置的6个温度区段的温度依次设置为155℃、160℃、160℃、165℃、165℃、160℃，所述双螺杆挤出机的主轴转速为40 r/min。

24、本发明具备下述有益效果：

25、1、本发明的改性氮化硼经强碱刻蚀形成羟基化表面，再通过水热反应构建核-壳结构，sno2纳米颗粒的引入不仅利用其绝缘特性填补绝缘层内部缺陷，还通过元素间的配位作用优化电荷分布，减少局部电场集中，复合酯的酯键结构可增强绝缘体系的致密性，填补填料与基体间的微小缝隙，抑制漏电通道的形成，改性煤矸石粉通过偶联剂接枝形成ti-o-si/al共价键，改善无机填料与有机基体的相容性，避免因界面空隙导致的绝缘性能下降，复合增强材料中石蜡包覆的膨胀石墨凭借核壳结构降低填料团聚概率，减少绝缘薄弱点，同时，铜丝经碱洗除油与酸洗缓蚀的预处理，清除了表面杂质与氧化层，确保铜丝与绝缘包覆层的紧密贴合，避免界面间隙引发的局部放电，最后对电子束交联处理使高密度聚乙烯基体形成三维网状结构，进一步致密化绝缘层，与各改性组分的结构优势形成协同，共同阻断电荷迁移路径，大幅提升其绝缘性能。

26、2、本发明的改性煤矸石粉表面接枝的疏水长链基团与高密度聚乙烯基体的相容性优异，其刚性无机颗粒特性可在受力时传递应力，发挥增强骨架作用，复合增强材料中膨胀石墨的层状结构经石蜡包覆改性后，不仅提升了分散均匀性，还通过石蜡的韧性调节作用缓解应力集中，与改性煤矸石粉形成刚性-韧性互补的增强体系，改性氮化硼的核-壳结构凭借其高比表面积与基体形成牢固结合，提升界面结合强度，复合酯则作为增塑剂优化基体分子链的柔韧性，减少力学性能的各向异性，此外，铜丝预处理后洁净平整的表面增强了与绝缘层的界面附着力，避免受力时出现层间剥离，最后对电子束的交联处理，使聚乙烯基体形成稳定的交联网络，增强了绝缘层的结构整体性与抗变形能力，与各改性填料的增强作用协同，显著提升了其力学性能。

27、3、本发明的改性氮化硼本身具备优异的导热特性，其核-壳结构与均匀分散状态构建了连续的导热通路，sno2与氮化硼的元素协同优化了热传导效率，复合增强材料中膨胀石墨的层状结构为热量传递提供了快速通道，石蜡的包覆作用则确保导热通路的连续性，二者与改性氮化硼协同形成多维导热网络，提升整体导热性能，在耐热老化方面，改性氮化硼表面的sno2纳米颗粒可捕捉热老化过程中产生的自由基，抑制基体分子链的断裂降解，复合酯的酯键结构具有良好的热稳定性，可缓解高温下绝缘体系的热氧老化，改性煤矸石粉与复合增强材料的稳定结构能在高温环境下保持形态完整性，避免因填料团聚或脱层导致性能下降，同时，铜丝预处理避免了表面氧化层在高温下引发的界面老化，电子束交联形成的三维网状结构提升了基体的热稳定性，与各改性组分的耐热特性协同，有效抑制了高温环境下绝缘层的性能衰减，实现了导热性能与耐热老化性能的同步提升。