一种高耐磨环保型挤包绝缘低压电力电缆材料的制作方法

本发明涉及电缆材料，具体涉及一种高耐磨环保型挤包绝缘低压电力电缆材料。

背景技术：

1、低压电力电缆是输配电系统的核心基础部件，广泛应用于建筑布线、工业制造、新能源场站、轨道交通等诸多领域，当前的低压电力电缆绝缘材料常用聚氯乙烯、交联聚乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚烯烃弹性体等树脂体系，其中的聚氯乙烯材料加工方便、成本较低，但燃烧时容易释放烟雾及含卤腐蚀性气体，不利于环保和人员疏散安全。

2、目前，低烟无卤聚烯烃材料虽然在环保性和低烟性方面具有优势，但通常需要加入较高含量的氢氧化镁、氢氧化铝等无机阻燃剂才能达到较好的阻燃效果，大量无机阻燃剂的加入会明显增加体系黏度，并容易造成填料团聚、界面结合差、加工流动性下降等问题，从而导致材料拉伸强度、断裂伸长率和电绝缘稳定性降低；

3、为了改善低烟无卤电缆料的耐磨性，在现有技术中也会加入硅油、聚乙烯蜡、超高分子量聚乙烯粉、氮化硼、勃姆石等润滑或耐磨组分，但这些组分如果只是直接共混，往往存在相容性差、分散不均、容易析出或在摩擦过程中脱落的问题，耐磨效果不稳定，还可能削弱材料的阻燃性、力学性能和挤包加工性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高耐磨环保型挤包绝缘低压电力电缆材料，用于解决在现有技术中的低烟无卤电缆材料的阻燃、低烟、耐磨和电绝缘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：一种高耐磨环保型挤包绝缘低压电力电缆材料，包括导体以及挤包于导体外周的绝缘层，所述绝缘层包括按重量份计的以下组成：聚丙烯40-48份、低密度聚乙烯18-22份、乙烯-辛烯共聚物26-28份、相容性阻燃耐磨母粒75-85份、引发剂0.1-0.2份和添加助剂3份；

3、所述相容性阻燃耐磨母粒由阻燃改性粒子、氨修饰分散填料、聚多巴胺包覆pe粉和poe-g-mah经密炼混合后得到。

4、进一步的，所述阻燃改性粒子、氨修饰分散填料、聚多巴胺包覆pe粉和poe-g-mah的重量比为25-28:12-16:28-33:50-55。

5、进一步的，相容性阻燃耐磨母粒的制备方法为：将阻燃改性粒子、氨修饰分散填料、聚多巴胺包覆pe粉和poe-g-mah加入密炼机中，设置密炼温度为125-135℃，密炼混合18-22min，出料，得到相容性阻燃耐磨母粒。

6、进一步的，阻燃改性粒子的制备方法为：将2-氨基乙基膦酸、氨基封端聚甲基苯基聚硅氧烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和无水乙醇混合，反应体系升温至50-60℃，保温反应60-80min，反应体系降温至室温，向反应体系中加入碱液，室温下搅拌20-30min，向反应体系中加入硼酸和植酸锌，反应体系升温至70-80℃，保温反应50-60min，向反应体系中加入氢氧化镁与氢氧化铝，保温搅拌160-180min，后处理，得到阻燃改性粒子。

7、进一步的，所述2-氨基乙基膦酸、氨基封端聚甲基苯基聚硅氧烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇、碱液、硼酸、植酸锌、氢氧化镁和氢氧化铝的用量比为3.8-4.2g:8-9g:6-7g:100ml:10ml:0.8-1g:1.3-1.7g:15-17g:21-23g，所述碱液为0.5-0.8mol/l氢氧化钠水溶液，所述后处理包括：反应完成之后，反应体系抽负压，减压蒸除低沸物，得到阻燃改性粒子。

8、进一步的，氨基封端聚甲基苯基聚硅氧烷的制备方法为：将八甲基环四硅氧烷、二苯基二乙氧基硅烷、二乙氧基甲基乙烯基硅烷和硫酸混合搅拌，反应体系升温至85-95℃，保温反应50-70min，向反应体系中加入1,3-二(氨基丙基)四甲基二硅氧烷，保温反应2-3h，后处理，得到氨基封端聚甲基苯基聚硅氧烷。

9、进一步的，所述八甲基环四硅氧烷、二苯基二乙氧基硅烷、二乙氧基甲基乙烯基硅烷、硫酸和1,3-二(氨基丙基)四甲基二硅氧烷的重量比为28-30:10-12:3-4:0.1-0.5:10-11，所述硫酸的质量分数为80-85%，所述后处理包括：反应完成之后，向反应体系中加入无水碳酸钠，调节体系ph=7，然后向反应体系中加入纯化水，搅拌分散20-30min，静置分液，上层油相用纯化水洗涤3次后转移到水浴温度为80-90℃的旋转蒸发仪中，减压蒸除低沸物，得到氨基封端聚甲基苯基聚硅氧烷。

10、进一步的，氨修饰分散填料的制备方法为：将六方氮化硼、片状勃姆石、氨丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、无水乙醇和去离子水混合搅拌，反应体系升温至55-65℃，向反应体系中加入氢氧化钠水溶液，保温反应2-3h，后处理，得到氨修饰分散填料。

11、进一步的，所述六方氮化硼、片状勃姆石、氨丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、无水乙醇、去离子水和氢氧化钠水溶液的用量比为60-70g:40-50g:4-5g:1.8-2g:800ml:80ml:10-15ml，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.5-0.8mol/l，所述后处理包括：反应完成之后，反应体系降温至室温，抽滤，滤饼用去离子水洗涤3次后转移到温度为70-80℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到氨修饰分散填料。

12、进一步的，聚多巴胺包覆pe粉的制备方法为：将超高分子量聚乙烯微粉、tris-hcl缓冲液混合，超声分散40-50min，向反应体系中加入盐酸多巴胺，室温下搅拌反应6-8h，后处理，得到聚多巴胺包覆pe粉。

13、进一步的，所述超高分子量聚乙烯微粉、tris-hcl缓冲液、盐酸多巴胺的用量比为10g:500ml:2-3g，所述tris-hcl缓冲液浓度为0.1mol/l，ph=8.5，所述后处理包括：反应完成之后，抽滤，滤饼用纯化水洗涤至中性后抽干，滤饼转移到温度为70-80℃的干燥箱中干燥至恒重，得到聚多巴胺包覆pe粉。

14、进一步的，还提出一种高耐磨环保型挤包绝缘低压电力电缆材料的制备工艺，具体为：将聚丙烯、低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、相容性阻燃耐磨母粒、引发剂和添加助剂混合后加入双螺杆挤出机中，熔融混炼28-32s，挤出包覆在导体的外部，水冷后，在导体外部形成厚度为0.8±0.05mm的绝缘层，得到高耐磨环保型挤包绝缘低压电力电缆材料。

15、进一步的，所述聚丙烯、低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、相容性阻燃耐磨母粒、引发剂和添加助剂的重量比为40-48:18-22:26-28:75-85:0.1-0.2:3，所述引发剂为过氧化二异丙苯，所述辅助添加剂由抗氧剂1010、抗氧剂168、乙撑双硬脂酰胺、β晶型聚丙烯成核剂按重量比5:3:4:1组成，所述双螺杆挤出机的各温区温度依次为：一区145℃、二区150℃、三区155℃、四区165℃、五区175℃、六区180℃、七区180℃、八区185℃，挤包机头温度为180-185℃，模口温度为185-192℃；螺杆转速为180-220r/min。

16、本发明具备下述有益效果：

17、本发明是在母粒制备阶段，以poe-g-mah的柔性poe链段与聚烯烃基体的相容性，并利用马来酸酐基团与阻燃改性粒子、氨修饰分散填料以及聚多巴胺包覆pe粉表面的氨基、羟基或酚羟基发生反应或强相互作用，从而先把多种功能组分预先包覆、分散和连接起来，在后续双螺杆挤包时，过氧化二异丙苯分解产生少量自由基，使聚烯烃链段与聚硅氧烷中的乙烯基发生有限接枝或锚定反应，使得绝缘层内部形成聚烯烃连续相、poe-g-mah相容桥、阻燃耐磨功能粒子复合的复合结构，进而减少界面孔隙和填料团聚，提高应力传递和能量耗散能力，使得材料在具有较高氧指数、较低烟密度、较低质量磨损和较低摩擦系数的同时，仍能够保持较高的拉伸强度、断裂伸长率和20℃体积电阻率，解决了传统低烟无卤电缆料中阻燃性、耐磨性、柔韧性和电绝缘稳定性难以兼顾的问题。

18、本发明还以八甲基环四硅氧烷、二苯基二乙氧基硅烷和二乙氧基甲基乙烯基硅烷在酸性条件下发生开环、缩合和硅氧键重排反应，形成含苯基、乙烯基和氨基端基的聚甲基苯基聚硅氧烷；然后聚甲基苯基聚硅氧烷又与2-氨基乙基膦酸、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、硼酸、植酸锌、氢氧化镁和氢氧化铝发生环氧开环、水解缩合、氢键结合、酸碱或配位作用，使氢氧化镁和氢氧化铝表面形成含硅、磷、硼、锌的复合改性层，使得到的阻燃改性粒子具有有机硅相容界面和多元素阻燃界面，从而减少阻燃剂在聚烯烃基体中的团聚，降低填料对拉伸强度、断裂伸长率和体积电阻率的不利影响，并且在燃烧时通过氢氧化镁、氢氧化铝吸热释水，磷、锌促进成炭，硼形成玻璃化屏蔽层，硅形成含硅残余结构，从而提高氧指数并降低烟密度，使材料表现出较好的低烟无卤环保阻燃效果。

19、本发明还采用氨丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷对六方氮化硼和片状勃姆石进行表面处理后，使得填料表面同时具有氨基活性位点和长链疏水结构，其氨基位点能够与poe-g-mah中的马来酸酐基团发生开环反应或形成强极性作用，长链疏水结构则提高片状填料在聚烯烃熔体中的润湿和分散效果；超高分子量聚乙烯微粉经多巴胺自聚合包覆后，在其表面形成含邻苯二酚、氨基和亚胺结构的聚多巴胺层，使原本界面惰性的pe微粉能够与相容剂、阻燃粒子和片状填料产生更强的界面结合，在材料中，六方氮化硼提供片层滑移减摩作用，片状勃姆石提供抗刮擦和抗犁削支撑，超高分子量聚乙烯微粉提供自润滑和抗磨耗作用，而聚多巴胺层和硅烷改性层又能防止这些耐磨组分在摩擦过程中从基体中脱落，从而降低质量磨损和摩擦系数的同时避免因填料脱粘、颗粒剥落而造成二次磨粒磨损，使绝缘层获得更稳定的长期耐磨性能。