本發(fā)明涉及電纜料加工，具體涉及一種阻燃型高強(qiáng)度復(fù)合電纜料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電纜作為電力傳輸和信號(hào)傳輸?shù)闹匾d體，其需求量不斷增加。同時(shí)，人們對(duì)電纜的性能要求也越來越高，尤其是在阻燃性和強(qiáng)度方面，在許多場合，如高層建筑、地鐵、電站等，電纜的阻燃性能至關(guān)重要，傳統(tǒng)的電纜料往往采用含鹵素的阻燃劑來提高阻燃性能，但這些阻燃劑在燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量的煙霧和有毒氣體，對(duì)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害。因此，開發(fā)無鹵素、低煙、無毒的阻燃型電纜料成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。

2、復(fù)合電纜料是指在電纜制造過程中用作絕緣材料和護(hù)套的材料，其性能直接影響著電纜的使用性能和安全性，可膨脹石墨是一種具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能和耐高溫性能的材料，其通常被應(yīng)用在阻燃材料中，因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)可以在受熱時(shí)膨脹形成氣孔，有效隔離氧氣，達(dá)到良好的阻燃效果，同時(shí)，石墨還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，能夠?yàn)閺?fù)合電纜料提供更好的機(jī)械強(qiáng)度。

3、傳統(tǒng)的可膨脹石墨增強(qiáng)的復(fù)合電纜料在制備過程中，通常采用樹脂基體與可膨脹石墨直接混合的方法來制備電纜料，但是可膨脹石墨與低密度聚乙烯的極性相差較大，可膨脹石墨與低密度聚乙烯之間的界面張力較大，石墨粒子難以在低密度聚乙烯基體中均勻分布，并且，可膨脹石墨與復(fù)合電纜料的組成分子間的交聯(lián)度較低，導(dǎo)致可膨脹石墨增強(qiáng)的低密度聚乙烯電纜料的機(jī)械性能差，雖然可膨脹石墨能夠在一定程度上提高電纜料的阻燃性能，但是，單一的可膨脹石墨對(duì)電纜料的阻燃性能提升有限，通常會(huì)與其他阻燃添加劑復(fù)配，提高材料的阻燃性能，傳統(tǒng)的阻燃添加劑在燃燒或陰燃過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，對(duì)環(huán)境和人員安全構(gòu)成威脅，復(fù)合電纜料的阻燃性能有待進(jìn)一步提高。

4、針對(duì)此方面的技術(shù)缺陷，現(xiàn)提出一種解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種阻燃型高強(qiáng)度復(fù)合電纜料及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合電纜料在使用可膨脹石墨進(jìn)行增強(qiáng)時(shí)，復(fù)合電纜料的機(jī)械強(qiáng)度與阻燃性能有待進(jìn)一步提高的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種阻燃型高強(qiáng)度復(fù)合電纜料，包括按重量份的以下組成：低密度聚乙烯100份、乙烯-辛烯共聚物20-30份、復(fù)合聚硅氧烷25-35份、過氧化二異丙苯1-1.5份、輔助添加劑3-5份和改性氫氧化鎂10-14份；

4、所述復(fù)合聚硅氧烷由以下步驟加工得到：

5、a1、將5-己烯基三甲氧基硅烷、八甲基硅油、2-[8-(三甲氧基甲硅烷基)辛基]-環(huán)氧乙烷、無水乙醇加入到反應(yīng)釜中攪拌，反應(yīng)釜溫度升高至體系回流，向反應(yīng)釜中加入氫氧化鉀溶液，保溫反應(yīng)6-8h，后處理得到聚硅氧烷；

6、聚硅氧烷的合成反應(yīng)原理為：

7、在堿性環(huán)境的催化作用下，5-己烯基三甲氧基硅烷和2-[8-(三甲氧基甲硅烷基)辛基]-環(huán)氧乙烷中的甲氧基硅烷基團(tuán)發(fā)生水解反應(yīng)，生成硅羥基，并且水解生成的硅羥基之間發(fā)生縮合反應(yīng)，形成硅氧鍵，同時(shí)釋放出水分子，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，多個(gè)硅氧烷單體通過縮合反應(yīng)連接在一起，形成高分子量的聚硅氧烷，八甲基硅油作為高分子量組分，可能通過其硅氧鍵與其他單體縮合，進(jìn)一步促進(jìn)聚硅氧烷的形成，制備的得到具有環(huán)氧基與不飽和烯烴雙鍵修飾的聚硅氧烷。

8、a2、將改性可膨脹石墨、改性淀粉、聚硅氧烷、n,n-二甲基甲酰胺和催化劑加入到反應(yīng)釜中攪拌，反應(yīng)釜溫度升高至80-90℃，保溫反應(yīng)6-8h，后處理得到復(fù)合聚硅氧烷。

9、復(fù)合聚硅氧烷的合成反應(yīng)原理為：

10、改性可膨脹石墨的外部活化勃姆石與磷的復(fù)合層級(jí)結(jié)構(gòu)上的亞胺基與改性淀粉上的活性含氧基團(tuán)、氨基均能夠作為反應(yīng)的活性位點(diǎn)，聚硅氧烷上的環(huán)氧基在催化劑的條件下開環(huán)后與改性可膨脹石墨或改性淀粉上的活性位點(diǎn)發(fā)生親核加成反應(yīng)，促進(jìn)改性可膨脹石墨與改性淀粉和聚硅氧烷混合交聯(lián)，形成改性可膨脹石墨、改性淀粉與聚硅氧烷相復(fù)合的復(fù)合聚硅氧烷。

11、進(jìn)一步的，所述改性可膨脹石墨由以下步驟加工得到：

12、b1、將納米勃姆石、無水乙醇和kh-550加入到反應(yīng)釜中攪拌，反應(yīng)釜溫度升高至50-60℃，向反應(yīng)釜中加入氫氧化鈉溶液，保溫?cái)嚢?-6h，后處理得到活化勃姆石；

13、b2、將三羥甲基氧化磷、活化勃姆石、dmf溶液、可膨脹石墨和催化劑加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的反應(yīng)釜中攪拌，反應(yīng)釜溫度升高至70-80℃，向反應(yīng)釜中加入滴加交聯(lián)劑，保溫反應(yīng)4-6h，向反應(yīng)釜中加入氫氧化鈉溶液，保溫反應(yīng)3-5h，后處理得到改性可膨脹石墨。

14、改性可膨脹石墨的合成反應(yīng)原理為：

15、kh-550上的硅氧烷鍵在堿性環(huán)境下水解后形成硅羥基與納米勃姆石表面活性基團(tuán)反應(yīng)，在納米勃姆石外部形成kh-550包覆修飾，制備得到活化勃姆石，活化勃姆石、三羥甲基氧化磷和交聯(lián)劑與可膨脹石墨混合后，活化勃姆石、三羥甲基氧化磷上的活性基團(tuán)與交聯(lián)劑發(fā)生縮合反應(yīng)，形成活化勃姆石與磷共聚的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在堿性環(huán)境下，進(jìn)一步的促進(jìn)交聯(lián)劑中的硅氧烷鍵水解后與可膨脹石墨表面形成連接修飾，在可膨脹石墨外部穩(wěn)定修飾活化勃姆石與磷的復(fù)合層級(jí)結(jié)構(gòu)，制備得到改性可膨脹石墨。

16、進(jìn)一步的，所述改性淀粉的制備方法為：將可溶性淀粉、磷酸加入到反應(yīng)釜中攪拌，反應(yīng)釜溫度升高至95-100℃，保溫反應(yīng)2-3h，向反應(yīng)釜中加入滴加三聚氰胺溶液，保溫反應(yīng)40-60min，后處理得到改性淀粉。

17、改性淀粉的合成反應(yīng)原理為：

18、在高溫條件下，磷酸與可溶性淀粉分子中的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，形成磷酸酯鍵，三聚氰胺分子中的氨基能夠與淀粉分子中的磷酸酯基形成氫鍵，增強(qiáng)淀粉與三聚氰胺之間的相互作用，在淀粉分子上穿插修飾三聚氰胺分子，制備得到改性淀粉。

19、進(jìn)一步的，改性氫氧化鎂由以下步驟加工得到：

20、c1、將納米氫氧化鎂、無水乙醇和kh-550加入到反應(yīng)釜中攪拌，反應(yīng)釜溫度升高至50-60℃，向反應(yīng)釜中加入氫氧化鈉溶液，保溫反應(yīng)4-6h，后處理得到前處理氫氧化鎂；

21、c2、將前處理氫氧化鎂、四氫呋喃、1,2-環(huán)氧基-5-己烯和吡啶加入到反應(yīng)釜中攪拌，反應(yīng)釜溫度升高至體系回流，保溫反應(yīng)6-8h，后處理得到活化氫氧化鎂；

22、c3、將活化氫氧化鎂、四氫呋喃加入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的反應(yīng)釜中攪拌，反應(yīng)釜溫度升高至45-55℃，向反應(yīng)釜中加入異氰酸丙基三乙氧基硅烷，保溫反應(yīng)2-3h，后處理得到改性氫氧化鎂。

23、改性氫氧化鎂的合成反應(yīng)原理為：

24、通過kh-550對(duì)納米氫氧化鎂進(jìn)行表面包覆修飾，制備得到前處理氫氧化鎂，在吡啶做催化劑的條件下，1,2-環(huán)氧基-5-己烯上的環(huán)氧基開環(huán)與前處理氫氧化鎂表面修飾的氨基發(fā)生親核加成反應(yīng)，形成具有羥基與不飽和烯烴修飾的活化氫氧化鎂，異氰酸丙基三乙氧基硅烷上的異氰酸酯基能夠與活化氫氧化鎂表面上的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，將異氰酸丙基三乙氧基硅烷接枝修飾到活化氫氧化鎂上，在活化氫氧化鎂的外部形成三乙氧基硅烷修飾，制備得到改性氫氧化鎂。

25、進(jìn)一步的，步驟a1中，所述5-己烯基三甲氧基硅烷、八甲基硅油、2-[8-(三甲氧基甲硅烷基)辛基]-環(huán)氧乙烷、無水乙醇和氫氧化鉀溶液的用量比為2g:4-6g:2-3g:60ml:10ml，所述氫氧化鉀溶液的濃度為1-2mol/l，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，減壓蒸除溶劑，向反應(yīng)釜中加入甲苯和純化水，攪拌10-20min，靜置分液，有機(jī)相用純化水洗滌3次后轉(zhuǎn)移到溫度為75-85℃的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，減壓蒸除溶劑，得到聚硅氧烷；步驟a2中，所述改性可膨脹石墨、改性淀粉、聚硅氧烷、n,n-二甲基甲酰胺和催化劑的用量比為5-6g:1.8-2.4g:9-10g:40ml:0.2g，所述催化劑為吡啶，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，反應(yīng)釜保溫90-100℃，減壓蒸除溶劑，得到復(fù)合聚硅氧烷。

26、進(jìn)一步的，步驟b1中，所述納米勃姆石、無水乙醇、kh-550和氫氧化鈉溶液的用量比為5g:40ml:1.8-2.2g:15ml，所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.8-1.2mol/l，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，反應(yīng)釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌至中性后抽干，濾餅轉(zhuǎn)移到溫度為70-80℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到活化勃姆石；步驟b2中，所述三羥甲基氧化磷、活化勃姆石、dmf溶液、可膨脹石墨、催化劑、交聯(lián)劑和氫氧化鈉溶液的用量比為0.3-0.4g:0.8g:60ml:7g:0.01g:2g:10ml，所述dmf溶液由n,n-二甲基甲酰胺和十二烷基酚聚氧乙烯醚按用量比1g:50ml組成，所述催化劑為二月桂酸酯二丁基錫，所述交聯(lián)劑由異氰酸丙基三乙氧基硅烷和二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯按重量比1:3組成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.3-0.6mol/l，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，反應(yīng)釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌至中性后抽干，濾餅轉(zhuǎn)移到溫度為70-80℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性可膨脹石墨。

27、進(jìn)一步的，所述可溶性淀粉、磷酸和三聚氰胺溶液的用量比為2g:15ml:3g，所述磷酸的濃度為12-14mol/l，所述三聚氰胺溶液由三聚氰胺與純化水按用量比1g:4ml混合后均勻分散得到，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，反應(yīng)釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用60wt%乙醇溶液洗滌3次后抽干，濾餅轉(zhuǎn)移到溫度為60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性淀粉。

28、進(jìn)一步的，步驟c1中，所述納米氫氧化鎂、無水乙醇、kh-550和氫氧化鈉溶液的用量比為5g:30ml:1.5-2.5g:10ml，所述氫氧化鈉溶液的濃度為1-2mol/l，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，反應(yīng)釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌至中性后抽干，濾餅轉(zhuǎn)移到溫度為60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到前處氫氧化鎂；步驟c2中，所述前處理氫氧化鎂、四氫呋喃、1,2-環(huán)氧基-5-己烯和吡啶的用量比為5g:40ml:3g:0.2g，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，反應(yīng)釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌3次后抽干，濾餅轉(zhuǎn)移到溫度為60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到活化氫氧化鎂；步驟c3中，所述活化氫氧化鎂、四氫呋喃和異氰酸丙基三乙氧基硅烷的用量比為5g:40ml:3g，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，反應(yīng)釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用四氫呋喃洗滌3次后抽干，濾餅轉(zhuǎn)移到溫度為60-70℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性氫氧化鎂。

29、一種阻燃型高強(qiáng)度復(fù)合電纜料的制備方法，包括以下步驟：

30、s1、將低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、復(fù)合聚硅氧烷、過氧化二異丙苯和輔助添加劑混合后加入到溫度為170-180℃的轉(zhuǎn)矩流變儀中，熔融混合10-15min，向轉(zhuǎn)矩流變儀中加入改性氫氧化鎂，熔融混合20-30min，得到混合料；

31、s2、將混合料轉(zhuǎn)移到平板硫化儀中，設(shè)置平板硫化儀溫度為175-185℃，壓力為12-15mpa，硫化處理20-30min，將其置于蒸汽環(huán)境中，高溫蒸養(yǎng)6-8h，得到復(fù)合電纜料。

32、進(jìn)一步的，所述輔助添加劑由分散劑、潤滑劑、防老劑、光穩(wěn)定劑與抗靜電劑按重量比5:3:4:2:2組成，所述分散劑為硬脂酸鹽，所述潤滑劑為液體石蠟，所述防老劑為防老劑d、防老劑cppd、防老劑ippd、防老劑h中的一種或多種，所述光穩(wěn)定劑為紫外線吸收劑uv-1164或紫外線吸收劑234，所述抗靜電劑為對(duì)壬基苯氧基丙基磺酸鈉。

33、本發(fā)明具備下述有益效果：

34、1.本發(fā)明的阻燃型高強(qiáng)度復(fù)合電纜料，通過選取低密度聚乙烯為樹脂基體，以乙烯-辛烯共聚物為相容劑，乙烯-辛烯共聚物的分子鏈中含有辛烯單元，這能夠破壞聚乙烯的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，形成彈性軟段，促進(jìn)聚乙烯鏈段與聚硅氧烷鏈段產(chǎn)生較好的相容性，本發(fā)明以復(fù)合聚硅氧烷為增強(qiáng)基體，以過氧化二異丙苯作為催化劑，促進(jìn)樹脂基體與增強(qiáng)基體之間的交聯(lián)鍵合度，以改性氫氧化鎂為增強(qiáng)助劑，將其與樹脂基體均勻混合后，通過蒸汽高溫蒸養(yǎng)，促進(jìn)改性氫氧化鎂上修飾的三乙氧基硅烷水解與材料中的其他活性基團(tuán)發(fā)生縮合，進(jìn)一步的提高復(fù)合電纜料材料的交聯(lián)度，使得復(fù)合電纜料具有良好的機(jī)械性能；復(fù)合聚硅氧烷由改性可膨脹石墨、改性淀粉與聚硅氧烷復(fù)合得到，通過其與改性氫氧化鎂相互配合，在復(fù)合電纜料中構(gòu)筑可膨脹的阻燃體系，提高了復(fù)合電纜料的阻燃性能。

35、2.本發(fā)明的阻燃型高強(qiáng)度復(fù)合電纜料，通過選取可膨脹石墨為基體，采用納米勃姆石與三羥甲基氧化磷為修飾原料，在交聯(lián)劑的作用下，在可膨脹石墨的外部形成活化勃姆石與磷的復(fù)合層級(jí)結(jié)構(gòu)，制備得到改性可膨脹石墨，改性可膨脹石墨在高溫下能夠迅速膨脹，形成一層或多層致密且穩(wěn)定的膨脹炭層，這層炭層覆蓋在聚烯烴材料表面，有效地隔絕了火焰與基材之間的熱傳遞，降低了材料表面的溫度，從而延緩了材料的熱降解和燃燒速度，納米勃姆石和三羥甲基氧化磷的加入，不僅增強(qiáng)了炭層的機(jī)械強(qiáng)度，還提高了其熱穩(wěn)定性和致密性，使得炭層在高溫下更難被破壞，從而更長時(shí)間地保持其隔熱效果，三羥甲基氧化磷中的磷元素在燃燒過程中可以催化聚烯烴材料的成炭反應(yīng)，促進(jìn)更多的炭質(zhì)形成，這些炭質(zhì)與改性可膨脹石墨膨脹后形成的炭層相結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的阻燃性能；本發(fā)明通過磷酸對(duì)可溶性淀粉進(jìn)行處理后，采用三聚氰胺對(duì)其進(jìn)行修飾，形成具有三聚氰胺分子穿插修飾淀粉的改性淀粉，改性淀粉與改性可膨脹石墨相互配合，能夠進(jìn)一步的促進(jìn)材料成炭、稀釋可燃?xì)怏w，進(jìn)而共同提高材料的阻燃性能；聚硅氧烷以si-o-si無機(jī)骨架為主鏈，具有優(yōu)良的耐熱性能和成炭性，在高溫下，聚硅氧烷能夠形成穩(wěn)定的sio2結(jié)構(gòu)，作為阻隔層減少熱輻射和可燃性降解產(chǎn)物的擴(kuò)散，其與改性可膨脹石墨和改性淀粉相互配合，進(jìn)一步的提高材料的阻燃性能。

36、3.本發(fā)明的阻燃型高強(qiáng)度復(fù)合電纜料，通過選取氫氧化鎂為增強(qiáng)助劑的無機(jī)基體，通過對(duì)其外部進(jìn)行包覆修飾改性，在其外部形成有機(jī)烷烴修飾，再通過異氰酸丙基三乙氧基硅烷對(duì)其進(jìn)行表面修飾，在改性氫氧化鎂的外部形成三乙氧基硅烷修飾，不僅能夠有效的促進(jìn)改性氫氧化鎂在聚烯烴材料中均勻分散，還在改性氫氧化鎂的表面引入不飽和烯烴，在自由基引發(fā)劑的作用下，能夠與聚烯烴材料發(fā)生自由基聚合，通過改性氫氧化鎂表面上修飾的三乙氧基硅烷，在高溫水環(huán)境下蒸養(yǎng)過程中，硅氧烷鍵水解后與聚烯烴基體發(fā)生縮合，在復(fù)合電纜料中形成立體空間狀的網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)，提高復(fù)合聚烯烴電纜料的機(jī)械性能，氫氧化鎂還能夠與改性可膨脹石墨、改性淀粉形成協(xié)同阻燃體系，進(jìn)一步的提高復(fù)合電纜料的阻燃性能。