CN117316516B - 一种陶瓷化耐高温电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆技术领域，提出了一种陶瓷化耐高温电缆，包括导体、绝缘层、阻燃层和保护层，导体为铜单丝或铝单丝，绝缘层包括以下重量份的组分：60~70份线性低密度聚乙烯、30~40份乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、5~10份填料、1~5份相容剂、1~3份抗氧剂；阻燃层包括以下重量份的组分：60~70份乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、1~5份阻燃剂；保护层包括以下重量份的组分：60~70份超高分子量聚乙烯、30~40份乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、5~10份填料、1~5份相容剂、1~3份抗氧剂。通过上述技术方案，解决了现有技术中的陶瓷化耐高温电缆力学性能及耐高温性能较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体的，涉及一种陶瓷化耐高温电缆及其制备方法。
背景技术
电线电缆是用以传输电能、传递信息和实现电磁能转换的线材产品，随着电力行业的快速发展，对电缆的强度及耐高温性能要求越来越严格，且电缆老化存在的火灾隐患极其严重，所以在电线电缆中主要通过使用耐火材料是提高电缆耐高温性能，目前应用在电缆中的耐火材料有云母带耐火电缆、氧化镁矿物绝缘电缆、柔性防火电缆和无机矿物防火耐火电缆，但是这些耐火材料在电缆中的应用存在柔软性较差，生产成本较高等缺陷，而陶瓷化高分子耐火材料作为一种新型防火耐火材料，被电力行业重点关注。
陶瓷化高分子耐火材料是以高分子聚合物为基材，加入成瓷剂和功能填料，在高温下迅速陶瓷化，结成致密完整的硬壳，进而提高陶瓷化高分子耐火材料的隔热、挡水、抗热冲击性能，其耐火性主要体现在隔火、隔热两个方面，因此被广泛应用在防火耐火电线电缆、消防辅材、动力电池安全防护、航空航天等领域，目前，陶瓷化高分子耐火材料有陶瓷化硅橡胶和陶瓷化聚烯烃耐火材料，陶瓷化硅橡胶主要以硅橡胶为基材，制备成硅橡胶耐火材料再应用在电线电缆中的绝缘层和耐火层，陶瓷化聚烯烃耐火材料是以聚烯烃树脂，成瓷填料，阻燃剂和加工助剂经高速混合、密炼、双螺杆造粒等加工工艺制备成耐火材料，作为电线电缆的耐火层，以上陶瓷化电缆的制备方法中还存在填料与高分子聚合物基材之间分散性较差的问题，进而导致电缆的力学性能及耐高温性能下降，因此，为了提高陶瓷化耐火材料的耐火性能，进而提高电缆的耐火性能，开发出一种陶瓷化耐高温电缆的制备方法是非常重要的。
发明内容
本发明提出一种陶瓷化耐高温电缆及其制备方法，解决了相关技术中陶瓷化耐高温电缆力学性能及耐高温性能较差的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种陶瓷化耐高温电缆，由内到外依次包括导体、绝缘层、阻燃层和保护层，所述导体为铜单丝或铝单丝，所述绝缘层包括以下重量份的组分：
60~70份线性低密度聚乙烯、30~40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、10~20份陶瓷化填料、1~5份相容剂、1~3份抗氧剂；
所述阻燃层包括以下重量份的组分：
60~70份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1~5份阻燃剂；
所述保护层包括以下重量份的组分：
60~70份超高分子量聚乙烯、30~40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、10~20份陶瓷化填料、1~5份相容剂、1~3份抗氧剂。
作为进一步的技术方案，所述陶瓷化填料包括填料和玻璃粉；所述填料为滑石粉、高岭土、云母粉中的一种或多种。
作为进一步的技术方案，所述填料和玻璃粉的重量比为1:1。
作为进一步的技术方案，所述填料为滑石粉与云母粉重量比为5:5~7:3的组合物。
作为进一步的技术方案，所述陶瓷化填料为改性陶瓷化填料，所述改性陶瓷化填料由陶瓷化填料先经表面活性剂改性，再经乙烯基三乙氧基硅烷改性得到；所述改性陶瓷化填料的制备方法包括以下步骤：
S1、将陶瓷化填料在480~500℃进行煅烧1~3h，冷却，粉碎，得到粉碎混合物；
S2、将表面活性剂加入水中，搅拌，加入所述粉碎混合物，升温至60~80℃，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌2~4h，干燥得到改性陶瓷化填料。
作为进一步的技术方案，所述表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基氯化铵质量比6:4~8:2的组合物；所述表面活性剂的加入量为陶瓷化填料质量的1%~3%，乙烯基三乙氧基硅烷的加入量为陶瓷化填料质量的0.5%~1%。
作为进一步的技术方案，所述相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐；所述阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
作为进一步的技术方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂300中的一种或多种。
本发明还提出一种陶瓷化耐高温电缆的制备方法，包括以下步骤：
A1、将绝缘层中线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、相容剂混合均匀，进行混炼，挤出，得到绝缘层料；
A2、将导体绞合后，再将绝缘层料挤包在绞合后的导体上，得到绝缘层线芯；
A3、用陶瓷化填料填充绝缘线芯，绞合成绝缘缆芯；
A4、将阻燃层组分混合，混炼，得到阻燃层混合料；
A5、将保护层中超高分子量聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、相容剂混合均匀，进行混炼，加入陶瓷化填料，混炼，挤出，得到保护层混合料；
A6、将绝缘缆芯、阻燃层混合料共同挤出，再用保护层混合料包裹，挤出，得到陶瓷化耐高温电缆。
作为进一步的技术方案，所述步骤A1中混炼的温度为130~140℃，时间为8~10min；所述步骤A2中混炼的温度为130~140℃，时间为5~8min；所述步骤A4中混炼的温度为140~160℃，时间为8~10min。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，将电缆分为绝缘层、阻燃层、保护层，其中绝缘层以线性低密度聚乙烯为基材，阻燃层以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为基材，保护层以超高分子量聚乙烯为基材，三层基材协同配合，提高了陶瓷化耐高温电缆的力学性能。
2、本发明中，在绝缘层和保护层中均加入陶瓷化填料，陶瓷化填料在高温环境中能形成紧致坚硬的陶瓷体，进而与绝缘层和保护层中的基材进行协同作用，进一步提高了陶瓷化耐高温电缆的力学性能及耐高温性能。
3、本发明中，将陶瓷化填料经十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基氯化铵和乙烯基三乙氧基硅烷同时改性处理，将陶瓷化填料的表面由无机表面转变为有机表面，提高了陶瓷化填料与基材的分散性，进一步提高了陶瓷化耐高温电缆的力学性能及耐高温性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
陶瓷化耐高温电缆，由内到外依次包括导体、绝缘层、阻燃层和保护层，导体为铜单丝，绝缘层包括以下重量份的组分：60份线性低密度聚乙烯、30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、2.5份滑石粉、2.5份云母粉、5份玻璃粉、1份聚乙烯接枝马来酸酐、1份抗氧剂1010；阻燃层包括以下重量份的组分：60份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1份氢氧化铝；保护层包括以下重量份的组分：60份超高分子量聚乙烯、30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、2.5份滑石粉、2.5份云母粉、5份玻璃粉、1份聚乙烯接枝马来酸酐、1份抗氧剂1010；
陶瓷化耐高温电缆制备方法：包括以下步骤：
A1、将绝缘层中线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐混合均匀，在130℃下混炼10min，经单螺杆挤出机挤出，得到绝缘层料；
A2、将导体绞合后，再将绝缘层料挤包在绞合后的导体上，得到绝缘层线芯；
A3、用滑石粉、云母粉、玻璃粉填充绝缘线芯，绞合成绝缘缆芯；
A4、将阻燃层组分混合，在130℃下混炼8min，得到阻燃层混合料；
A5、将保护层中超高分子量聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐混合均匀，在140℃下进行混炼10min，加入滑石粉、云母粉、玻璃粉混炼，经单螺杆挤出机挤出，得到保护层混合料；
A6、将绝缘缆芯、阻燃层混合料经双螺杆挤出机共同挤出，再用保护层混合料包裹，挤出，得到陶瓷化耐高温电缆。
实施例2
陶瓷化耐高温电缆，包括导体、绝缘层、阻燃层和保护层，导体为铝单丝，绝缘层包括以下重量份的组分：65份线性低密度聚乙烯、30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、4.8份滑石粉、3.2份云母粉、8份玻璃粉、3份聚乙烯接枝马来酸酐、2份抗氧剂168；阻燃层包括以下重量份的组分：65份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、3份氢氧化镁；保护层包括以下重量份的组分：65份超高分子量聚乙烯、30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、4.8份滑石粉、3.2份云母粉、8份玻璃粉、3份聚乙烯接枝马来酸酐、2份抗氧剂168；
陶瓷化耐高温电缆制备方法：包括以下步骤：
A1、将绝缘层中线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、相容剂混合均匀，在135℃下混炼9min，经单螺杆挤出机挤出，得到绝缘层料；
A2、将导体绞合后，再将绝缘层料挤包在绞合后的导体上，得到绝缘层线芯；
A3、用滑石粉、云母粉、玻璃粉填充绝缘线芯，绞合成绝缘缆芯；
A4、将阻燃层组分混合，在135℃下混炼7min，得到阻燃层混合料；
A5、将保护层中超高分子量聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐混合均匀，在150℃下进行混炼9min，加入滑石粉、云母粉、玻璃粉，混炼，经单螺杆挤出机挤出，得到保护层混合料；
A6、将绝缘缆芯、阻燃层混合料经双螺杆挤出机共同挤出，再用保护层混合料包裹，挤出，得到陶瓷化耐高温电缆。
实施例3
陶瓷化耐高温电缆，包括导体、绝缘层、阻燃层和保护层，导体为铜单丝，绝缘层包括以下重量份的组分：70份线性低密度聚乙烯、40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、7份滑石粉、3份云母粉、10份玻璃粉、5份聚乙烯接枝马来酸酐、3份抗氧剂300；阻燃层包括以下重量份的组分：70份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、5份氢氧化镁；保护层包括以下重量份的组分：70份超高分子量聚乙烯、40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、7份滑石粉、3份云母粉、10份玻璃粉、5份聚乙烯接枝马来酸酐、3份抗氧剂300；
陶瓷化耐高温电缆制备方法：包括以下步骤：
A1、将绝缘层中线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐混合均匀，在140℃下混炼8min，经单螺杆挤出机挤出，得到绝缘层料；
A2、将导体绞合后，再将绝缘层料挤包在绞合后的导体上，得到绝缘层线芯；
A3、用滑石粉、云母粉、玻璃粉填充绝缘线芯，绞合成绝缘缆芯；
A4、将阻燃层组分混合，在140℃下混炼5min，得到阻燃层混合料；
A5、将保护层中超高分子量聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐混合均匀，在140℃下进行混炼8min，加入滑石粉、云母粉、玻璃粉混炼，经单螺杆挤出机挤出，得到保护层混合料；
A6、将绝缘缆芯、阻燃层混合料经双螺杆挤出机共同挤出，再用保护层混合料包裹，挤出，得到陶瓷化耐高温电缆。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于加入2份滑石粉，3份云母粉、5份玻璃粉；
其余步骤与实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于加入4份滑石粉，1份云母粉、5份玻璃粉；
其余步骤与实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例3的区别仅在于将滑石粉、云母粉、玻璃粉经十六烷基二甲基氯化铵改性，再经乙烯基三乙氧基硅烷改性，改性制备方法为：
S1、将50g滑石粉与50g云母粉混合，加入100g份玻璃粉，在490℃下进行煅烧2h，冷却至室温，粉碎，得到粉碎混合物；
S2、将2g十六烷基二甲基氯化铵加入水中，搅拌，加入粉碎混合物，升温至80℃，再加入1g乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌2h，干燥得到改性陶瓷化填料；
其余步骤与实施例3相同。
实施例7
本实施例与实施例3的区别仅在于将滑石粉、云母粉、玻璃粉先经十二烷基二甲基苄基氯化铵改性，再经乙烯基三乙氧基硅烷改性，改性制备方法为：
S1、将50g滑石粉与50g云母粉混合，加入100g份玻璃粉，在480℃下进行煅烧3h，冷却至室温，粉碎，得到粉碎混合物；
S2、将2g十二烷基二甲基苄基氯化铵加入水中，搅拌，加入粉碎混合物，升温至60℃，再加入1g乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌2h，干燥得到改性陶瓷化填料；
其余步骤与实施例3相同。
实施例8
本实施例与实施例3的区别仅在于将滑石粉、云母粉、玻璃粉经十六烷基二甲基氯化铵和十二烷基二甲基苄基氯化铵改性，改性制备方法为：
S1、将50g滑石粉与50g云母粉混合，加入100g份玻璃粉，在490℃下进行煅烧2h，冷却至室温，粉碎，得到粉碎混合物；
S2、将1.2g十六烷基二甲基氯化铵和0.8g十二烷基二甲基苄基氯化铵加入水中，搅拌，加入粉碎混合物，升温至80℃，搅拌4h，干燥得到改性陶瓷化填料；
其余步骤与实施例3相同。
实施例9
本实施例与实施例3的区别仅在于将滑石粉、云母粉、玻璃粉先经十二烷基二甲基苄基氯化铵和十六烷基二甲基氯化铵改性，再经乙烯基三乙氧基硅烷改性，改性制备方法为：
S1、将50g滑石粉与50g云母粉混合，加入100g份玻璃粉，在490℃下进行煅烧2h，冷却至室温，粉碎，得到粉碎混合物；
S2、将1.2g十二烷基二甲基苄基氯化铵与0.8g十六烷基二甲基氯化铵加入水中，搅拌，加入粉碎混合物，升温至60℃，再加入2g乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌2h，干燥得到改性陶瓷化填料；
其余步骤与实施例3相同。
实施例10
本实施例与实施例9的区别仅在于在改性陶瓷化填料的制备方法中，步骤S2中加入1.4g十二烷基二甲基苄基氯化铵与0.6g十六烷基二甲基氯化铵。
其余步骤与实施例9相同。
实施例11
本实施例与实施例9的区别仅在于在改性陶瓷化填料的制备方法中，步骤S2中加入1.6g十二烷基二甲基苄基氯化铵与0.4g十六烷基二甲基氯化铵。
其余步骤与实施例9相同。
实施例12
本实施例与实施例9的区别仅在于在改性陶瓷化填料的制备方法中，步骤S2中加入1g十二烷基二甲基苄基氯化铵与1g十六烷基二甲基氯化铵；
其余步骤与实施例9相同。
实施例13
本实施例与实施例9的区别仅在于在改性陶瓷化填料的制备方法步骤S2中，加入1.8g十二烷基二甲基苄基氯化铵与0.2g十六烷基二甲基氯化铵；
其余步骤与实施例9相同。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于绝缘层包括以下重量份的组分：60份超高分子量聚乙烯、20份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、2.5份滑石粉、2.5份云母粉、5份玻璃粉、1份聚乙烯接枝马来酸酐、1份抗氧剂1010；
其余步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于保护层包括以下重量份的组分：60份线性低密度聚乙烯、30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、2.5份滑石粉、2.5份云母粉、5份玻璃粉、1份聚乙烯接枝马来酸酐、1份抗氧剂1010；
其余步骤与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于将阻燃层中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物替换为超高分子量聚乙烯。
对比例4
本对比例与实施例1的区别仅在于将阻燃层中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物替换为线性低密度聚乙烯。
实施例与对比例所用原料如下表所示：
将实施例1~13与对比例1~4按照GB/T 1040.3-2006测试拉伸强度、断裂伸长率，按照GB/T 32129-2015进行热老化试验，测试结果如下表所示：
根据实施例1~13与对比例1~4的数据可以得知，本发明的绝缘层以线性低密度聚乙烯为基材，阻燃层以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为基材，保护层以超高分子量聚乙烯为基材，三层基材协同配合，提高了陶瓷化耐高温电缆的力学性能绝缘层、阻燃层、保护层三层组分的不同，显著提高了陶瓷化耐高温电缆的力学性能。
根据实施例1与实施例6~13的数据可以得知，本发明将陶瓷化填料先经十二烷基二甲基苄基氯化铵与十六烷基二甲基氯化铵协同改性，再经乙烯基三乙氧基硅烷改性，进一步提高了陶瓷化耐高温电缆的力学性能和耐高温性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种陶瓷化耐高温电缆，由内到外依次包括导体、绝缘层、阻燃层和保护层，其特征在于，所述导体为铜单丝或铝单丝，所述绝缘层包括以下重量份的组分：
60~70份线性低密度聚乙烯、30~40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、10~20份陶瓷化填料、1~5份相容剂、1~3份抗氧剂；
所述阻燃层包括以下重量份的组分：
60~70份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1~5份阻燃剂；
所述保护层包括以下重量份的组分：
60~70份超高分子量聚乙烯、30~40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、10~20份陶瓷化填料、1~5份相容剂、1~3份抗氧剂；
所述陶瓷化填料为改性陶瓷化填料，所述改性陶瓷化填料由陶瓷化填料先经表面活性剂改性，再经乙烯基三乙氧基硅烷改性得到；
所述表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基氯化铵质量比6:4~8:2的组合物。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷化耐高温电缆，其特征在于，所述陶瓷化填料包括填料和玻璃粉；所述填料为滑石粉、高岭土、云母粉中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷化耐高温电缆，其特征在于，所述填料和玻璃粉的重量比为1:1。
4.根据权利要求2所述的一种陶瓷化耐高温电缆，其特征在于，所述填料为滑石粉与云母粉重量比为5:5~7:3的组合物。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷化耐高温电缆，其特征在于，所述改性陶瓷化填料的制备方法包括以下步骤：
S1、将陶瓷化填料在480~500℃进行煅烧1~3h，冷却，粉碎，得到粉碎混合物；
S2、将表面活性剂加入水中，搅拌，加入所述粉碎混合物，升温至60~80℃，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌2~4h，干燥得到改性陶瓷化填料。
6.根据权利要求5所述的一种陶瓷化耐高温电缆，其特征在于，所述表面活性剂的加入量为陶瓷化填料质量的1%~3%，乙烯基三乙氧基硅烷的加入量为陶瓷化填料质量的0.5%~1%。
7.根据权利要求1所述的一种陶瓷化耐高温电缆，其特征在于，所述相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐；所述阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。
8.根据权利要求1所述的一种陶瓷化耐高温电缆，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂300中的一种或多种。
9.根据权利要求1~8任意一项所述的一种陶瓷化耐高温电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、将绝缘层中线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、相容剂混合均匀，进行混炼，挤出，得到绝缘层料；
A2、将导体绞合后，再将绝缘层料挤包在绞合后的导体上，得到绝缘层线芯；
A3、用陶瓷化填料填充绝缘线芯，绞合成绝缘缆芯；
A4、将阻燃层组分混合，混炼，得到阻燃层混合料；
A5、将保护层中超高分子量聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、相容剂混合均匀，进行混炼，加入陶瓷化填料，混炼，挤出，得到保护层混合料；
A6、将绝缘缆芯、阻燃层混合料共同挤出，再用保护层混合料包裹，挤出，得到陶瓷化耐高温电缆。
10.根据权利要求9所述的一种陶瓷化耐高温电缆的制备方法，其特征在于，所述步骤A1中混炼的温度为130~140℃，时间为8~10min；所述步骤A2中混炼的温度为130~140℃，时间为5~8min；所述步骤A4中混炼的温度为140~160℃，时间为8~10min。
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