CN108794871A - 一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，由下列重量份的原料制备而成：EVA树脂60‑70、高密度聚乙烯树脂15‑30、氧化石墨烯13‑20、甲壳素纳米纤维2‑10、纳米银粒子0.2‑0.8、偶联剂0.8‑1.6、白云石4‑6、海泡石粉15‑20、氢氧化铝3‑4、氢氧化镁4.5‑6、防老剂3‑6、柠檬酸酯1.5‑2.8、癸二酸二辛酯9‑11、稳定剂1‑2、交联剂0.5‑1、润滑剂2.5‑3.5、防蚁鼠剂5‑10、引发剂0.1‑0.15；然后通过一定的方法制备而得。本发明原料组成合理，制备方法简单，操作方便，制备得到的电缆料具有轻质、抗菌、防腐、阻燃、耐磨抗老化的特点。

Description

一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆材料领域，尤其是一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法。
背景技术
随着我国科技的快速发展以及人们生活水平的不断提高，当前社会已经进入信息时代，重要的电子信息技术也得到了显著的进步，电线电缆的需求量也日益增多。电缆包括导体、绝缘材料以及其他辅助材料，为了使电缆拥有更好的适应性，电缆中的导体需要具有良好的导电性能，光纤对光波的传导好、损耗小；而电线电缆外层的包覆材料需要由电绝缘性能好的材料组成。电线电缆料多为高分子材料，为了满足各个场合需要的性能，需要向高分子材料中添加各种添加剂以获得阻燃耐火性能好、耐候性能好、抗菌耐腐蚀的性能。但是，传统技术中的高性能电缆料一般通过采用普通电缆料加上阻燃、耐腐等材料组成，在获得高性能的同时势必增加了电缆自身的重量。
石墨烯是一种具有六边形蜂窝状结构的二维纳米碳材料，其中的碳原子以sp2杂化地形式紧密地排列。由于其致密的结构，使得其他的大分子结构难以透过，因而具有优异的耐候性能。石墨烯拥有良好的力学性能，其断裂强度和杨氏模量分别为130GPa和1.0TPa，达到普通Q235钢材的200倍以上，密度却只有钢的1/20；其硬度高达300～400N/m，弹性常数为1～5N/m，若将石墨烯材料添加到其他工程材料中制备得到石墨烯的复合材料，可使石墨烯复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性；同时拥有良好的阻燃、防腐耐磨性能。
发明内容
为了克服现有技术中存在的阻燃抗腐功能的电缆料质量大、难以广泛应用的缺陷，本发明提供一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，由下列重量份的原料制备而成：EVA树脂60-70、高密度聚乙烯树脂15-30、氧化石墨烯13-20、甲壳素纳米纤维2-10、纳米银粒子0.2-0.8、偶联剂0.8-1.6、白云石4-6、海泡石粉15-20、氢氧化铝3-4、氢氧化镁4.5-6、防老剂3-6、柠檬酸酯1.5-2.8、癸二酸二辛酯9-11、稳定剂1-2、交联剂0.5-1、润滑剂2.5-3.5、防蚁鼠剂5-10、引发剂0.1-0.15；
所述的一种添加石墨烯轻质电缆料的制备方法如下：
步骤一，将偶联剂、引发剂混合均匀，置于75℃-80℃的油浴锅内进行加热，同时进行磁力搅拌，加热20-40min停止加热，然后自然冷却至室温，待用；
步骤二，向步骤一得到的混合物中加入石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物、氢氧化铝、氢氧化镁、纳米银粒子，然后机械搅拌，搅拌均匀后进行超声波分散处理，将温度控制在45℃-50℃；继而升温至75℃-80℃，加热2-5h，最后得到石墨烯纳米纤维复合物；
步骤三，将EVA树脂、高密度聚乙烯树脂加热直至达到熔融状态，然后加入白云石、海泡石粉、防老剂、柠檬酸酯、癸二酸二辛酯、稳定剂、交联剂、润滑剂、防蚁鼠剂、引发剂，充分混合至均匀，搅拌20-45min，混合均匀后取出待用；
步骤四，将步骤三混合均匀的物料在双螺杆挤出机中熔融共混，并挤出造粒；熔融挤出温度为275℃；
步骤五，将步骤二中得到的石墨烯纳米纤维复合物、步骤四中熔融共混后的物料加入到高混机中，混合10-15min，温度控制在125℃，将混合料再次送入双螺杆挤出机中，温度控制在265℃，挤出造粒后通过冷却干燥即得本发明电缆料。
上述的一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝锆偶联剂中的一种或者两种。
上述的一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，所述防老剂为防老剂ODA。
上述的一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，所述稳定剂为钙锌稳定剂或稀土稳定剂。
上述的一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，所述石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物的制备方法为：a.由于甲壳素纳米纤维表面带有正电荷，可以与带负电荷的氧化石墨烯复合，将甲壳素纳米纤维分散到溶液中，再与氧化石墨烯溶液进行混合，然后将混合后的溶液放置到磁力搅拌器上搅拌均匀，转速为1000-1200rpm，常温常压搅拌1-2h，然后利用超声波粉碎机处理，处理时间为30-60min，冰水浴处理温度控制在20-30℃，得到混合均匀的甲壳素纳米纤维与氧化石墨烯纳米纤维溶液；b.常温常压下向a得到的溶液中加入N2H4·H2O，其中N2H4·H2O与氧化石墨烯的质量比为1:10，搅拌分散均匀后，将溶液pH值控制在10左右，然后加热至95℃，反应120min，然后冷却至室温，反复洗涤，过滤便得到石墨烯纳米纤维与甲壳素纳米纤维复合物。
与现有技术相比本发明具有以下优点和突出性效果：
本发明的有益效果是，本发明一种添加石墨烯轻质电缆料添加石墨烯与氢氧化铝、氢氧化镁等阻燃成分，通过一定的制备工艺得到轻质多功能电缆料，不仅使得电缆料拥有良好的阻燃、防腐抗菌性能，还进一步改善了电缆料的力学性能。本发明原料组成合理，制备方法简单，操作方便，制备得到的电缆料具有轻质、抗菌、防腐、阻燃、耐磨抗老化的特点。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的具体结构、工作原理的内容，下面对本发明做进一步的说明，但是以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的范围。对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据实施例获得其他的实施例，都属于本发明的保护范围。
【实施例1】
一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，由下列重量份的原料制备而成：EVA树脂60、高密度聚乙烯树脂15、氧化石墨烯13、甲壳素纳米纤维2、纳米银粒子0.2、偶联剂0.8、白云石4、海泡石粉15、氢氧化铝3、氢氧化镁4.5、防老剂3、柠檬酸酯1.5、癸二酸二辛酯9、稳定剂1、交联剂0.5、润滑剂2.5、防蚁鼠剂5、引发剂0.1；
所述的一种添加石墨烯轻质电缆料的制备方法如下：
步骤一，将偶联剂、引发剂混合均匀，置于75℃的油浴锅内进行加热，同时进行磁力搅拌，加热40min停止加热，然后自然冷却至室温，待用；
步骤二，向步骤一得到的混合物中加入石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物、氢氧化铝、氢氧化镁、纳米银粒子，然后机械搅拌，搅拌均匀后进行超声波分散处理，将温度控制在45℃；继而升温至75℃，加热5h，最后得到石墨烯纳米纤维复合物；
步骤三，将EVA树脂、高密度聚乙烯树脂加热直至达到熔融状态，然后加入白云石、海泡石粉、防老剂、柠檬酸酯、癸二酸二辛酯、稳定剂、交联剂、润滑剂、防蚁鼠剂、引发剂，充分混合至均匀，搅拌45min，混合均匀后取出待用；
步骤四，将步骤三混合均匀的物料在双螺杆挤出机中熔融共混，并挤出造粒；熔融挤出温度为275℃；
步骤五，将步骤二中得到的石墨烯纳米纤维复合物、步骤四中熔融共混后的物料加入到高混机中，混合10min，温度控制在125℃，将混合料再次送入双螺杆挤出机中，温度控制在265℃，挤出造粒后通过冷却干燥即得本发明电缆料。
所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述防老剂为防老剂ODA；所述稳定剂为钙锌稳定剂；所述石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物的制备方法为：a.将甲壳素纳米纤维分散到溶液中，再与氧化石墨烯溶液进行混合，然后将混合后的溶液放置到磁力搅拌器上搅拌均匀，转速为1000rpm，常温常压搅拌2h，然后利用超声波粉碎机处理，处理时间为30-60min，冰水浴处理温度控制在20℃，得到混合均匀的甲壳素纳米纤维与氧化石墨烯纳米纤维溶液；b.常温常压下向a.得到的溶液中加入N2H4·H2O，其中N2H4·H2O与氧化石墨烯的质量比为2，搅拌分散均匀后，将溶液pH值控制在10，然后加热至95℃，反应120min，然后冷却至室温，反复洗涤，过滤便得到石墨烯纳米纤维与甲壳素纳米纤维复合物。
【实施例2】
一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，由下列重量份的原料制备而成：EVA树脂70、高密度聚乙烯树脂30、氧化石墨烯20、甲壳素纳米纤维10、纳米银粒子0.8、偶联剂1.6、白云石6、海泡石粉20、氢氧化铝4、氢氧化镁6、防老剂6、柠檬酸酯2.8、癸二酸二辛酯11、稳定剂2、交联剂1、润滑剂3.5、防蚁鼠剂10、引发剂0.15；
所述的一种添加石墨烯轻质电缆料的制备方法如下：
步骤一，将偶联剂、引发剂混合均匀，置于80℃的油浴锅内进行加热，同时进行磁力搅拌，加热20min停止加热，然后自然冷却至室温，待用；
步骤二，向步骤一得到的混合物中加入石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物、氢氧化铝、氢氧化镁、纳米银粒子，然后机械搅拌，搅拌均匀后进行超声波分散处理，将温度控制在50℃；继而升温至80℃，加热2h，最后得到石墨烯纳米纤维复合物；
步骤三，将EVA树脂、高密度聚乙烯树脂加热直至达到熔融状态，然后加入白云石、海泡石粉、防老剂、柠檬酸酯、癸二酸二辛酯、稳定剂、交联剂、润滑剂、防蚁鼠剂、引发剂，充分混合至均匀，搅拌45min，混合均匀后取出待用；
步骤四，将步骤三混合均匀的物料在双螺杆挤出机中熔融共混，并挤出造粒；熔融挤出温度为275℃；
步骤五，将步骤二中得到的石墨烯纳米纤维复合物、步骤四中熔融共混后的物料加入到高混机中，混合15min，温度控制在125℃，将混合料再次送入双螺杆挤出机中，温度控制在265℃，挤出造粒后通过冷却干燥即得本发明电缆料。
所述偶联剂为铝酸酯偶联剂；所述防老剂为防老剂ODA；所述稳定剂为稀土稳定剂；所述石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物的制备方法为：
a.将甲壳素纳米纤维分散到溶液中，再与氧化石墨烯溶液进行混合，然后将混合后的溶液放置到磁力搅拌器上搅拌均匀，转速为1200rpm，常温常压搅拌1h，然后利用超声波粉碎机处理，处理时间为30min，冰水浴处理温度控制在30℃，得到混合均匀的甲壳素纳米纤维与氧化石墨烯纳米纤维溶液；b.常温常压下向a得到的溶液中加入N2H4·H2O，其中N2H4·H2O与氧化石墨烯的质量比为5，搅拌分散均匀后，将溶液pH值控制在10，然后加热至95℃，反应120min，然后冷却至室温，反复洗涤，过滤便得到石墨烯纳米纤维与甲壳素纳米纤维复合物。
【实施例3】
一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，由下列重量份的原料制备而成：EVA树脂65、高密度聚乙烯树脂20、氧化石墨烯15、甲壳素纳米纤维8、纳米银粒子0.6、偶联剂1.2、白云石5、海泡石粉18、氢氧化铝3.5、氢氧化镁5、防老剂4、柠檬酸酯2.5、癸二酸二辛酯10、稳定剂1.5、交联剂0.8、润滑剂3、防蚁鼠剂8、引发剂0.12；
所述的一种添加石墨烯轻质电缆料的制备方法如下：
步骤一，将偶联剂、引发剂混合均匀，置于78℃的油浴锅内进行加热，同时进行磁力搅拌，加热30min停止加热，然后自然冷却至室温，待用；
步骤二，向步骤一得到的混合物中加入石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物、氢氧化铝、氢氧化镁、纳米银粒子，然后机械搅拌，搅拌均匀后进行超声波分散处理，将温度控制在48℃；继而升温至78℃，加热3h，最后得到石墨烯纳米纤维复合物；
步骤三，将EVA树脂、高密度聚乙烯树脂加热直至达到熔融状态，然后加入白云石、海泡石粉、防老剂、柠檬酸酯、癸二酸二辛酯、稳定剂、交联剂、润滑剂、防蚁鼠剂、引发剂，充分混合至均匀，搅拌30min，混合均匀后取出待用；
步骤四，将步骤三混合均匀的物料在双螺杆挤出机中熔融共混，并挤出造粒；熔融挤出温度为275℃；
步骤五，将步骤二中得到的石墨烯纳米纤维复合物、步骤四中熔融共混后的物料加入到高混机中，混合12min，温度控制在125℃，将混合料再次送入双螺杆挤出机中，温度控制在265℃，挤出造粒后通过冷却干燥即得本发明电缆料。
所述偶联剂为铝锆偶联剂；所述防老剂为防老剂ODA；所述稳定剂为钙锌稳定剂；所述石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物的制备方法为：a.将甲壳素纳米纤维分散到溶液中，再与氧化石墨烯溶液进行混合，然后将混合后的溶液放置到磁力搅拌器上搅拌均匀，转速为1200rpm，常温常压搅拌1.5h，然后利用超声波粉碎机处理，处理时间为40min，冰水浴处理温度控制在25℃，得到混合均匀的甲壳素纳米纤维与氧化石墨烯纳米纤维溶液；b.常温常压下向a得到的溶液中加入N2H4·H2O，其中N2H4·H2O与氧化石墨烯的质量比为10，搅拌分散均匀后，将溶液pH值控制在10，然后加热至95℃，反应120min，然后冷却至室温，反复洗涤，过滤便得到石墨烯纳米纤维与甲壳素纳米纤维复合物。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种添加石墨烯的轻质电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料制备而成：EVA树脂60-70、高密度聚乙烯树脂15-30、氧化石墨烯13-20、甲壳素纳米纤维2-10、纳米银粒子0.2-0.8、偶联剂0.8-1.6、白云石4-6、海泡石粉15-20、氢氧化铝3-4、氢氧化镁4.5-6、防老剂3-6、柠檬酸酯1.5-2.8、癸二酸二辛酯9-11、稳定剂1-2、交联剂0.5-1、润滑剂2.5-3.5、防蚁鼠剂5-10、引发剂0.1-0.15；
一种添加石墨烯轻质电缆料的制备方法如下：
步骤一，将偶联剂、引发剂混合均匀，置于75℃-80℃的油浴锅内进行加热，同时进行磁力搅拌，加热20-40min停止加热，然后自然冷却至室温，待用；
步骤二，向步骤一得到的混合物中加入石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物、氢氧化铝、氢氧化镁、纳米银粒子，然后机械搅拌，搅拌均匀后进行超声波分散处理，将温度控制在45℃-50℃；继而升温至75℃-80℃，加热2-5h，最后得到石墨烯纳米纤维复合物；
步骤三，将EVA树脂、高密度聚乙烯树脂加热直至达到熔融状态，然后加入白云石、海泡石粉、防老剂、柠檬酸酯、癸二酸二辛酯、稳定剂、交联剂、润滑剂、防蚁鼠剂、引发剂，充分混合至均匀，搅拌20-45min，混合均匀后取出待用；
步骤四，将步骤三混合均匀的物料在双螺杆挤出机中熔融共混，并挤出造粒；熔融挤出温度为275℃；
步骤五，将步骤二中得到的石墨烯纳米纤维复合物、步骤四中熔融共混后的物料加入到高混机中，混合10-15min，温度控制在125℃，将混合料再次送入双螺杆挤出机中，温度控制在265℃，挤出造粒后通过冷却干燥即得本发明电缆料。
2.根据权利要求1所述的一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝锆偶联剂中的一种或者两种。
3.根据权利要求1所述的一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，其特征在于，所述防老剂为防老剂ODA。
4.根据权利要求1所述的一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，其特征在于，所述稳定剂为钙锌稳定剂或稀土稳定剂。
5.根据权利要求1所述的一种添加石墨烯的轻质电缆料及其制备方法，其特征在于，所述石墨烯纳米纤维和甲壳素纳米纤维复合物的制备方法为：a.将甲壳素纳米纤维分散到溶液中，再与氧化石墨烯溶液进行混合，然后将混合后的溶液放置到磁力搅拌器上搅拌均匀，转速为1000-1200rpm，常温常压搅拌1-2h，然后利用超声波粉碎机处理，处理时间为30-60min，冰水浴处理温度控制在20-30℃，得到混合均匀的甲壳素纳米纤维与氧化石墨烯纳米纤维溶液；b.常温常压下向a得到的溶液中加入N2H4·H2O，其中N2H4·H2O与氧化石墨烯的质量比为1:10，搅拌分散均匀后，将溶液pH值控制在10左右，然后加热至95℃，反应120min，然后冷却至室温，反复洗涤，过滤便得到石墨烯纳米纤维与甲壳素纳米纤维复合物。
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