一种抗冲击绝缘护套电缆的制作方法

本发明涉及电缆，具体的，涉及一种抗冲击绝缘护套电缆。

背景技术：

1、抗冲击绝缘护套电缆是一种专门设计用于在容易受到机械外力冲击、挤压等复杂环境条件下进行电力传输的特种电缆。它通常由导体、屏蔽层和绝缘层等关键部分构成。其中，绝缘层作为电缆的核心保护层，其性能直接决定了电缆的抗冲击能力、电气绝缘性能以及长期使用的可靠性等关键指标。绝缘层通常由多种聚合物材料以及无机填料复合而成。

2、在复杂的实际工程应用中，电缆不可避免地会受到落石、重物砸击或敷设过程中的机械拖拽等各种复杂的外力作用，这就要求绝缘层材料具有极佳的韧性和抗冲击性能，能够在承受瞬间高强度外力时吸收并耗散能量，而不发生破裂或绝缘失效，以适应严酷的使用环境。

3、现有技术中，聚烯烃弹性体与高密度聚乙烯的共混物与碳纳米管配合常被用于提升护套性能，但是碳纳米管因范德华力极易团聚且与非极性的聚合物基体界面相容性差，受力时易在界面处产生应力集中而导致绝缘层破裂及力学、电气性能下降。为了解决上述技术问题，本发明提出了一种新的抗冲击绝缘护套电缆。

技术实现思路

1、本发明提出一种抗冲击绝缘护套电缆，旨在通过分子的界面化学交联以及聚合物基体间的协同耗能作用提升电缆的综合性能。

2、本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提出一种抗冲击绝缘护套电缆，由内至外依次包括导体、屏蔽层和绝缘层，所述绝缘层包括以下重量份组分的原料：高密度聚乙烯50~70份、聚烯烃弹性体20~30份、表面氨基化碳纳米管0.2~0.8份、笼形聚倍半硅氧烷0.1~0.5份、相容剂3~6份、抗氧剂0.5~2份、阻燃剂15~25份和润滑剂0.5~1.5份；其中，所述表面氨基化碳纳米管通过混酸氧化，并依次通过酰氯化以及加入乙二胺反应改性得到。

4、作为进一步的技术方案，所述表面氨基化碳纳米管的制备方法包括：

5、（1）混酸氧化：将碳纳米管分散于浓硫酸与浓硝酸的混合溶液中，在60~80℃条件下超声并搅拌4~8h，过滤、洗涤、干燥，得到羧基化碳纳米管；

6、（2）第一次改性：将所述羧基化碳纳米管分散于二氯亚砜中，加入n,n-二甲基甲酰胺作为催化剂，在60~80℃条件下回流反应6~10h，蒸馏去除溶剂、洗涤、干燥，得到酰氯化碳纳米管；

7、（3）第二次改性：将酰氯化碳纳米管分散于甲苯中，加入乙二胺，在90~110℃条件下反应8~12h，过滤、洗涤、干燥，得到表面氨基化碳纳米管。

8、作为进一步的技术方案，所述混合溶液中浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1，且碳纳米管与混合溶液的质量体积比为1g:20~40ml。

9、作为进一步的技术方案，所述乙二胺与酰氯化碳纳米管的质量比为5~10:1。

10、本发明中选择乙二胺对碳纳米管进行表面氨基化修饰，与其他长链乙二胺相比，乙二胺的短链结构使其能够密集地接枝在碳纳米管表面。这些活性的端氨基基团在后续熔融共混过程中，极易与笼形聚倍半硅氧烷（poss）上的环氧基团发生开环反应。这种反应能够真正实现碳纳米管与poss的化学桥接，形成稳定的化学键合。长链乙二胺不仅空间位阻大，且容易在碳纳米管自身之间发生交联而加剧团聚，因此选择乙二胺能够更有效地改善碳纳米管与后续基体间的相容性。

11、作为进一步的技术方案，所述笼形聚倍半硅氧烷型号为ep0409。

12、作为进一步的技术方案，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。

13、作为进一步的技术方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168按质量比1:1~2组成的混合物。

14、作为进一步的技术方案，所述阻燃剂为四溴双酚a与三氧化二锑按质量比2~3:1组成的混合物。

15、作为进一步的技术方案，所述润滑剂为硬脂酸锌或聚乙烯蜡。

16、作为进一步的技术方案，所述抗冲击绝缘护套电缆的制备步骤包括：s1、将屏蔽层材料包覆于导体外侧，得到半成品；s2、按重量份称取绝缘层的各组分原料，混合均匀后，经双螺杆挤出机熔融共混、造粒，得到绝缘料；s3、将绝缘料通过挤出机挤包在所述半成品外侧，形成绝缘层，得到抗冲击绝缘护套电缆。

17、本发明的工作原理及有益效果为：

18、本发明中聚烯烃弹性体与高密度聚乙烯的共混物与表面氨基化碳纳米管配合，同时结合笼形聚倍半硅氧烷（poss），三者协同作用解决了现有技术中碳纳米管团聚及界面相容性差的问题，同时极大地提升了电缆护套抗冲击的效果。

19、具体而言，其一，碳纳米管虽为导电材料，但本发明将其添加量严格控制在0.2~0.8份的极低范围内。在这一微量添加下，碳纳米管被绝缘的高分子基体完全包裹并隔离，无法在材料内部形成连续的导电通路，从而确保了电缆护套在获得力学增强的同时，依然保持优异的电气绝缘性能。

20、其二，加入的笼形聚倍半硅氧烷（poss）含有的环氧基团在熔融共混过程中，能与表面氨基化碳纳米管上的氨基发生高效的环氧-胺开环反应，从而将poss分子牢固地接枝到碳纳米管表面。poss分子的有机侧基能够有效降低碳纳米管表面的极性，阻碍碳纳米管之间的团聚，使其在非极性的聚乙烯和聚烯烃弹性体共混基体中达到纳米级别的均匀分散，从而有效解决碳纳米管团聚和界面相容性差的问题。

21、其三，笼形聚倍半硅氧烷具有独特的无机硅氧烷刚性“笼状”核结构，当材料受到外界强烈机械冲击时，碳纳米管构成的柔性一维网络结构首先发生弹性形变吸收能量，同时通过化学键连接在碳纳米管上的刚性poss分子如同纳米级的阻尼节点，能够通过分子水平的微观摩擦和笼状结构的应力分散，极大程度地耗散冲击能量。碳纳米管的一维网络与poss的三维刚性笼状结构完美配合，赋予了绝缘层刚柔并济的微观网络特性，从而显著提升了电缆护套抗冲击的效果，使电缆绝缘层在承受严酷机械破坏时表现出优异的综合性能。

1.一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，由内至外依次包括导体、屏蔽层和绝缘层，所述绝缘层包括以下重量份组分的原料：高密度聚乙烯50~70份、聚烯烃弹性体20~30份、表面氨基化碳纳米管0.2~0.8份、笼形聚倍半硅氧烷0.1~0.5份、相容剂3~6份、抗氧剂0.5~2份、阻燃剂15~25份和润滑剂0.5~1.5份；其中，所述表面氨基化碳纳米管通过混酸氧化，并依次通过酰氯化以及加入乙二胺反应改性得到。

2.根据权利要求1所述的一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述表面氨基化碳纳米管的制备方法包括：

3.根据权利要求2所述的一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述混合溶液中浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1，且碳纳米管与混合溶液的质量体积比为1g:20~40ml。

4.根据权利要求2所述的一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述乙二胺与酰氯化碳纳米管的质量比为5~10:1。

5.根据权利要求1所述的一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述笼形聚倍半硅氧烷型号为ep0409。

6.根据权利要求1所述的一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。

7.根据权利要求1所述的一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168按质量比1:1~2组成的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述阻燃剂为四溴双酚a与三氧化二锑按质量比2~3:1组成的混合物。

9.根据权利要求1所述的一种抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌或聚乙烯蜡。

10.根据权利要求1-9任一项所述的抗冲击绝缘护套电缆，其特征在于，所述抗冲击绝缘护套电缆的制备步骤包括：s1、将屏蔽层材料包覆于导体外侧，得到半成品；s2、按重量份称取绝缘层的各组分原料，混合均匀后，经熔融共混、造粒，得到绝缘料；s3、将绝缘料通过挤包在所述半成品外侧，形成绝缘层，得到抗冲击绝缘护套电缆。