一种低导电损耗的耐老化布电线的制作方法

本发明涉及电线电缆，具体涉及一种低导电损耗的耐老化布电线。

背景技术：

1、随着智能电网与高端装备制造业的快速发展，布电线作为电能传输的“血管”，性能要求已从单一的导电功能向多功能化、高性能化转变，现代布电线不仅要求具备优异的导电性能以降低传输损耗，更需在复杂工况下保持长期稳定性，特别是在高频、高压及高温环境下，电缆绝缘与护套材料的介质损耗因数直接影响电能传输效率及发热情况，高介质损耗会导致电缆温升，加速绝缘老化甚至引发热击穿，因此，开发低介电损耗、高耐热老化且兼具优异力学性能的布电线，已成为当前线缆行业技术升级的核心方向。

2、目前，聚氯乙烯（pvc）因其成本低廉、阻燃性好而被广泛用作布电线护套材料，但pvc分子链中含有极性较强的碳-氯键，导致其介电损耗较大，且耐热性较差，长期受热易发生脱氯化氢反应而降解，为了改善这一缺陷，常采用添加无机填料或共混弹性体的方式进行改性，虽然这些方法在一定程度上提高力学强度或韧性，但无机填料的高表面能易导致团聚，且与pvc基体相容性差，容易在界面处形成微孔隙，反而加剧了界面极化，导致介质损耗不降反升，而常规弹性体改性往往牺牲了材料的耐热等级，无法同时满足低损耗与耐老化的双重需求。

3、针对上述技术瓶颈，本方案旨在解决传统的pvc护套料，在降低介质损耗与提升耐热老化性能之间难以平衡的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低导电损耗的耐老化布电线，以解决上述的技术缺陷。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种低导电损耗的耐老化布电线，包括导电芯和外护套层；

3、所述外护套层包括按重量份计的以下组成：100份聚氯乙烯、4-6份聚甲基硅氧烷包覆聚酰亚胺气凝胶、4-5份氟修饰共聚聚硅氧烷、8-12份芳香修饰共聚饱和聚酯0.8-1.5份聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.05-0.15份氯化聚乙烯和4.1-5.8份辅助添加剂；

4、所述聚甲基硅氧烷包覆聚酰亚胺气凝胶由4,4′-二氨基二苯醚和1,3,5-三（4-氨基苯氧基）苯与六氟二酐经缩聚、交联及亚胺化形成聚酰亚胺气凝胶基体后，再由甲基三甲氧基硅烷经水解缩合后原位包覆制得。

5、进一步的，所述聚甲基硅氧烷包覆聚酰亚胺气凝胶由以下步骤制备得到：

6、a1、将4,4'-二氨基二苯醚加入盛有n-甲基吡咯烷酮的反应釜中，搅拌至完全溶解后，接着向其中加入六氟二酐，搅拌40-60min后，再向其中加入1,3,5-三（4-氨基苯氧基）苯的n-甲基吡咯烷酮溶液，搅拌5-10min，继续向其中加入丙酸酐和吡啶，搅拌10-20min后，注入磨具中，密封静置至凝胶化，用无水乙醇液封，并在75℃下老化2-3天后，用无水乙醇进行2-3次溶剂置换，接着将凝胶转移至超临界二氧化碳干燥釜，升温至50-60℃、加压至12-13mpa干燥约7-8h后，待冷却至室温取出，粉碎，过500目筛，得到聚酰亚胺气凝胶基体。

7、a2、将甲基三甲氧基硅烷、尿素、乙酸和十六烷基三甲基溴化铵加入盛有去离子水的反应釜中，搅拌40-60min后，再向其中加入聚酰亚胺气凝胶基体，在50-60℃下浸渍20-24h后，用无水乙醇进行2-3次溶剂置换后，将凝胶转移至超临界二氧化碳干燥釜，升温至50-60℃、加压至12-13mpa干燥约7-8h后，待冷却至室温取出，粉碎，过500目筛，得到聚甲基硅氧烷包覆聚酰亚胺气凝胶。

8、进一步的，步骤a1中，所述4,4'-二氨基二苯醚、n-甲基吡咯烷酮、六氟二酐、1,3,5-三（4-氨基苯氧基）苯的n-甲基吡咯烷酮溶液、丙酸酐和吡啶的用量比为2g:50-55ml:4.5g:5ml:10.4-10.5ml:6.5ml，其中1,3,5-三（4-氨基苯氧基）苯的n-甲基吡咯烷酮溶液的质量分数为0.87%；步骤a2中，所述甲基三甲氧基硅烷、尿素、乙酸、十六烷基三甲基溴化铵、去离子水和聚酰亚胺气凝胶基体的用量比为13.0-13.3g:10g:0.02ml:0.6g:60ml:2.5g。

9、进一步的，所述氟修饰共聚聚硅氧烷的制备方法为：在氮气氛围下，将三氟丙基甲基环三硅氧烷和八甲基环四硅氧烷加入反应釜中，在70-90℃下搅拌20-30min，接着向其中加入1,3-双（3-氯丙基）-,1,3,3-四甲基二硅氧烷和四甲基氢氧化铵，在90-110℃下反应5-6h后，紧接着先升温至140-150℃反应40-60min，再继续升温至160-180℃并在0.5-1kpa真空条件下继续搅拌1-2h后，反应结束后，停止加热，待冷却至20-30℃向其中加入乙酸乙酯搅拌至完全溶解后，再向其中加入3-4体积倍的无水甲醇，搅拌5-10min后静置10-20min，分液，收集下层油状物，用无水甲醇洗涤2-3次后，转移至真空干燥箱中，在50-60℃下干燥6-8h，得到氟修饰共聚聚硅氧烷。

10、制备氟修饰共聚聚硅氧烷的反应式：

11、

12、进一步的，所述三氟丙基甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、1,3-双（3-氯丙基）-,1,3,3-四甲基二硅氧烷和四甲基氢氧化铵的用量比为10g:90g:1.43-1.47g:0.08g。

13、进一步的，所述芳香修饰共聚饱和聚酯的制备方法为：在氮气氛围下，将邻苯二甲酸酐、1,4-环己烷二甲醇、1,6-己二醇和钛酸四丁酯加入反应釜中，升温至130-140℃搅拌40-60min，使原料熔融混合后，再升温至150-165℃反应1-2h，随后升温至180-190℃反应2-3h，再继续升温至195-205℃反应至酸值降至4-5mgkoh/g，继续升温至210-230℃，逐步减压至0.5-1.0kpa后反应1-2h，当酸值降至1.0-1.5mgkoh/g后，停止加热，待反应体系降温后出料，并将产物置于真空干燥箱中，在80-100℃下干燥6-8h，得到芳香修饰共聚饱和聚酯。

14、制备芳香修饰共聚饱和聚酯的反应式：

15、

16、式中：

17、

18、进一步的，所述1,4-环己烷二甲醇、1,6-己二醇和钛酸四丁酯的用量比为55g:45g:0.043g，所述邻苯二甲酸酐的添加量为1,4-环己烷二甲醇和1,6-己二醇中羟基总摩尔量的0.52倍。

19、进一步的，所述低导电损耗的耐老化布电线的制备方法为：将聚氯乙烯、聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、氯化聚乙烯和辅助添加剂加入高速混合机中，在800-1000r/min的转速下混合3-5min，接着向其中加入聚甲基硅氧烷包覆聚酰亚胺气凝胶、氟修饰共聚聚硅氧烷和芳香修饰共聚饱和聚酯，继续混合5-8min后，转移至双螺杆挤出机中，经熔融后挤出包覆在导电芯外部，包覆完成后，经50-60℃温水初冷后，再经20-25℃冷水冷却定型，随后经热风烘干，待冷却后，得到低导电损耗的耐老化布电线。

20、进一步的，所述导电芯为铜线；步骤s2中，所述双螺杆挤出机从进料端朝向机头设置的6个温度区段的温度依次设置为185℃、190℃、195℃、195℃、190℃、190℃，所述双螺杆挤出机的主轴转速为30-40r/min。

21、本发明具备下述有益效果：

22、1、本发明的聚甲基硅氧烷包覆聚酰亚胺气凝胶内部富含纳米多孔中空骨架，硅氧烷外层si-o低极性结构隔绝气凝胶极性酰亚胺基团，多孔结构可束缚体系内自由极化电荷，从基体层面削弱交变电场下偶极极化损耗；氟修饰共聚聚硅氧烷分子链引入大量低极性c-f键，氟原子强电负性可固定分子偶极、抑制电场下基团定向偏移，弱化界面极化；芳香修饰共聚饱和聚酯分子两端羧基可分别与pvc基体、硅氧烷填料表面羟基形成氢键交联，消除填料与基体间微缝隙、减少界面缺陷极化，三者搭配后，气凝胶承担低介电骨架功能，氟硅组分降低分子本征极性，芳香聚酯作为相容桥梁消除两相介电缺陷，多层结构协同大幅降低护套整体介质损耗因数，有效减少线缆运行时电能转化的介电发热损耗，达成低导电损耗核心优势。

23、2、本发明的聚甲基硅氧烷包覆层si-o键键能远高于碳链，高温下不易断裂分解，可包裹聚酰亚胺多孔骨架隔绝氧气、水汽侵入内部，避免气凝胶骨架高温氧化劣变；氟修饰共聚聚硅氧烷的c-f键化学惰性极强，在长期热环境下不易发生断链、氧化生成极性副产物，同时氟硅链段迁移至护套表层形成致密耐候防护膜，阻隔热氧侵蚀pvc基体，抑制pvc脱氯化氢反应；芳香修饰共聚饱和聚酯分子含刚性苯环与环己烷结构，高温下分子链不易滑移降解，端羧基可捕捉pvc热分解产生的活性自由基，延缓基体老化，三者协同构建内部抗分解骨架、表层惰性防护膜、自由基捕获缓冲层三重防护，热老化过程中分子极性基团生成量大幅减少，介质损耗增幅显著降低，同时热老化后力学性能衰减程度明显减缓，长期高温服役稳定性大幅提升。

24、3、本发明的聚甲基硅氧烷包覆聚酰亚胺气凝胶的刚性交联聚酰亚胺骨架作为纳米增强单元，均匀分散在pvc基体内部，受力时可分散外部应力、阻断微裂纹扩张，提升整体拉伸强度；氟修饰共聚聚硅氧烷带有长柔性硅氧烷主链与侧氟烷基，作为柔性增韧相穿插于基体与填料间隙，受力时通过硅链舒展吸收冲击能量，提升材料断裂伸长率与韧性；芳香修饰共聚饱和聚酯兼具刚性环状结构与柔性脂肪链，作为界面相容介质，一端结合pvc极性分子链，一端与硅氧烷填料表面基团键合，解决有机硅填料与pvc相容性差、易相分离开裂的缺陷，刚性气凝胶补强、氟硅柔性链增韧、芳香聚酯桥接界面三者协同，既避免单一填料造成的材料脆化、强度下降问题，又同步提升护套拉伸强度与延展性，成型后护套抗拉伸、抗开裂能力显著改善。