一种低烟耐高温聚烯烃护套高压电缆及其制备方法与流程
本发明属于电力电缆制造，具体为一种低烟耐高温聚烯烃护套高压电缆及其制备方法。
背景技术：
1、高压电缆是电力系统中远距离传输电能、实现电网互联的核心关键设备，广泛应用于城市主干电网、轨道交通、新能源电站（风电、光伏）、大型工业厂区、高层建筑及地下综合管廊等重要场景。随着电力行业向高电压、大容量、集约化方向发展，以及环保安全法规的不断严苛，高压电缆的服役环境愈发复杂，对其护套材料的综合性能提出了更高要求，不仅需具备优异的绝缘性、机械强度和耐环境老化性能，还必须满足低烟、无卤、耐高温的核心指标，以应对火灾、高温运行等极端工况下的安全需求。
2、目前，高压电缆护套材料主要分为传统材料和改性聚烯烃材料两大类。传统护套材料以聚氯乙烯、普通聚乙烯和橡胶为主，存在诸多难以克服的性能短板：pvc护套虽成本低廉、加工简便，但燃烧时会释放大量浓烟、卤化氢等有毒有害气体，不仅易导致火灾现场人员窒息，还会腐蚀电力设备和金属构件，不符合现代环保安全趋势，已逐步被限制使用；普通pe护套耐高温性能较差，长期运行温度仅能维持在70-90℃，而高压电缆满负载运行时，导体温度可达90-105℃，热量传导至护套后，易导致材料软化变形、热老化加速，甚至出现脆裂、脱落，严重影响电缆的绝缘性能和服役寿命。
3、公告号为cn118652489b的中国专利公告了一种低烟无卤阻燃聚烯烃护套电力电缆，该方案采用勃姆石作为阻燃功能填料，通过有机表面改性调控勃姆石颗粒的表面极性，有效改善了无机填料与非极性聚乙烯基体间的界面相容性，缓解了填料团聚问题。但勃姆石本质为刚性无机填料，即便经过有机改性优化界面结合，其刚性颗粒引入聚乙烯基体后，仍会破坏聚乙烯连续的柔性高分子链网络，易在填料-基体界面处形成应力集中点，在外力作用下诱发微裂纹萌生与扩展，最终造成聚乙烯基复合材料的韧性与抗冲击性能劣化。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种低烟耐高温聚烯烃护套高压电缆及其制备方法，通过改性低密度聚乙烯母粒和改性高密度聚乙烯母粒共挤出，分别作为绝缘层和护套层，改性高密度聚乙烯母粒高于改性低密度聚乙烯母粒的结晶度，因此冷却收缩率更大，共挤冷却时，护套层的收缩量大于内层绝缘层，会在绝缘层表面产生一个均匀的径向抱紧力，使界面剥离强度提高，解决电缆在弯曲、拖拽过程中容易出现的层间脱层问题，并且该过程中，绝缘层中含有adp/勃姆石核壳粉末，能够发挥滚珠效应，通过滑移分散应力，提高熔体流动性，维持高压电缆的冲击强度，大幅改善高压电缆的加工挤出性能。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种低烟耐高温聚烯烃护套高压电缆，由内到外的结构依次为导体线芯、屏蔽层、绝缘层和护套层。
4、一种低烟耐高温聚烯烃护套高压电缆的制备方法，包括如下步骤：
5、步骤一：通过反相乳液聚合法，在adp粉末表面原位聚合形成聚甲基丙烯酸羟乙酯包覆层，得到改性adp粉末；以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯为桥梁，利用异氰酸酯基与羟基的加成反应，分别制备出预聚改性adp和预聚改性勃姆石，再通过1,4-丁二醇扩链反应，使勃姆石通过聚氨酯链段共价键合在改性adp粉末表面，得到adp/勃姆石核壳粉末。
6、步骤二：将低密度聚乙烯、adp/勃姆石核壳粉末、乙撑双硬脂酸酰胺和线芯填料熔融共混，挤出造粒，制备出改性低密度聚乙烯母粒；通过水热合成法制备出镍基mof后与马来酸酐接枝高密度聚乙烯、乙撑双硬脂酸酰胺和护套填料熔融共混，挤出造粒，制备出改性高密度聚乙烯母粒。
7、步骤三：将半导电屏蔽料作为屏蔽层、改性低密度聚乙烯母粒作为绝缘层、改性高密度聚乙烯母粒作为护套层，与导体线芯采用三层共挤工艺，实现绝缘层、护套层与导体无间隙紧密包覆，得到低烟耐高温聚烯烃护套高压电缆。
8、进一步地，改性adp粉末具体制备步骤如下：
9、将adp粉末、甲基丙烯酸羟乙酯和乙二醇二甲基丙烯酸酯加入反应釜中，在20-25℃和500-600r/min的条件下搅拌20-30min，然后加入tween-80和span-80，加热至70-80℃，继续搅拌10-12min，形成油相混合物；将十二烷基苯磺酸钠和去离子水加入反应釜中，在70-75℃和500-600r/min的条件下搅拌20-30min，然后加入油相混合物和偶氮二异丁腈，继续搅拌反应4-5h，1000-1200r/min离心4-6min，过滤，将产物用去离子水洗涤2-4次，60-70℃真空干燥1-2h，得到改性adp粉末。
10、进一步地，adp粉末、甲基丙烯酸羟乙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、tween-80和span-80的质量比为10-12：3-5：0.5-0.7：0.4-0.6：1.2-1.5。
11、进一步地，十二烷基苯磺酸钠、去离子水、油相混合物和偶氮二异丁腈的用量比为0.2-0.5g：250-300ml：15-16g：0.15-0.2g。
12、进一步地，预聚改性adp具体制备步骤如下：
13、将改性adp粉末、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡按照8-10：30-40：0.05-0.07的质量比加入反应釜中，在氮气氛围、20-25℃和500-600r/min的条件下搅拌20-30min，加热至80-90℃，继续搅拌反应2-4h，得到预聚改性adp。
14、进一步地，预聚改性勃姆石具体制备步骤如下：
15、将勃姆石、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡按照6-8：14-18：0.02-0.04的质量比加入反应釜中，在氮气氛围下，加热至80-90℃，继续搅拌反应2-4h，得到预聚改性勃姆石。
16、进一步地，adp/勃姆石核壳粉末具体制备步骤如下：
17、将预聚改性adp、预聚改性勃姆石和1,4’-丁二醇按照加入6-8：4-6：2-4的质量比反应釜中，在80-90℃和500-600r/min的条件下扩链反应2-3h，过滤，将产物用去离子水洗涤2-4次，60-70℃真空干燥1-2h，得到adp/勃姆石核壳粉末。
18、进一步地，镍基mof具体制备步骤如下：
19、将硝酸镍、2,5-二羟基对苯二甲酸和n,n-二甲基甲酰胺加入聚四氟乙烯水热反应釜中，在120-130℃和500-600r/min的条件下搅拌10-12h，反应结束后，5000-6000r/min下离心5-8min，将沉淀用n,n-二甲基甲酰胺和无水乙醇分别洗涤2-4次，60-70℃真空干燥1-2h，得到镍基mof。
20、进一步地，硝酸镍、2,5-二羟基对苯二甲酸和n,n-二甲基甲酰胺的用量比为18-20g：12-15g：800-900ml。
21、进一步地，改性低密度聚乙烯母粒具体制备步骤如下：
22、将低密度聚乙烯、adp/勃姆石核壳粉末、乙撑双硬脂酸酰胺和线芯填料混合均匀后加入同向平行双螺杆挤出机中，在180-185℃和180-190r/min下挤出，造粒，得到改性低密度聚乙烯母粒。
23、进一步地，低密度聚乙烯、adp/勃姆石核壳粉末、乙撑双硬脂酸酰胺和线芯填料的质量比为70-80：10-15：1-2：5.5-8.4。
24、进一步地，改性高密度聚乙烯母粒具体制备步骤如下：
25、将马来酸酐接枝高密度聚乙烯、镍基mof、乙撑双硬脂酸酰胺和护套填料混合均匀后加入同向平行双螺杆挤出机中，在180-185℃和180-190r/min下挤出，造粒，得到改性高密度聚乙烯母粒。
26、进一步地，马来酸酐接枝高密度聚乙烯、镍基mof、乙撑双硬脂酸酰胺和护套填料的质量比为70-80：10-12：1-2：22.5-31。
27、进一步地，导体线芯具体制备步骤如下：
28、将退火软铜单丝在框式绞线机或管式绞线机上，按14-18倍节径比进行同心绞合，制得导体线芯。
29、本发明的有益效果：
30、1.本发明的低烟耐高温聚烯烃护套高压电缆，通过改性低密度聚乙烯母粒和改性高密度聚乙烯母粒共挤出，分别作为绝缘层和护套层，改性高密度聚乙烯母粒高于改性低密度聚乙烯母粒的结晶度，因此冷却收缩率更大，共挤冷却时，护套层的收缩量大于内层绝缘层，会在绝缘层表面产生一个均匀的径向抱紧力，使界面剥离强度提高，解决电缆在弯曲、拖拽过程中容易出现的层间脱层问题，并且该过程中，绝缘层中含有adp/勃姆石核壳粉末，能够发挥滚珠效应，通过滑移分散应力，提高熔体流动性，维持高压电缆的冲击强度，大幅改善高压电缆的加工挤出性能。
31、2.本发明的adp/勃姆石核壳粉末，通过甲基丙烯酸羟乙酯在adp表面原位聚合包覆，形成致密的聚甲基丙烯酸羟乙酯包覆层，可有效降低adp的吸湿性，解决其易吸潮导致的阻燃性能衰减、加工稳定性不足及电气性能劣化的问题；利用包覆层残留的羟基，结合勃姆石表面固有的羟基，与异氰酸酯基团发生共价反应，以聚氨酯链段作为共价键连接桥梁，构建形成以adp为核、勃姆石为壳的稳定核壳结构。该核壳结构在充分发挥adp的阻燃抑烟功效与勃姆石的物理阻隔、炭层增强作用的同时，可有效维持高压电缆绝缘及护套层的力学强度，避免传统阻燃剂添加导致的材料脆化和力学性能下降；此外，聚氨酯链段与聚乙烯基体具有优异的相容性，可显著抑制adp/勃姆石核壳粉末在熔融加工及使用过程中的团聚现象，保障材料加工性能与阻燃性能的均匀性；同时，聚氨酯链段与勃姆石外壳形成双重屏障，能够有效阻挡adp向护套表面迁移、析出，避免因析出导致的表面泛白及阻燃持久性下降，提升高压电缆的长期运行可靠性。
32、3.本发明的护套层中含有镍基mof，并且马来酸酐的极性基团可与镍基mof表面的羟基形成氢键，能够显著改善镍基mof在聚乙烯基体中的分散性，避免团聚，镍基mof中的镍离子作为高效的lewis酸催化剂，可促进聚乙烯基体的脱氢和交联反应，使聚乙烯在燃烧初期快速形成致密的炭层，减少可燃气体的释放，并且其多孔的性质能够吸附释放的烟气；燃烧过程中，外层护套中镍基mof受热分解生成高活性纳米nio颗粒，在燃烧温度梯度与热对流作用下向内层扩散，内层adp/勃姆石核壳粉末热解生成偏磷酸铝玻璃相，扩散至界面的nio颗粒与偏磷酸玻璃相发生固相反应，镍离子掺杂进入磷酸盐晶格内部，可显著提高磷酸盐玻璃相的软化温度与高温熔体粘度，使其在高温火焰作用下不易发生熔融流动与下垂滴落，有效抑制燃烧熔滴产生，同时提升炭层致密性与高温结构稳定性。