一种高性能聚丙烯电缆护套及其制备方法与流程
本技术涉及高分子材料，更具体地说，它涉及一种高性能聚丙烯电缆护套及其制备方法。
背景技术：
1、电力电缆与通信电缆是电力传输、信号传输系统的核心基础载体，广泛应用于城市电网、轨道交通、新能源工程、工矿企业及民用建筑等诸多领域。电缆护套作为包裹在电缆最外层的防护结构，承担着绝缘防护、机械缓冲、防水防潮、耐候防腐及抗外力破坏的重要作用，其材料性能直接决定电缆的敷设适配性、运行稳定性与长期服役寿命。相较于传统聚氯乙烯、普通聚乙烯护套材料，聚丙烯（pp）材料具备耐热等级高、绝缘性好、耐化学腐蚀、可回收再利用、加工成型性佳等诸多优势，逐步成为中高端电缆护套的主流基材，可有效弥补传统护套耐热不足、易老化、不环保等缺陷。
2、相关技术中，如公开号为cn112126156a的专利申请文件公开了一种耐辐照聚丙烯电缆护套料，其特征在于，由如下重量份的原料制成：聚丙烯10-50份、滑石粉20-40份、ccr603轻钙15-25份、d0tp增塑剂5-10份、us70树脂粉5-10份、pl500交联剂1-10份、聚乙烯蜡1-3份、半精炼石蜡1-3份、防老剂1-3份、yl-18a阻燃剂1-3份、氧化镁1-3份、炭黑10-15份、tj1016-a2稳定剂1-10份、copt-40乙丙胶1-30份、4045乙丙胶5-20份。其中，聚丙烯、copt-40乙丙胶、4045乙丙胶的重量比为2：1.2：1。上述技术方案通过在聚丙烯体系中引入三元乙丙橡胶，提高了体系的柔韧性，使得电缆护套料在辐照情况下吸收的能量可以转移至三元乙丙橡胶的链段中得到释放，同时通过调节聚丙烯、及不同功能乙丙胶组分之间的比例，有效提高了电缆护套料的热寿命和耐辐照性能。
3、然而，在实际电缆敷设安装与长期服役过程中，电缆护套需持续承受敷设拖拽时的刮擦摩擦、砂石土壤的磨粒磨损以及运行振动带来的往复摩擦作用。上述现有技术方案体系中大量填充滑石粉、轻质碳酸钙等无机填料，其与聚丙烯基体的界面相容性较差，在摩擦受力过程中易发生填料脱落并作为硬质磨粒加速表面磨损进程；另一方面，为改善韧性引入的大量乙丙橡胶相，会降低材料整体的表面硬度与抗划伤能力，最终导致聚丙烯电缆护套在复杂工况下易出现表面磨耗超标、护套层变薄甚至磨穿破损的问题，存在耐磨性能不佳的缺陷，严重制约了聚丙烯护套材料在高磨损敷设场景下的推广应用。
技术实现思路
1、为了提升聚丙烯电缆护套的耐磨性，本技术提供一种高性能聚丙烯电缆护套及其制备方法。
2、本技术提供的一种高性能聚丙烯电缆护套，采用如下的技术方案：
3、一种高性能聚丙烯电缆护套，包括如下重量份数原料：
4、聚丙烯60-80份；
5、乙烯-辛烯共聚物8-18份；
6、聚四氟乙烯原位负载硅灰石晶须6-15份；
7、改性六方氮化硼纳米片3-10份；
8、氢氧化铝10-20份；
9、炭黑1-3份；
10、相容剂2-5份；
11、抗氧剂0.3-1.2份；
12、光稳定剂0.2-0.8份；
13、助剂0.5-1.5份；
14、所述聚四氟乙烯原位负载硅灰石晶须以硅灰石晶须为基底，表面原位沉积纳米聚四氟乙烯颗粒得到；
15、所述改性六方氮化硼纳米片由六方氮化硼纳米片经羟基化刻蚀后再接枝硅烷偶联剂制得。
16、通过采用上述技术方案，通过硅灰石晶须的三维骨架承载作用与六方氮化硼纳米片的片层强化效应，共同提升材料的表面硬度与抗压缩形变能力，可有效抵消乙烯-辛烯共聚物引入带来的硬度衰减，打破“增韧必降耐磨”的性能矛盾。刚性填料网络可显著减小摩擦过程中的犁沟深度与材料剥落量，阻碍磨痕的横向扩展，提升护套的抗磨粒磨损与抗划伤能力。
17、在减摩润滑层面，本方案采用原位负载的方式将聚四氟乙烯纳米颗粒锚定在硅灰石晶须表面，配合六方氮化硼自身的层状晶体润滑特性，形成双重协同润滑机制。摩擦服役过程中，锚定的聚四氟乙烯组分可随晶须的微量磨损逐步释放，在摩擦界面形成连续稳定的低摩擦系数转移膜，将硬质滑动摩擦转化为润滑膜层间的低阻力剪切；同时六方氮化硼的层间滑移效应可进一步降低界面摩擦阻力，减少粘着磨损的发生。与游离态添加的固体润滑剂相比，锚定型润滑组分不易发生迁移析出，润滑作用更具长效性。
18、整体体系在提升耐磨性能的同时，兼顾了电缆护套所需的阻燃、绝缘、耐候与加工性能。氢氧化铝组分可赋予材料无卤阻燃特性，且经界面优化后不会对耐磨性能产生负面影响；炭黑与光、抗氧体系协同提升材料的耐候老化性能，保障长期服役过程中耐磨性能的稳定性；乙烯-辛烯共聚物则维持了护套材料的低温韧性与抗冲击性能，满足电缆敷设与服役的力学要求。该体系实现了耐磨性能与其他核心性能的平衡，可适配高磨损敷设场景的使用需求。
19、可选的，所述聚四氟乙烯原位负载硅灰石晶须采用如下的方法制备得到：
20、a1、将硅灰石晶须加入氢氧化钠水溶液中，升温至70-90℃，保温搅拌2-4h，过滤、洗涤后，于100-110℃干燥6-8h，得到羟基化硅灰石晶须；
21、a2、将羟基化硅灰石晶须加入去离子水中，超声分散15-30min，然后加入聚四氟乙烯分散乳液，调节体系ph至3-4，升温至65-75℃，保温搅拌3-5h，然后将悬浮液过滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，于100-120℃干燥4-6h，再置于马弗炉中，在360-380℃氮气气氛下烧结1-2h，冷却后粉碎，得到聚四氟乙烯原位负载硅灰石晶须。
22、通过采用上述技术方案，通过碱刻蚀羟基化与原位沉积烧结的工艺路径，可在硅灰石晶须表面构建结合牢固的聚四氟乙烯润滑层。碱刻蚀过程可在晶须表面引入丰富的活性羟基，为聚四氟乙烯颗粒的锚固提供充足反应位点；后续的高温烧结处理可使聚四氟乙烯颗粒熔融粘结，与晶须表面形成稳定的结合界面，避免摩擦过程中润滑层过早脱落，保障长效减摩效果的同时，最大程度保留硅灰石晶须的一维结构完整性与力学增强作用。
23、可选的，a1步骤中，所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为5%-10%；所述硅灰石晶须和氢氧化钠水溶液的质量比为1：（8-12）。
24、通过采用上述技术方案，该参数范围可实现晶须表面活化程度与结构完整性的平衡。适中的碱刻蚀强度既能在硅灰石表面引入足量活性羟基以保障后续负载效果，又不会因过度刻蚀破坏晶须的长径比与力学强度，避免晶须自身增强承载能力下降，从而稳定发挥其在耐磨体系中的骨架支撑作用。
25、可选的，a2步骤中，所述羟基化硅灰石晶须、去离子水和聚四氟乙烯分散乳液的质量比为1：（9-12）：（0.3-0.8）；所述聚四氟乙烯分散乳液的固含量为20%-30%。
26、可选的，所述改性六方氮化硼纳米片采用如下的方法制备得到：
27、b1、将六方氮化硼纳米片加入混合酸液中，超声分散20-40min，升温至85-95℃，回流蚀刻5-7h，过滤、洗涤和干燥后得到羟基化六方氮化硼纳米片；
28、b2、将羟基化六方氮化硼纳米片加入乙醇溶液中，超声分散20-30min，然后加入硅烷偶联剂kh-550，用冰醋酸调节体系ph至4-5，升温至60-70℃，保温搅拌4-6h，反应结束后离心分离，用乙醇洗涤3-5次，于80-100℃真空干燥5-7h，得到改性六方氮化硼纳米片。
29、通过采用上述技术方案，通过混酸羟基化刻蚀与硅烷偶联剂接枝的两步工艺，可显著提升六方氮化硼与聚丙烯基体的界面相容性。混酸刻蚀可在片层结构的边缘与缺陷处引入活性官能团，为硅烷偶联剂的共价接枝提供反应位点；接枝后的有机分子链段可与聚烯烃基体形成良好的分子缠结，避免二维片层发生堆叠团聚，同时防止摩擦过程中片层从基体剥落形成磨粒，保障其增韧、增强与润滑作用的稳定发挥。
30、可选的，b1步骤中，所述混合酸液为体积比（3-4）：1的浓硫酸和浓硝酸；所述六方氮化硼纳米片和混合酸液的质量比为1：（20-30）。
31、可选的，b2步骤中，所述乙醇溶液的质量浓度为80%-90%，所述羟基化六方氮化硼纳米片和乙醇溶液的质量比为1：（10-15）；所述硅烷偶联剂kh-550的添加量为羟基化六方氮化硼纳米片质量的1%-4%。
32、通过采用上述技术方案，该反应条件下硅烷偶联剂可充分水解并与氮化硼表面羟基发生脱水缩合反应，形成均匀的有机接枝层。适中的偶联剂用量既可保证表面接枝充分，有效改善界面相容性，又可避免偶联剂过量发生自聚，保障改性填料在基体中的分散效果与界面结合强度，进而稳定提升材料的耐磨性能。
33、可选的，所述聚丙烯的分子量为25万-45万。
34、可选的，所述助剂为聚乙烯蜡与硬脂酸钙按质量比（2-3）：1混合而成；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
35、本技术还提供一种高性能聚丙烯电缆护套的制备方法，采用如下的技术方案：
36、一种高性能聚丙烯电缆护套的制备方法，包括如下步骤：
37、s1、将聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、聚四氟乙烯原位负载硅灰石晶须、改性六方氮化硼纳米片、氢氧化铝、炭黑、相容剂、抗氧剂、光稳定剂和助剂投入高速混合机中，在70-85℃、900-1200r/min条件下混合6-12min，得到预混料；
38、s2、将预混料加入双螺杆挤出机，经熔融共混后挤出、水冷、切粒，得到电缆护套粒料，将电缆护套粒料加入单螺杆挤出机，经熔融塑化后挤出包覆于电缆线芯表面，再经冷却水槽定型、牵引、收卷，制得高性能聚丙烯电缆护套。
39、通过高速预混、双螺杆共混造粒与单螺杆挤出包覆的分步工艺，可保障各功能组分在基体中实现均匀分散。合理的混合温度与转速可避免填料团聚，使增强与润滑组分均匀分布于材料整体；适宜的挤出温度与螺杆转速可保证基体充分塑化且不发生热降解，使护套材料内部结构致密均匀，宏观上表现为耐磨性能稳定可靠，批次一致性良好，满足工业化生产与实际服役的要求。
40、综上所述，本技术具有以下有益效果：
41、1、本技术采用聚四氟乙烯原位负载硅灰石晶须作为核心耐磨功能组分，有效解决了现有体系中无机填料易脱落形成二次磨粒、固体润滑剂易迁移析出的技术缺陷。该组分以一维硅灰石晶须为刚性承载基底，可在聚丙烯基体中搭建三维增强骨架，显著提升材料的表面硬度与抗压缩形变能力，抵消增韧组分引入带来的硬度衰减，减小摩擦过程中的犁沟切削深度与材料剥落量，阻碍磨痕横向扩展。同时，原位锚定在晶须表面的聚四氟乙烯润滑组分，可随摩擦服役过程中的微量磨损匀速释放，在接触界面形成连续稳定的低摩擦转移膜，将硬质滑动摩擦转化为低阻力剪切作用；且锚定型结构避免了游离润滑剂易团聚、过早迁移析出的问题，润滑作用更长效，实现了刚性增强与减摩润滑的一体化协同增效。
42、2、本技术采用改性六方氮化硼纳米片作为另一核心功能组分，与硅灰石晶须形成一维-二维混杂增强体系，破解了现有技术中增韧和耐磨无法兼顾的性能矛盾。经羟基化刻蚀与硅烷偶联剂接枝改性后，六方氮化硼纳米片与聚丙烯基体的界面相容性显著提升，可均匀分散于基体中，避免片层堆叠团聚与摩擦剥落问题。二维片层结构可与一维晶须形成尺度级配填充，协同强化材料的表面硬度与抗划伤能力，进一步抵消乙烯-辛烯共聚物带来的硬度下降；同时六方氮化硼自身具备典型的层状晶体结构，摩擦时易发生层间滑移，可发挥辅助固体润滑作用，降低界面摩擦阻力，减少粘着磨损的发生，与晶须表面的聚四氟乙烯形成双重润滑协同，全方位提升护套材料的耐磨性能。