一种多功能复合型光伏电缆及其加工工艺的制作方法

本发明涉及电缆，具体涉及一种多功能复合型光伏电缆及其加工工艺。

背景技术：

1、在现代生活中，光伏技术作为一种将太阳光转化为电能的关键技术，越来越受到人们的关注和应用。光伏电缆即是用于传输光伏太阳能电池产生的电力的一种电缆。常见的光伏电缆主要用于太阳能发电系统的接入和电力传输，但是随着技术的进步和用户需求的多样化，对光伏电缆的功能提出了更高的要求。传统的光伏电缆虽然能够满足基本的电力传输需求，但高温天气，会对电缆的绝缘材料造成损伤，从而影响其导电性能和使用寿命，并且传统光伏电缆往往忽略了阻燃要求，因此，本发明提供了一种多功能复合型光伏电缆及其加工工艺，显著增强电缆在各种恶劣环境下的适应性和可靠性。

技术实现思路

1、为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种多功能复合型光伏电缆及其加工工艺，解决了现有的光伏电缆耐高温性能不足、阻燃能力差的问题。

2、第一方面，本技术提供了一种多功能复合型光伏电缆，包括导体及导体外部的护套料；

3、其中，导体包括镀锡铜丝；

4、其中，护套料包括以下重量份组分：

5、聚乙烯80-90份、磷杂菲-三嗪-砜基-吡啶芴基聚酰亚胺20-30份、二氧化硅、抗氧化剂1010 1.5-2.5份、相容剂3-4.5份以及润滑剂0.5-1份；

6、其中，所述磷杂菲-三嗪-砜基-吡啶芴基聚酰亚胺由以下步骤制备得到：

7、步骤a1：将偏苯三酸酐酰氯、四氢呋喃加入至安装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，转移至冰水浴中在0-5℃下搅拌，将10-（2，5-二羟基苯基）-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物溶于n，n-二甲基甲酰胺滴加至烧瓶中，加入无水吡啶，升温至24-26℃反应4h，过滤，减压蒸馏去除四氢呋喃与n，n-二甲基甲酰胺，冷却析出晶体，过滤，用乙酸酐重结晶，在80℃减压干燥24h，得到中间体1；

8、

9、步骤a2：将双酚芴、三乙胺以及二氯甲烷加入至安装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，搅拌10-20min，转移至冰水浴中，在0-5℃、1000-2000r/min下搅拌，用恒压滴液漏斗滴加4-溴苯甲酰氯/二氯甲烷溶液反应10min，转移至24-26℃下以1000-2000r/min的转速搅拌18-20h，加入去离子水搅拌10min，分液收集有机相，依次用浓盐酸、饱和碳酸氢钠溶液以及饱和食盐水洗涤，用无水硫酸钠干燥，旋蒸去除二氯甲烷，得到中间体2；

10、

11、步骤a3：将2-氨基-5-溴吡啶、二氯甲烷加入至安装有搅拌器的双口烧瓶中，搅拌5-10min，滴加二碳酸二叔丁酯和氢氧化钠溶液，反应4-6h，减压蒸馏去除二氯甲烷，用饱和食盐水洗涤3次，用正己烷重结晶，抽滤，干燥，得到中间体3；

12、

13、步骤a4：将中间体3、联硼酸频那醇酯、1，1'-双二苯基膦二茂铁二氯化钯以及乙酸钾加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，抽真空置换氩气三次，加入1，4-二氧六环搅拌10-20min，在110℃下反应4h，冷却，加入二氯甲烷与饱和食盐水，用二氯甲烷萃取，分液收集有机相，减压蒸馏去除1，4-二氧六环与二氯甲烷，经石油醚/乙酸乙酯混合溶剂硅胶柱色谱纯化，得到中间体4；

14、

15、步骤a5：将中间体2、中间体4、碳酸钾以及四氢呋喃水溶液加入至安装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，通入氩气脱气30min，转移至油浴锅中，在85℃搅拌5-10min，加入1，1'-双二苯基膦二茂铁二氯化钯反应12-15h，冷却，加入二氯甲烷与饱和食盐水，用二氯甲烷萃取，分液收集有机相，减压蒸馏去除二氯甲烷与四氢呋喃，经石油醚/乙酸乙酯混合溶剂硅胶柱色谱纯化，干燥，得到中间体5；

16、

17、步骤a6：将中间体5加入至安装有搅拌器、球形冷凝管的三口烧瓶中，抽真空置换氩气三次，通入氩气，加入甲醇搅拌5-10min，滴加浓盐酸反应12-18h，用碳酸钠溶液调节ph至7，静置10min，抽滤，用去离子水洗涤，置于干燥箱中在60℃下真空干燥6h，得到中间体6；

18、

19、步骤a7：将对羟基苯甲腈、苯甲酰氯以及氯化铵加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，转移至冰浴锅中搅拌20min，加入三氯化铝搅拌30min，转移至油浴锅中，升温至140℃反应12h，冷却，用冰盐酸水溶液调节ph至2-3，过滤干燥，在110℃下用二甲苯/乙二醇甲醚混合溶剂进行重结晶，干燥，与n，n-二甲基甲酰胺加入至安装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，转移至冰水浴中在0-5℃下搅拌，将偏苯三酸酐酰氯溶于四氢呋喃滴加至烧瓶中，加入无水吡啶，升温至24-26℃反应4h，过滤，减压蒸馏去除四氢呋喃与n，n-二甲基甲酰胺，冷却析出晶体，过滤，用乙酸酐重结晶，在80℃减压干燥24h，得到中间体7；

20、

21、步骤a8：将中间体6、4，4'-二氨基二苯砜以及间甲酚加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，搅拌10-20min，加入中间体1与中间体7搅拌10-20min，加入异喹啉搅拌1h，升温至180℃反应18-20h，冷却，加入至乙醇中，静置过滤，用乙醇洗涤3-5次，置于干燥箱中在60℃下真空干燥6h，得到磷杂菲-三嗪-砜基-吡啶芴基聚酰亚胺。

22、

23、作为本发明进一步的方案：步骤a1中所述偏苯三酸酐酰氯、四氢呋喃、10-（2，5-二羟基苯基）-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、n，n-二甲基甲酰胺以及无水吡啶的用量比为0.1-0.2mol：70-140ml：0.05-0.1mol：50-100ml：0.1-0.2mol。

24、作为本发明进一步的方案：步骤a2中所述双酚芴、三乙胺、二氯甲烷以及4-溴苯甲酰氯/二氯甲烷溶液的用量比为20-40mmol：20-40mmol：100-200ml：100-200ml。

25、作为本发明进一步的方案：步骤a2中所述4-溴苯甲酰氯/二氯甲烷溶液的摩尔浓度为0.44mmol/ml。

26、作为本发明进一步的方案：步骤a2中所述浓盐酸的摩尔浓度为12mol/l。

27、作为本发明进一步的方案：步骤a3中所述2-氨基-5-溴吡啶、二氯甲烷、二碳酸二叔丁酯以及氢氧化钠溶液的用量比为57.4-114.8mmol：100-200ml：63.14-126.28mmol：58-116ml。

28、作为本发明进一步的方案：步骤a3中所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为2mol/l。

29、作为本发明进一步的方案：步骤a4中所述中间体3、联硼酸频那醇酯、1，1'-双二苯基膦二茂铁二氯化钯、乙酸钾以及1，4-二氧六环的用量比为16.78-33.56mmol：16.78-33.56mmol：0.839-1.678mmol：33.57-67.14mmol：60-120ml。

30、作为本发明进一步的方案：步骤a4中所述石油醚/乙酸乙酯混合溶剂中石油醚与乙酸乙酯的体积比为10：1。

31、作为本发明进一步的方案：步骤a5中所述中间体2、中间体4、碳酸钾、四氢呋喃水溶液以及1，1'-双二苯基膦二茂铁二氯化钯的用量比为4.4-8.8mmol：22.02-44.04mmol：22.02-44.04mmol：40-80ml：0.88-1.76mmol。

32、作为本发明进一步的方案：步骤a5中所述四氢呋喃水溶液中四氢呋喃与水的体积比为10：1。

33、作为本发明进一步的方案：步骤a5中所述石油醚/乙酸乙酯混合溶剂中石油醚与乙酸乙酯的体积比为20：1。

34、作为本发明进一步的方案：步骤a6中所述中间体5、甲醇以及浓盐酸的用量比为1.1-2.2mmol：10-20ml：10-20ml。

35、作为本发明进一步的方案：步骤a6中所述浓盐酸的摩尔浓度为12mol/l。

36、作为本发明进一步的方案：步骤a6中所述碳酸钠溶液的摩尔浓度为1mol/l。

37、作为本发明进一步的方案：步骤a7中所述对羟基苯甲腈、苯甲酰氯、氯化铵、三氯化铝、n，n-二甲基甲酰胺、偏苯三酸酐酰氯、四氢呋喃以及无水吡啶的用量比为0.22-0.44mol：0.1-0.2mol：0.3-0.6mol：200-400g：60-120ml：0.1-0.2mol：70-140ml：0.1-0.2mol。

38、作为本发明进一步的方案：步骤a7中所述冰盐酸水溶液的质量分数为10%。

39、作为本发明进一步的方案：步骤a7中所述二甲苯/乙二醇甲醚混合溶剂中二甲苯与乙二醇甲醚的体积比为3：1。

40、作为本发明进一步的方案：步骤a8中所述中间体6、4，4'-二氨基二苯砜、间甲酚、中间体1、中间体7以及异喹啉的用量比为2.5-5mmol：2.5-5mmol：20-40ml：2.5-5mmol：2.5-5mmol：0.12-0.24ml。

41、第二方面，一种多功能复合型光伏电缆的加工工艺，包括以下步骤：

42、步骤一：按照重量份称取聚乙烯80-90份、磷杂菲-三嗪-砜基-吡啶芴基聚酰亚胺20-30份、二氧化硅10-15份、抗氧化剂1010 1.5-2.5份、相容剂3-4.5份以及润滑剂0.5-1份，备用；其中，所述聚乙烯的型号为1050b；所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；所述马来酸酐接枝聚乙烯的型号为ty1053h；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺；

43、步骤二：将聚乙烯、磷杂菲-三嗪-砜基-吡啶芴基聚酰亚胺、二氧化硅、抗氧化剂1010、相容剂以及润滑剂混合，加入至螺旋挤出机中熔融共混后挤出，得到护套料；

44、步骤三：将护套料包裹至镀锡铜丝外部形成护套，冷却后收线，得到多功能复合型光伏电缆。

45、本发明的有益效果：

46、本发明的一种多功能复合型光伏电缆，分别合成含有双酸酐磷杂菲的中间体1、合成含有双氨基吡啶芴的中间体6、含有双酸酐三嗪的中间体7，并与4，4'-二氨基二苯砜聚合得到磷杂菲-三嗪-砜基-吡啶芴基聚酰亚胺，起到了增强电缆防护功能的作用，从而有效地延长了电缆的使用寿命。

47、制备一种多功能复合型光伏电缆，首先利用偏苯三酸酐酰氯与10-（2，5-二羟基苯基）-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物合成含有双酸酐磷杂菲的中间体1，双酚芴与4-溴苯甲酰氯反应得到含有溴代芴的中间体2，利用二碳酸二叔丁酯对2-氨基-5-溴吡啶中的氨基进行保护，得到中间体3，中间体3中的溴与联硼酸频那醇酯中的硼酸基进行单取代反应，得到含有硼酸基的中间体4，利用中间体4中的硼酸基与中间体2中的溴进行反应，得到中间体5，利用浓盐酸对中间体5中的氨基甲酸叔丁酯进行脱保护，得到含有双氨基吡啶芴的中间体6，对羟基苯甲腈、苯甲酰氯以及氯化铵合成双羟基三嗪，双羟基三嗪与偏苯三酸酐酰氯进行反应，得到含有双酸酐三嗪的中间体7，中间体1、中间体6、中间体7与4，4'-二氨基二苯砜聚合得到磷杂菲-三嗪-砜基-吡啶芴基聚酰亚胺，磷杂菲在燃烧时通过气相和凝聚相双重作用阻燃，热分解产物可捕获自由基，抑制燃烧链式反应，同时促进形成致密炭层，减少可燃气体释放和热传导，延缓火焰蔓延，三嗪环的六元氮杂环结构提高聚合物的耐高温能力，使得聚合物在高温下保持尺寸稳定性和力学性能，并且三嗪环的氮原子促进成炭过程，增强阻燃性，砜基的极性促进分子链间相互作用，改善聚合物的高温稳定性，芴基和极性吡啶环改善了高热稳定性和力学性能，通过引入磷杂菲、三嗪、砜基和吡啶芴基结构，聚酰亚胺的耐高温、阻燃、力学性能得到显著提升，满足电缆护套在极端环境下的使用需求。