CN109467775A

CN109467775A - 一种多功能阻燃电缆料及其制备方法

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Publication number: CN109467775A
Application number: CN201811099869.0A
Authority: CN
Inventors: 刘晓钰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2019-03-15

Abstract

本发明属于电力电缆技术领域，具体涉及一种多功能阻燃电缆料及其制备方法。本发明的电缆料的具体制备方法为：将纳米硅藻土、纳米二氧化钛、壳聚糖等混合均匀后，加入改性辣味物质，水浴搅拌至改性辣味物质完全被吸附；将低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶、三氧化钼、乙烯醋酸乙烯共聚物等，加入到开炼机中，混炼；然后将含有辣味物质的混合填料，以及硅烷偶联剂A‑172、抗氧化剂168等一同加入混炼机中，继续混炼后，得到混炼料；投入双螺杆挤出机中，造粒排出，得到多功能阻燃电缆料。本发明制备方法简单易行，增大了辣椒素的混合效果；三步混炼达到有效混炼的目的；制备电缆料的阻燃性能较好，具有明显的防霉抑菌和防生物破坏作用，有望进行工业化生产。

Description

一种多功能阻燃电缆料及其制备方法

技术领域

本发明属于电力电缆技术领域，具体涉及一种多功能阻燃电缆料及其制备方法。

背景技术

电线电缆是用于传输电力、传输信息和实现电磁能量转换的一大类电工产品，其在经济活动和社会生活中具有不可替代的作用。然而近年来，由于电缆引发的火灾事故逐年上升，其中一个重要的原因是由于现有使用的电缆材料的物理机械性能及耐热阻燃性能较差，如电缆橡胶材料，一旦遇到火灾或火源则迅速燃烧，给社会带来不必要的财力损失乃是人员伤亡。故而，生产出高耐热阻燃性能的电缆材料已成为当务之急。

但是，卤系阻燃剂在火灾发生时易产生毒气、烟雾，给人身和财产带来严重危害，故而，卤系阻燃剂由于其对环境的破坏而正逐渐被市场所淘汰，特别是随着2003 年欧盟ROSH 禁令颁布以来，无卤阻燃的浪潮日趋高涨。因此，开发高阻燃、无卤、少烟的新一代电线电缆显得尤为重要。

与此同时，在电力传输过程中，为了避免对人体和其他设施的安全造成影响，电力电缆通常架设在高空中或埋设在地下，这种铺设方式同时也是对电力电缆的一种防护。然而电缆除常规自然老化外，最大的威胁是被生物和微生物破坏。例如，地下埋设的电缆可能会被老鼠、白蚁和其他穴居动物破坏；并且，由于目前市场上有些电缆料防潮效果差，防霉抗菌效果不好，埋设在地下，容易发生漏电，后果将不堪设想。并且高空架设的电缆可能会被啄木鸟等其鸟类或爬行动物破坏，这种生物破坏会影响电缆的正常使用，并且破坏点较小，难以排查发现，会使得投入的人力财力增加，同时进一步加大了电力维修的难度。

目前电缆对采取的防生物破坏的措施为：一方面，在电缆料中添加有毒物质，使生物在破坏时接触到有毒物质而死亡，这种措施由于会对生态环境平衡和其他生物造成不可逆的危害，已经被禁止使用；另一方面，采用硬度更好进而不易被破坏的保护套，但是这样会增加电力电缆的铺设成本，耗费大量不必要的人力和财力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，如：现有电缆料物理机械性能及耐热阻燃性能较差，防霉抗菌效果差，地下埋设的电缆不具有防生物功能等，本发明提供了一种多功能阻燃电缆料。

具体的，本发明的多功能阻燃电缆料，各原料组分的重量份为：

低密度聚乙烯75-85份，三元乙丙橡胶45-55份，三氧化钼（消烟剂）6-9份，硅烷偶联剂A-172（偶联剂）4-8份，抗氧化剂168 6-12份，乙烯醋酸乙烯共聚物10-15份，纳米氢氧化镁25-35份，玻璃纤维15-20份，纳米硅树脂10-15份，超细碳酸钙12-15份，硬脂酸7-10份，改性石蜡2-6份，炭黑（着色剂）6-8份，纳米硅藻土10-15份，纳米二氧化钛3-6份，壳聚糖3-6份，聚赖氨酸8-12份，改性辣味物质3-6份。

本发明还提供了一种多功能阻燃电缆料的制备方法，具体的，本发明按以下技术方案进行：

（1）按上述重量份数，将纳米硅藻土、纳米二氧化钛、壳聚糖与聚赖氨酸混合均匀，得到混合填料A；向混合填料A中加入改性辣味物质，水浴搅拌至改性辣味物质完全被混合填料A吸附，得到混合填料B；

（2）将低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶、三氧化钼、乙烯醋酸乙烯共聚物、纳米氢氧化镁、玻璃纤维、纳米硅树脂与超细碳酸钙，按照重量份数加入到开炼机中，混炼；然后将步骤（1）中的混合填料B，以及硅烷偶联剂A-172、抗氧化剂168、硬脂酸、改性石蜡与炭黑一同加入混炼机中，继续混炼后，温度降至室温，得到混炼料；

（3）将步骤（2）的混炼料投入双螺杆挤出机中，进行造粒，经双螺杆挤出机出口排出，得到多功能阻燃电缆料。

步骤（1）中，所述水浴搅拌的温度为50-60℃；

步骤（1）中，所述改性辣味物质的制备方法具体为：将辣椒素加入到丙烯酸酯稀酸溶液中，搅拌，过滤干燥后，得到改性辣味物质。

所述辣椒素与丙烯酸酯溶液的添加比例为2-3kg：7-9L，丙烯酸酯稀酸溶液质量浓度为20%；所述搅拌的时间为20-30min。

步骤（2）中，所述混炼的温度为110-120℃，所述混炼的时间为25-35min；所述继续混炼的温度为80-90℃，所述继续混炼的时间为15min；

步骤（3）中，所述双螺杆挤出机出口的温度为140-150℃，所述双螺杆转速为30-35r/min。

与现有技术相比较，本发明的有益效果体现如下：

（1）本发明的制备方法简单易行，在制备过程中，添加了将辣椒素与丙烯酸酯混合的步骤，解决了小用量的辣椒素的混合难题，增大了辣椒素的混合效果；混炼过程中，分成了三步，首先将用量较少的抗菌防霉物质（纳米二氧化钛、壳聚糖、聚赖氨酸）与防生物破坏物质（聚赖氨酸、改性辣味物质）进行混合均匀，然后将低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶等基地材料进行110-120℃混合，最后加入硅烷偶联剂A-172、抗氧化剂等物质混合，会使得各物质混合的更加均匀，达到有效混炼的目的。

（2）本发明制备的多功能阻燃电缆料，具有良好的抗拉强度、断裂伸长率等力学性能，作为绝缘体的性能较好。更重要的是多功能阻燃电缆料的氧指数较大，为38-41%，说明纳米氢氧化镁、玻璃纤维、纳米硅树脂的添加，提高了本发明的多功能阻燃电缆料的阻燃性能。

（3）本发明的多功能阻燃电缆料，通过采用纳米二氧化钛、壳聚糖与聚赖氨酸三者结合的形式，对可能存在的霉菌和细菌起到协同杀菌的作用，从而增强对地下铺设的电缆起到防霉抑菌的作用，延长电缆料的使用寿命；多功能阻燃电缆料对老鼠、白蚁、啄木鸟等生物均起到有效的防破坏作用，这归功于改性辣味物质与聚赖氨酸的共同作用，辣椒素、聚赖氨酸绿色、安全环保，在不会对生物造成伤害的同时，还可以防止电缆被破坏。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1：

（1）按重量份数，将纳米硅藻土10份、纳米二氧化钛3份、壳聚糖3份与聚赖氨酸8份混合均匀，得到混合填料A；向混合填料A中加入改性辣味物质3份，50℃水浴搅拌至改性辣味物质完全被混合填料A吸附，得到混合填料B；

所述改性辣味物质的制备方法具体为：将2kg辣椒素加入到9L质量浓度20%丙烯酸酯稀酸溶液中，搅拌20min，过滤干燥后，得到改性辣味物质。

（2）将低密度聚乙烯75份、三元乙丙橡胶55份、三氧化钼6份、乙烯醋酸乙烯共聚物10份、纳米氢氧化镁25份、玻璃纤维15份、纳米硅树脂10份与超细碳酸钙12份，按照重量份数加入到开炼机中，110℃混炼25min；然后将步骤（1）中的混合填料B，以及硅烷偶联剂A-172 4份、抗氧化剂168 6份、硬脂酸7份、改性石蜡2份与炭黑8份一同加入混炼机中，80℃继续混炼15min后，温度降至室温，得到混炼料；

（3）将步骤（2）的混炼料投入双螺杆挤出机中，进行造粒，经双螺杆挤出机出口排出，双螺杆挤出机出口的温度为140℃，所述双螺杆转速为30r/min，得到多功能阻燃电缆料。

实施例2：

（1）按重量份数，将纳米硅藻土15份、纳米二氧化钛6份、壳聚糖6份与聚赖氨酸12份混合均匀，得到混合填料A；向混合填料A中加入改性辣味物质6份，50℃水浴搅拌至改性辣味物质完全被混合填料A吸附，得到混合填料B；

所述改性辣味物质的制备方法具体为：将3kg辣椒素加入到7L质量浓度20%丙烯酸酯稀酸溶液中，搅拌30min，过滤干燥后，得到改性辣味物质。

（2）将低密度聚乙烯85份、三元乙丙橡胶45份、三氧化钼9份、乙烯醋酸乙烯共聚物15份、纳米氢氧化镁35份、玻璃纤维20份、纳米硅树脂15份与超细碳酸钙15份，按照重量份数加入到开炼机中，120℃混炼35min；然后将步骤（1）中的混合填料B，以及硅烷偶联剂A-172 8份、抗氧化剂168 12份、硬脂酸10份、改性石蜡6份与炭黑6份一同加入混炼机中，90℃继续混炼15min后，温度降至室温，得到混炼料；

（3）将步骤（2）的混炼料投入双螺杆挤出机中，进行造粒，经双螺杆挤出机出口排出，双螺杆挤出机出口的温度为150℃，所述双螺杆转速为35r/min，得到多功能阻燃电缆料。

实施例3：

（1）按重量份数，将纳米硅藻土12份、纳米二氧化钛5份、壳聚糖5份与聚赖氨酸10份混合均匀，得到混合填料A；向混合填料A中加入改性辣味物质5份，50℃水浴搅拌至改性辣味物质完全被混合填料A吸附，得到混合填料B；

所述改性辣味物质的制备方法具体为：将2.5kg辣椒素加入到8L质量浓度20%丙烯酸酯稀酸溶液中，搅拌25min，过滤干燥后，得到改性辣味物质。

（2）将低密度聚乙烯80份、三元乙丙橡胶51份、三氧化钼7份、乙烯醋酸乙烯共聚物12份、纳米氢氧化镁31份、玻璃纤维18份、纳米硅树脂12份与超细碳酸钙13份，按照重量份数加入到开炼机中，116℃混炼31min；然后将步骤（1）中的混合填料B，以及硅烷偶联剂A-172 6份、抗氧化剂168 9份、硬脂酸9份、改性石蜡4份与炭黑7份一同加入混炼机中，85℃继续混炼15min后，温度降至室温，得到混炼料；

（3）将步骤（2）的混炼料投入双螺杆挤出机中，进行造粒，经双螺杆挤出机出口排出，双螺杆挤出机出口的温度为146℃，所述双螺杆转速为32r/min，得到多功能阻燃电缆料。

本发明中，三氧化钼作为消烟剂，硅烷偶联剂A-172为偶联剂，炭黑为着色剂。此外，将辣椒素加入到丙烯酸酯稀酸溶液中，可以增大辣椒素的混合效果，进而得到改性辣味物质，方便在制备电缆料的过程中添加使用。

物化性能：

根据Q/320928DHY001-2003《弹性体电缆料技术规范》的测试方法，对实施例1-3制备的多功能阻燃电缆料进行拉伸强度、断裂伸长率、拉伸强度变化率、断裂伸长率变化率、体积电阻率、介电强度、氧指数测定，测定结果见表1。

表1 本发明实施例1-3的多功能阻燃电缆料的物化性能

由表1可得，本发明实施例1-3制备的多功能阻燃电缆料的抗拉强度、断裂伸长率分别为16.8-17.2 MPa、450-465%，均符合Q/320928DHY001-2003《弹性体电缆料技术规范》的要求；并且，135℃×240h热空气老化后，本发明的拉伸强度变化率、断裂伸长率变化率较小，分别为6.2-7.4%、4.9-5.8%，说明本发明的多功能阻燃电缆料具有良好的抗拉强度、断裂伸长率等力学性能。

实施例1-3制备的多功能阻燃电缆料的20℃体积电阻率、介电强度分别为24×10¹⁴-30×10¹⁴Ω·cm、65-72 MV·m^-1，均符合Q/320928DHY001-2003《弹性体电缆料技术规范》的要求，说明本发明的多功能阻燃电缆料作为绝缘体的性能较好。

此外，实施例1-3制备的多功能阻燃电缆料的氧指数为38-41%，说明纳米氢氧化镁、玻璃纤维、纳米硅树脂的协同作用，提高了本发明的多功能阻燃电缆料的阻燃性能。

抗菌性能：

将实施例1-3所制备的多功能阻燃电缆料分别制成营养琼脂培养基，编号为A、B、C，在上述三种营养琼脂培养基上接种10⁵-10⁶cfu/cm²大肠杆菌菌液，37℃培养一周，每天观察大肠杆菌的生长状况，结果见表2。

表2 本发明实施例1-3制备培养基的大肠杆菌生长状况

由表2可得，将本发明的多功能阻燃电缆料制成营养琼脂培养基，对大肠杆菌呈现出优异的抗菌效果，37℃培养一周，仅有样品A，即实施例1制成的营养琼脂培养基在培养5天后，长出1个菌落，说明本发明的电缆料能够有效抑制大肠杆菌的生长，具有显著的抑菌效果。本发明的多功能阻燃电缆料的抗菌性能主要归功于含有纳米二氧化钛、壳聚糖与聚赖氨酸，其中，纳米二氧化钛具有杀菌作用，但是其杀菌性能有限；壳聚糖能抑制一些真菌、细菌和病毒的生长繁殖，具有广谱的抗菌性能，并且安全无毒、可生物降解；聚赖氨酸对真菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌均具有明显的抑制和杀灭作用。通过采用纳米二氧化钛、壳聚糖与聚赖氨酸三者结合的形式，对可能存在的霉菌和细菌起到协同杀菌的作用，从而增强对地下铺设的电缆起到防霉抑菌的作用，延长电缆料的使用寿命。

防生物破坏性能：

对本发明实施例1-3的多功能阻燃电缆料的防生物破坏性能进行测试，主要测试了电缆料对老鼠、白蚁、啄木鸟三种生物的防破坏性，结果见表3。

表3 本发明实施例1-3的多功能阻燃电缆料的防生物破坏性能

由表3可得，本发明实施例1-3的多功能阻燃电缆料对老鼠、白蚁、啄木鸟等生物均起到有效的防破坏作用，说明本发明制备的多功能阻燃电缆料具有显著地防生物破坏性能，这归功于改性辣味物质与聚赖氨酸的共同作用，改性辣味物质中的辣椒素产生辣味刺激，聚赖氨酸具有苦味，使得生物对电缆料进行破坏时，会因为辣椒素的辣味刺激，以及对聚赖氨酸的苦味的厌恶而放弃破坏电缆料。此外，与丙烯醛和丁烯醛属于有毒类物质、对环境有严重危害且易燃易爆不同，辣椒素、聚赖氨酸绿色、安全环保，在不会对生物造成伤害的同时，还可以防止电缆被破坏。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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

1.一种多功能阻燃电缆料，其特征在于，所述多功能阻燃电缆料的组成成分为：按照重量份数，低密度聚乙烯75-85份，三元乙丙橡胶45-55份，三氧化钼6-9份，硅烷偶联剂A-1724-8份，抗氧化剂168 6-12份，乙烯醋酸乙烯共聚物10-15份，纳米氢氧化镁25-35份，玻璃纤维15-20份，纳米硅树脂10-15份，超细碳酸钙12-15份，硬脂酸7-10份，改性石蜡2-6份，炭黑6-8份，纳米硅藻土10-15份，纳米二氧化钛3-6份，壳聚糖3-6份，聚赖氨酸8-12份，改性辣味物质3-6份。

2.如权利要求1所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按重量份数，将纳米硅藻土、纳米二氧化钛、壳聚糖与聚赖氨酸混合均匀，得到混合填料A；向混合填料A中加入改性辣味物质，水浴搅拌至改性辣味物质完全被混合填料A吸附，得到混合填料B；

3.根据权利要求2所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述水浴搅拌的温度为50-60℃。

4.根据权利要求2所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述改性辣味物质的制备方法具体为：将辣椒素加入到丙烯酸酯稀酸溶液中，搅拌，过滤干燥后，得到改性辣味物质。

5.根据权利要求4所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述辣椒素与丙烯酸酯溶液的添加比例为2-3kg：7-9L，丙烯酸酯稀酸溶液质量浓度为20%。

6.根据权利要求4所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述搅拌的时间为20-30min。

7.根据权利要求2所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述混炼的温度为110-120℃，所述混炼的时间为25-35min。

8.根据权利要求2所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述继续混炼的温度为80-90℃，所述继续混炼的时间为15min。

9.根据权利要求2所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述双螺杆挤出机出口的温度为140-150℃。

10.根据权利要求2所述的多功能阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述双螺杆转速为30-35r/min。