一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料及其制备方法与流程

本发明属于电缆材料，具体涉及一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、在电力传输、通信工程、轨道交通、新能源等国民经济核心领域，电缆作为能量与信号传输的核心载体，其运行安全性、稳定性直接决定了整个系统的可靠运转。电缆保护套作为电缆结构的最外层屏障，包裹在绝缘层、导体屏蔽层及铠装层外侧，是保障电缆免受外界环境侵蚀、机械损伤，延长电缆使用寿命，确保电力与信号高效传输的关键组成部分。随着我国电力工业向特高压、智能化、绿色化方向转型，以及通信行业5g基站、数据中心等基础设施的大规模建设，对电缆保护套材料的性能提出了更为严苛的要求，不仅需要具备优异的绝缘性能、机械强度，还需适应不同场景下的环境耐受性，如高低温、酸碱腐蚀、紫外老化、抗开裂等。目前，市场上常用的电缆保护套材质种类繁多，包括热塑性塑料、热固性塑料等，不同材质的性能差异较大，适用场景也各不相同。热塑性塑料具有加热可熔融、冷却可固化的特性，加工成型简便，成本较低，是目前电缆保护套中应用最广泛的材质类别，主要包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等。聚乙烯材质是目前电缆保护套中应用最广泛的热塑性塑料之一，其凭借优异的绝缘性能、机械性能、环境适应性和环保性能，逐渐取代pvc成为中高压电缆、户外电缆、直埋电缆保护套的首选材质。根据聚合方式和分子结构的不同，pe可分为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯。

2、在实际应用时，往往需要对聚乙烯进行交联改性以增强其性能。天然聚乙烯是一种易燃材料，燃烧时火焰蔓延速度快，且会产生大量黑烟和熔融滴落物，容易引发火灾蔓延，存在严重的安全隐患。在人员密集场所（如高层建筑、地铁、医院、商场）、矿山、化工等易燃易爆场景中，电缆保护套需具备良好的阻燃性能，能够在火灾发生时抑制火焰蔓延，减少火灾损失，而天然聚乙烯保护套的阻燃性能无法满足这些场景的要求。

3、因此如何提高聚乙烯的阻燃性能，对于提高电缆保护套的安全性，具有重要意义。

技术实现思路

1、根据现有技术的不足，本发明将氢氧化铝@聚丙烯酸酯、聚乙烯在交联剂和紫外光引发剂的作用下交联聚合，实现对聚乙烯材料阻燃性能的改进，进而解决了背景技术中提出的技术问题。具体地，本发明的技术方案包括以下内容：

2、本发明的目的之一，提供一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，所述复合材料包括以下重量份原料：

3、100~110重量份聚乙烯、10~20重量份氢氧化铝@聚丙烯酸酯、2~4重量份交联剂和1~3重量份紫外光引发剂。

4、进一步地，所述聚乙烯为熔融指数1.0g/10min的线性低密度聚乙烯。

5、进一步地，所述氢氧化铝@聚丙烯酸酯的制备方法包括以下步骤：

6、硅烷偶联剂和氢氧化铝按照重量份之比1：2~3混合反应得到改性氢氧化铝；

7、改性氢氧化铝、丙烯酸酯和引发剂按照重量份之比1~2：15~24：0.12~0.18混合加热至70℃~75℃反应3.5h~4h得到所述氢氧化铝@聚丙烯酸酯。

8、进一步地，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

9、进一步地，所述氢氧化铝的粒径大小为50μm~80μm，该氢氧化铝的粒径对包裹改性效果具有影响，尺寸不能过小，过小的氢氧化铝，其表面积过大，表面能急剧升高，粒子间易因范德华力团聚，导致分散与改性困难，进而不利于材料的性能提升。

10、进一步地，所述硅烷偶联剂和氢氧化铝混合反应的条件包括反应温度为70℃~80℃和反应时间为80min~90min。

11、进一步地，所述丙烯酸酯由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸苯酯和丙烯酸月桂酯按照重量份之比8~14：4~6：3~4组成，丙烯酸酯中，需要有提供刚性的含苯环丙烯酸酯，否则过长的柔性链会削弱聚乙烯材料的强度，且还需要一定碳链长度的软单体丙烯酸酯，用于防止刚性过高带来的负面影响。

12、进一步地，所述引发剂由过硫酸铵和亚硫酸氢钠按照摩尔比1：2组成，该引发剂中需要适当增加亚硫酸氢钠的用量，以促进在本体系中的自由基反应进程。

13、进一步地，所述交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，所述紫外光引发剂包括4-羟基二苯甲酮，该交联剂需要含有碳碳双键，用于紫外催化产生自由基进而与聚乙烯、氢氧化铝@聚丙烯酸酯交联，但是不能含有刚性结构，过多的刚性结构会导致交联后的材料力学性能不稳定。

14、本发明的目的之二，提供一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

15、100~110重量份聚乙烯、10~20重量份氢氧化铝@聚丙烯酸酯、2~4重量份交联剂和1~3重量份紫外光引发剂经160℃~170℃混炼8min~10min得到混炼物；

16、混炼物经150℃、10mpa热压处理10min得到厚度为3mm的模片；

17、模片经紫外辐照处理得到所述复合材料。

18、进一步地，所述紫外辐照处理的条件包括紫外光波长为285nm、辐照功率为0.05w/cm2和辐照时间为60s~70s。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

20、本发明以具有阻燃性能的无机材料氢氧化铝作为核心阻燃剂，通过具有碳碳双键的硅烷偶联剂先对氢氧化铝进行接枝改性得到改性氢氧化铝，接着通过丙烯酸酯的聚合反应，实现对氢氧化铝的聚合包裹得到氢氧化铝@聚丙烯酸酯，进而解决了氢氧化铝容易团聚而导致分布不均容易削弱材料性能的缺陷。氢氧化铝@聚丙烯酸酯、聚乙烯在交联剂和紫外光引发剂的作用下交联聚合，进而实现对聚乙烯材料阻燃性能的改进。

1.一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，其特征在于，所述复合材料包括以下重量份原料：

2.根据权利要求1所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，其特征在于，所述聚乙烯为熔融指数1.0g/10min的线性低密度聚乙烯。

3.根据权利要求1所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，其特征在于，所述氢氧化铝@聚丙烯酸酯的制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

5.根据权利要求3所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂和氢氧化铝混合反应的条件包括反应温度为70℃~80℃和反应时间为80min~90min。

6.根据权利要求3所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，其特征在于，所述丙烯酸酯由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸苯酯和丙烯酸月桂酯按照重量份之比8~14：4~6：3~4组成。

7.根据权利要求3所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，其特征在于，所述引发剂由过硫酸铵和亚硫酸氢钠按照摩尔比1：2组成。

8.根据权利要求1所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料，其特征在于，所述交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，所述紫外光引发剂包括4-羟基二苯甲酮。

9.一种如权利要求1~8任一所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述一种紫外光交联聚乙烯高阻燃架空绝缘导线用复合材料的制备方法，其特征在于，所述紫外辐照处理的条件包括紫外光波长为285nm、辐照功率为0.05w/cm2和辐照时间为60s~70s。