一种高强度CPVC电缆保护管及其制备方法与流程

本发明涉及电缆保护管，具体涉及一种高强度cpvc电缆保护管及其制备方法。

背景技术：

1、氯化聚氯乙烯（cpvc）是聚氯乙烯经氯化改性得到的高分子材料，相较于普通pvc，其氯含量更高，具备更优异的耐热性、阻燃性、绝缘性与耐腐蚀性。

2、cpvc分子链的结构简单，不含有复杂的活性基团，而且其分子结构中含氯量极高，因而具有良好的阻燃性能。此外，cpvc材料还具有较好的绝缘性能，因此在电力行业具有广泛的应用前景。例如，cpvc材料常用于制造埋地高压电力电缆保护管。

3、随着城市管网和电力基础设施对管材服役寿命及安全性的要求不断提高，普通cpvc管材在同时满足高强度、高韧性和长期热稳定性方面仍存在明显不足。cpvc在生产过程中由于经过氯化反应，反应时除了发生正常的取代反应，也会引发一些副反应，在cpvc分子链中引入不稳定氯、不饱和双键、头-头结构等，导致cpvc材料的热稳定性下降，同时导致cpvc材料的脆性提高。为提升cpvc管材的综合性能，通常需加入热稳定剂、增韧改性剂及无机填料等。然而，传统热稳定剂多采用金属皂或有机锡化合物，存在分散性差、易迁移析出、长期热稳定效果有限等问题；常用弹性体或刚性粒子增韧虽能改善抗冲击性，却往往以牺牲刚性和耐热性为代价。因此，现有氯化聚氯乙烯电缆保护管存在强度不足、脆性大以及耐热性差等缺陷，使得该技术使用十分受限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高强度cpvc电缆保护管及其制备方法，解决以下技术问题：

2、现有的氯化聚氯乙烯电缆保护管存在强度不足、脆性大以及耐热性差的问题。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种高强度cpvc电缆保护管，至少包括以下质量份原料：

5、cpvc树脂100份；丙烯酸酯接枝铈锌共负载层状双金属氢氧化物8-12份；氰尿酸锆负载马来酸酐接枝交联pvc微球10-14份；加工助剂2-4份；抗氧剂0.5-1.5份；润滑剂1-2份。

6、作为本发明的进一步方案：所述丙烯酸酯接枝铈锌共负载层状双金属氢氧化物的制备方法至少包括以下制备步骤：

7、将氢氧化钠、碳酸钠和去离子水配制的混合碱溶液在搅拌下滴加至六水合硝酸镁、九水合硝酸铁、三水合硝酸铜和去离子水配制的混合盐溶液中，至体系ph为9.5-10.5后继续搅拌，于55-65℃晶化10-14h后，洗涤、烘干并研磨，获得层状双金属氢氧化物；

8、将所述层状双金属氢氧化物分散于乙醇/水的混合溶剂中，氮气保护下加入氯化铈、氯化锌和去离子水配制的混合金属溶液，调节体系ph至8-9，于65-75℃下反应1-3h后，洗涤、干燥，获得铈锌共负载层状双金属氢氧化物前驱体；

9、将所述铈锌共负载层状双金属氢氧化物前驱体分散于无水乙醇中，加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的水解液，于65-75℃反应2-4h后，加入丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的混合单体，再加入过硫酸钾溶液，氮气保护下于75-85℃接枝聚合反应3-5h后，洗涤并真空干燥，获得丙烯酸酯接枝铈锌共负载层状双金属氢氧化物。

10、作为本发明的进一步方案：所述混合盐溶液中镁元素、铁元素和铜元素的摩尔比为3-5：2-3：1，所述混合碱溶液中所述氢氧化钠和碳酸钠的摩尔比为1：1-2。

11、作为本发明的进一步方案：所述混合金属溶液中铈元素和锌元素的摩尔比为1：1-3，所述铈锌共负载层状双金属氢氧化物前驱体中所述铈元素和所述锌元素的总负载量为15-20wt%。

12、作为本发明的进一步方案：所述铈锌共负载层状双金属氢氧化物前驱体、所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、所述丙烯酸丁酯和所述甲基丙烯酸甲酯的质量比为100：3-5：10-16：5-8。

13、作为本发明的进一步方案：所述氰尿酸锆负载马来酸酐接枝交联pvc微球的制备方法至少包括以下制备步骤：

14、将二烯丙基三聚氰胺、过氧化二碳酸双(4-叔丁基环己)酯分散于正己烷/乙酸异戊酯的混合溶剂中，冷冻排除空气后通入氯乙烯单体，解冻后于40-50℃反应22-28h，再注入马来酸酐的乙酸异戊酯溶液继续反应5-7h，离心、混洗涤并干燥后，获得马来酸酐接枝交联pvc微球；

15、将马来酸酐接枝交联pvc微球加入90-98℃的三聚氰酸的饱和水溶液中搅拌，再加入氧氯化锆，调节体系ph至7-8，在90-98℃下冷凝回流反应3-5h后，洗涤并真空干燥，获得氰尿酸锆负载马来酸酐接枝交联pvc微球。

16、作为本发明的进一步方案：所述二烯丙基三聚氰胺、所述过氧化二碳酸双(4-叔丁基环己)酯、所述氯乙烯单体和所述马来酸酐的质量比为2-3：0.5-1：100：5-8。

17、作为本发明的进一步方案：所述马来酸酐接枝交联pvc微球、所述三聚氰酸和所述氧氯化锆的质量比为100：15-25：10-20。

18、作为本发明的进一步方案：所述加工助剂为丙烯酸酯类加工助剂，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂中的至少一种，所述润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡或硬脂酸钙中的一种或几种混合。

19、一种如上述任意一项所述的高强度cpvc电缆保护管的制备方法，至少包括以下制备步骤：

20、将cpvc树脂、丙烯酸酯接枝铈锌共负载层状双金属氢氧化物、氰尿酸锆负载马来酸酐接枝交联pvc微球、抗氧剂、加工助剂和润滑剂加入高速混合机中混合，获得预混物料；

21、将所述预混物料加入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出后，经水冷拉条、风冷切粒，获得复合粒料；

22、将所述复合粒料加入单螺杆管材挤出机中，挤出管坯后，冷却定径、冷却、牵引和定长切割后，获得高强度cpvc电缆保护管。

23、本发明的有益效果：

24、本发明提供的氯化聚氯乙烯电缆保护管，以cpvc树脂为基体，添加丙烯酸酯接枝铈锌共负载层状双金属氢氧化物与氰尿酸锆负载马来酸酐接枝交联pvc微球协同增韧增强耐热。其中，丙烯酸酯接枝铈锌共负载层状双金属氢氧化物起到提高cpvc基体内部的长效热稳定和辅助增强作用，氰尿酸锆负载马来酸酐接枝交联pvc微球则有效提高增韧粒子与cpvc基体的界面区域热稳定和高效增韧作用，配合加工助剂、抗氧剂和润滑剂，使管材在保持高环刚度的同时，显著提升了抗冲击性能和长期热氧稳定性。该电缆保护管可广泛用于电力电缆、通信光缆的机械防护与耐热保护领域，特别适用于高压电缆地埋、高温工业厂区、地下综合管廊等严苛工况的电缆防护场景，具备广阔的工程应用前景。

25、本发明制备的丙烯酸酯接枝铈锌共负载层状双金属氢氧化物以层状双金属氢氧化物为载体，将铈和锌的氢氧化物组分沉积于片层表面，形成外层优先反应的梯度热稳定结构。在加工初期，外层铈锌组分率先与游离氯化氢反应，快速抑制初期降解，随着加工的进行，内层双金属氢氧化物通过层间阴离子交换和层板金属配位持续捕获氯化氢，提供中长期的稳定保护。此外，表面接枝的丙烯酸酯聚合物层与cpvc基体相容性优异，不仅提升了填料在基体中的纳米级分散程度，还增强了界面结合力。本发明制备的丙烯酸酯接枝铈锌共负载层状双金属氢氧化物在发挥高效热稳定功能的同时，还对管材的强度起到辅助增强作用，避免了传统无机稳定剂因分散不均而造成的力学性能劣化。

26、本发明制备的氰尿酸锆负载马来酸酐接枝交联pvc微球将氰尿酸锆原位负载于交联pvc微球表面。马来酸酐接枝交联pvc微球作为刚性增韧粒子，通过应力集中效应诱发基体产生银纹与剪切带，高效吸收冲击能量，显著提升管材的抗冲击性能。微球表面原位负载的氰尿酸锆通过锆离子的高配位作用快速置换cpvc分子链上的烯丙基氯原子，从源头抑制加工初期的热降解与黄变，且氰尿酸锆通过配位键锚定在微球表面，可精准分布于微球与基体的界面缺陷区域，具有更高效的初期hcl捕获能力，延缓界面失效，从而协同提升材料的热稳定性和长期服役性能，同时从根本上避免了小分子稳定剂迁移析出的喷霜问题。