一种耐热高强度绝缘料及其制备方法与流程

本技术涉及高分子材料，更具体地说，它涉及一种耐热高强度绝缘料及其制备方法。

背景技术：

1、电缆绝缘料是电线电缆产品的核心配套高分子材料，主要包覆于电缆导体外部，起到电气绝缘、物理防护、阻隔外界环境侵蚀的关键作用，直接决定电缆的电气安全性、使用稳定性和使用寿命。随着电力传输、电气设备配套领域的不断发展，市场对电缆绝缘料的综合性能要求逐步提升，不仅需要材料具备基础的绝缘性能，还需适配不同工况环境，具备适配的力学强度、耐热性能与加工性能，以满足各类民用、工业用电线缆的生产及使用需求。

2、目前市面上通用的电缆绝缘料多采用橡胶料、聚烯烃为基础原料，搭配常规助剂经简单混炼、硫化工艺制备而成。常规绝缘材料要求满足通用ie4绝缘标准要求即可，具体力学及耐热性能参数为：拉伸强度≥5mpa，断裂伸长率≥200%，耐热等级为70℃，硫化成型后的胶片硬度维持在80a左右。相较于高柔软度的绝缘胶料，该硬度等级的胶料刚性更佳，在实际线缆生产加工过程中，能够有效降低原料制备成本，同时极大便利了线缆后期的开皮、剥线、打端子等精细化加工操作，加工适配性强，可广泛适配普通固定敷设类线缆的生产使用，适配多数常规低压电缆应用场景。

3、但在高端移动式电缆、户外耐候柔性电缆等特殊应用场景中，尤其是适配h07rn-f标准的柔性线缆，以及需要频繁弯折、扭转、往复拉伸的电气连接线缆使用场合，上述常规绝缘料的综合性能短板凸显。此类特殊工况对线缆绝缘层的耐热性、结构强度和柔软弯折性能要求极高，而现有80a硬度的常规绝缘料质地偏硬，柔性弯折性能不足，长期频繁弯折易出现开裂、破损问题；同时其70℃的耐热等级较低，无法适配高温作业环境，且在高温工况下材料力学强度会大幅衰减，难以维持≥5mpa的拉伸强度标准，极易出现绝缘层变形、破损、绝缘失效等问题，无法满足h07rn-f标准柔性线缆及高频弯折工况线缆的长期稳定使用需求，因此亟需研发一种兼顾高强度、高耐热性与优异柔软弯折性能的绝缘料，以解决现有技术的适配缺陷。

技术实现思路

1、为了实现电缆绝缘料的高强、耐热和高柔性，本技术提供一种耐热高强度绝缘料及其制备方法。

2、本技术提供的一种耐热高强度绝缘料，采用如下的技术方案：

3、一种耐热高强度绝缘料，包括如下重量份数的原料：

4、三元乙丙橡胶100-150份；

5、poe弹性体100-150份；

6、氯化聚乙烯40-60份；

7、改性滑石粉40-60份；

8、重钙粉80-100份；

9、柔性耐热磷腈助剂5-10份；

10、稳定剂8-15份；

11、防老剂4-6份；

12、软化剂20-40份；

13、交联剂3-5份；

14、所述改性滑石粉由单宁酸对滑石粉进行原位接枝改性得到；

15、所述柔性耐热磷腈助剂由六氯环三磷腈经长链醇钠进行取代反应得到。

16、本技术技术方案针对现有通用电缆绝缘料普遍存在的耐热等级低、胶料硬度偏高、高频弯折易开裂、高温工况力学强度衰减严重，难以适配h07rn-f标准移动式柔性线缆频繁扭转、拖拽与高温作业工况的技术缺陷，构建了以三元乙丙橡胶、poe弹性体、氯化聚乙烯为复合基体，搭配单宁酸接枝改性滑石粉与长链醇钠取代改性柔性耐热磷腈助剂的有机-无机杂化改性体系，从微观界面结构与宏观交联网络层面同步解决了传统绝缘料性能相互制约的行业痛点。本方案采用单宁酸原位接枝改性滑石粉替代普通滑石粉，通过粉体表面有机功能化改性，有效改善无机填料与有机基体的界面相容性，消除了无机填料与橡胶弹性体之间的界面缺陷，规避了传统高填充无机粉体造成的胶料刚性过大、柔性不足的问题，在不降低材料拉伸强度、保留原有力学承载能力的前提下，有效消解无机粉体的刚性堆砌效应，显著降低胶料整体硬度，从根源上实现绝缘料高强度与高柔性的协同匹配。

17、与此同时，本技术技术方案引入六氯环三磷腈经长链醇钠取代制备的柔性耐热磷腈助剂，区别于传统绝缘料仅依赖基础橡胶基体耐热的单一结构，该助剂保留高键能环状磷腈骨架，赋予材料优异的本征耐热性能，有效突破传统绝缘料70℃的耐热上限，可稳定适配高温作业工况。环状磷腈结构可在高温环境下有效约束高分子分子链的滑移与松弛，抑制高温条件下基体结构塌陷与力学性能衰减，解决了传统绝缘料高温强度大幅下降、绝缘稳定性失效的核心缺陷。同时长链醇钠取代引入的柔性烷基链段可有效调控胶料硬度，弱化无机填料带来的刚性堆砌效应，实现材料高强度与高柔性的协同平衡。

18、此外，本技术通过改性滑石粉的有机界面耦合作用与柔性耐热磷腈助剂的交联协同作用，构建了均匀稳定的有机-无机复合交联网络。改性滑石粉表面的单宁酸活性基团可与磷腈助剂、基体交联体系形成多点界面结合，使应力在材料内部均匀传递分散，大幅提升材料整体结构稳定性。该复合网络结构既保留了传统绝缘料高填充体系带来的基础力学强度与加工适配性，又弥补了传统体系耐热性差、柔性不足、抗弯折疲劳性能薄弱的短板，使绝缘料可长期稳定应用于h07rn-f标准高端移动式电缆、户外耐候柔性电缆及各类高频弯折电气连接线缆场景，极大拓宽了通用绝缘料的工况适配范围。

19、可选的，所述改性滑石粉采用如下的方法制备得到：

20、将滑石粉加入去离子水中，超声分散10-30min，得到滑石粉悬浮液，向悬浮液中加入硅烷偶联剂kh-560，搅拌反应1-2h，然后再加入单宁酸和六水合氯化铁，在40-70℃下搅拌反应2-6h，反应完毕后过滤、洗涤，于60-80℃下真空干燥至恒重，研磨过筛，得到改性滑石粉。

21、通过采用上述技术方案，通过先采用硅烷偶联剂对滑石粉表面进行键合改性，再依托六水合氯化铁的催化作用实现单宁酸的原位接枝聚合，构建了硅烷共价键合+单宁酸有机包覆的双层改性结构。硅烷偶联剂可在无机粉体与有机基体之间搭建基础键合桥梁，改善粉体团聚问题，而铁离子催化体系能够显著提升单宁酸在滑石粉表面的接枝效率与包覆均匀性，相较于单一单宁酸改性或单一硅烷改性工艺，可在粉体表面形成致密且富含活性官能团的有机改性层。该结构彻底解决了未改性滑石粉与高分子基体界面结合力弱、易产生界面空洞的缺陷，进一步强化了无机-有机界面的应力传递能力，有效改善胶料偏硬、弯折易开裂的问题，同时为与柔性磷腈助剂的界面耦合提供充足活性位点，保障整体杂化网络的稳定性。

22、可选的，所述滑石粉悬浮液的固含量为10%-15%，所述硅烷偶联剂kh-560的添加量为滑石粉质量的1%-3%。

23、可选的，所述滑石粉、单宁酸和六水合氯化铁的质量比为100：（5-15）：（2-8）。

24、通过采用上述技术方案，限定了滑石粉、单宁酸与六水合氯化铁的配比关系，通过调控催化体系与接枝单体的用量比例，精准控制单宁酸在滑石粉表面的接枝聚合程度与有机包覆层厚度。

25、可选的，所述柔性耐热磷腈助剂采用如下的方法制备得到：

26、在氮气保护下，将六氯环三磷腈溶解于甲苯溶剂中，然后加入缚酸剂，在冰水浴冷却下，缓慢滴加亲核取代试剂，所述亲核取代试剂为十二醇钠和烯丙醇钠的混合物，滴加完毕后，升温至60-100℃，搅拌反应12-48h，反应结束后，将反应液过滤以除去生成的氯化钠沉淀，滤液经旋转蒸发浓缩后，在过量无水乙醇中沉淀析出，过滤、洗涤，于40-60℃下真空干燥至恒重，得到柔性耐热磷腈助剂。

27、通过采用上述技术方案，以十二醇钠与烯丙醇钠复配体系对六氯环三磷腈进行亲核取代改性。全程惰性气体保护可有效避免磷腈基团高温氧化降解，保障环状耐热骨架结构完整，区别于传统刚性无机助剂与普通柔性助剂，本工艺制备的磷腈助剂同时具备长链烷基柔性结构与烯丙基活性交联位点。长链烷基可极大改善助剂与橡胶基体的相容性，降低胶料整体硬度、提升耐弯折性能，烯丙基活性位点可参与体系交联反应，强化有机-无机杂化网络的交联密度与结构稳定性，从根源上解决传统绝缘料耐热等级低、高温强度衰减、柔性不足、弯折易破损的多重技术缺陷。

28、可选的，所述所述缚酸剂为无水三乙胺、吡啶或n,n-二甲基苯胺中的至少一种。

29、可选的，所述六氯环三磷腈、甲苯溶剂和缚酸剂的质量比为1：（5-10）：（2-4）。

30、可选的，所述亲核取代试剂中十二醇钠和烯丙醇钠的质量比为（4-11）：1，所述亲核取代试剂的加入量为六氯环三磷腈质量的1.5-2.5倍。

31、通过采用上述技术方案，调控十二醇钠与烯丙醇钠的比例，精准平衡磷腈助剂的柔性与交联活性。长链十二醇钠主要提供分子柔性，改善胶料弯折性能，烯丙醇钠主要提供交联活性，保障材料力学强度与结构稳定性，二者合理配比可实现柔性与强度的精准平衡，彻底解决传统绝缘料高强必偏硬、高柔必降强度的性能矛盾。

32、可选的，所述软化剂为石蜡油和环烷油的复配物，所述稳定剂为钙锌稳定剂。

33、本技术提供一种耐热高强度绝缘料的制备方法，采用如下的技术方案：

34、一种耐热高强度绝缘料的制备方法，包括如下步骤：

35、s1、将三元乙丙橡胶、poe弹性体、氯化聚乙烯投入密炼机中进行混合塑炼，塑炼温度为80-110℃，时间为3-8min；向密炼机中加入改性滑石粉、重钙粉、柔性耐热磷腈助剂、稳定剂、防老剂和软化剂，于110-140℃下继续混炼10-20min；将密炼机温度降至90-110℃，加入交联剂，混炼3-5min得到混合胶料；

36、s2、将混合胶料在140-160℃的开炼机上进行薄通、压片；将压片后的胶料进行两段硫化，一段硫化温度为160-170℃，时间为10-15min；二段硫化在烘箱中进行，温度为180-200℃，时间为4-8h，即得耐热高强度绝缘料。

37、通过采用上述技术方案，先塑炼橡胶基体、再分步加入粉体与功能助剂、低温加入交联剂的分段混炼方式，有效规避了高温提前交联、助剂降解、粉体团聚的问题，保障改性滑石粉与柔性耐热磷腈助剂在基体中均匀分散，使有机-无机杂化交联网络均匀成型。精准的硫化温度与时间参数可保障体系交联充分且不过硫，形成结构稳定、柔性适中、耐热优异的复合交联体系，充分释放本技术改性粉体与功能磷腈助剂的技术优势，最终制备得到兼顾高强度、高耐热、高柔性与优异加工性的绝缘料。

38、综上所述，本技术具有以下有益效果：

39、1、本技术采用硅烷耦合协同单宁酸原位接枝改性滑石粉，有效解决了传统绝缘料无机填料相容性差、胶料硬度高、高频弯折易开裂的技术问题，通过硅烷偶联剂在滑石粉表面构建共价键连接底层，再借助铁离子催化实现单宁酸均匀原位接枝包覆，在无机粉体表面构筑兼具结合强度与界面活性的有机功能层，从而有效改善无机填料与有机基体的界面相容性，消除了无机填料与橡胶弹性体之间的界面缺陷，规避了传统高填充无机粉体造成的胶料刚性过大、柔性不足的问题，在不降低材料拉伸强度、保留原有力学承载能力的前提下，有效消解无机粉体的刚性堆砌效应，显著降低胶料整体硬度，从根源上实现绝缘料高强度与高柔性的协同匹配。

40、2、本技术引入长链醇钠取代改性柔性耐热磷腈助剂，柔性耐热磷腈助剂保留高键能环状磷腈刚性骨架，赋予材料优异的本征耐热稳定性，可有效约束高温下高分子链段的运动与松弛，抑制高温结构塌陷与力学衰减。同时分子结构中引入的长链烷基柔性段与烯丙基活性交联位点，可同步改善助剂与基体的相容性并参与体系交联，有效平衡材料刚性与柔性，突破传统绝缘料耐热与柔性无法兼顾的矛盾，显著提升绝缘料耐热性能和柔性。

41、3、本技术通过改性滑石粉与柔性耐热磷腈助剂的有机-无机杂化协同配合，结合分段可控的混炼硫化工艺，构建了结构稳定的复合交联网络，实现绝缘料高强、耐热、高柔性的一体化协同提升。单一基体改性或单一填料优化难以同时解决传统绝缘料的多项性能短板，本技术利用改性滑石粉表面丰富的活性官能团与磷腈助剂活性位点形成多点界面耦合作用，使无机增强相与有机弹性基体形成紧密结合的整体网络结构，实现应力均匀传递、结构高度稳定。最终使绝缘料在保留优异加工性能的基础上，同时具备高强度、高耐热与优异的抗弯柔性。