CN114927279B - 一种耐高温防水环保电缆 - Google Patents

一种耐高温防水环保电缆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆技术领域，具体为一种耐高温防水环保电缆，包括外护套、防水层、隔热填料、缆芯，所述缆芯由聚乙烯内护套和导体组成；所述外护套包括以下组成成分：PVC树脂、ABS树脂、MMA‑St‑(N‑PMI)三元共聚物、Ca/Zn复合稳定剂、碳酸钙、滑石粉、阻燃剂、增塑剂、抗氧剂1010、亚磷酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、过氧化二异丙苯，本发明耐高温防水环保电缆不含有铅、镉、六价铬、汞等重金属，不含有溴系阻燃剂，绿色环保，具有优异的防水、耐高温性能，市场应用前景广泛。

Description

一种耐高温防水环保电缆
技术领域
本发明涉及电缆技术领域，具体为一种耐高温防水环保电缆。
背景技术
电缆的作用就是传输电能、信号和实现电磁转换，传输电力的如电力电缆、架空线等，传输信号的如同轴电缆，实现电磁转换的如漆包线，现有的电缆大多数都是易燃材料，不耐高温，而且防水性能较差，不适用于冶金、电力、石化等行业具有移动耐温等特殊要求的场合。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种耐高温防水环保电缆。
所采用的技术方案如下：
一种耐高温防水环保电缆，包括外护套、防水层、隔热填料、缆芯，所述缆芯由聚乙烯内护套和导体组成；
所述外护套包括以下组成成分：
PVC树脂、ABS树脂、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物、Ca/Zn复合稳定剂、碳酸钙、滑石粉、阻燃剂、增塑剂、抗氧剂1010、亚磷酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、过氧化二异丙苯。
进一步地，以重量份数计，所述外护套包括以下组成成分：
PVC树脂60-80份、ABS树脂20-30份、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物5-10份、Ca/Zn复合稳定剂2-4份、碳酸钙40-50份、滑石粉40-50份、阻燃剂2-3份、增塑剂1-2份、抗氧剂10100.5-1份、亚磷酸酯0.1-0.2份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.5-1份、过氧化二异丙苯2-3份。
更进一步地，以重量份数计，所述外护套包括以下组成成分：
PVC树脂80份、ABS树脂25份、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物6份、Ca/Zn复合稳定剂2份、碳酸钙45份、滑石粉50份、阻燃剂2.5份、增塑剂2份、抗氧剂1010 0.5份、亚磷酸酯0.15份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.5份、过氧化二异丙苯2.5份。
进一步地，所述MMA-St-(N-PMI)三元共聚物的制备方法如下：
将十二烷基硫酸钠加入水中，搅拌升温至75-80℃，将MMA、St、N-PMI滴加进反应体系中，继续搅拌10-30min后将引发剂过硫酸钾溶液分多次加入，滴加完毕后反应30-50min，再升温至85-90℃反应30-50min，最后用硫酸铝溶液破乳，过滤，所得粗产物干燥后用甲醇洗涤，真空干燥即可。
进一步地，所述硫酸铝溶液的质量浓度为2-4％。
进一步地，所述阻燃剂包括纳米氢氧化镁、氮磷膨胀型阻燃剂和有机硅阻燃剂。
进一步地，所述纳米氢氧化镁、氮磷膨胀型阻燃剂和有机硅阻燃剂的质量比为3-5：1-5：1。
进一步地，所述增塑剂为质量比为1：1的邻苯二甲酸二异癸酯、对苯二甲酸二辛酯。
进一步地，所述防水层为防水无纺布。
进一步地，所述隔热填料为聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料。
进一步地，所述聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料的制备方法如下：
将SiO2气凝胶用稀盐酸洗涤后，再水洗至中性，升温至120-140℃干燥3-5h，加入到硅烷偶联剂KH-550的无水乙醇溶液中，超声振荡处理1-1.5h，滤出后烘干，与聚氨酯预聚体、消泡剂混合搅拌均匀并升温至80-90℃，抽真空除泡，加入MOCA和乙酸丁酯，搅拌后再抽真空脱泡，过滤，固体在100℃的烘箱中放置12-15h即可。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种耐高温防水环保电缆，外护套中PVC树脂作为通用树脂，具有价格低廉、电绝缘性好、耐腐蚀等诸多优点，但耐热性能较差，使应用受到限制，ABS树脂与PVC树脂溶解度接近，共混后可以极大提高其力学性能，MMA-St-(N-PMI)三元共聚物中由于引入了空间位阻大的苯环结构，作为耐热改性剂加入可以改善外护套的耐热性能，纳米氢氧化镁、氮磷膨胀型阻燃剂、有机硅阻燃剂组成的阻燃剂可以形成有机-无机复配氮-磷-硅阻燃体系，遇火后，能在其表面生成含多孔炭、Si键、Si-C键的保护层，此层难燃、隔热、隔氧，又可阻止可燃气进入燃烧气相，既阻止燃烧分解产物外逸，又抑制了外护套的热分解，达到阻燃、低烟和低毒等目的，防水层为防水无纺布，可以起到防水阻湿的作用，聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料具有质轻隔热效果好等优良性能，作为隔热填料可以有效隔绝外部热量，避免高温影响电力安全，本发明耐高温防水环保电缆不含有铅、镉、六价铬、汞等重金属，不含有溴系阻燃剂，绿色环保，具有优异的防水、耐高温性能，市场应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明耐高温防水环保电缆的结构示意图；
图中标号分别代表：
1-外护套、2-防水层、3-隔热填料、4-聚乙烯内护套、5-导体。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
参考图1，一种耐高温防水环保电缆，包括外护套(1)、防水层(2)、隔热填料(3)、缆芯，所述缆芯由聚乙烯内护套(4)和导体(5)组成；
以重量份数计，外护套包括以下组成成分：
PVC树脂80份、ABS树脂25份、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物6份、Ca/Zn复合稳定剂2份、碳酸钙45份、滑石粉50份、纳米氢氧化镁1.5份、氮磷膨胀型阻燃剂0.5份、有机硅阻燃剂0.5份、邻苯二甲酸二异癸酯1份、对苯二甲酸二辛酯1份、抗氧剂1010 0.5份、亚磷酸酯0.15份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.5份、过氧化二异丙苯2.5份。
制备时将不同组分的原料加入高速混合机中混合10min，再用双螺杆挤出机在挤出温度为130-160℃塑化造粒，制备护套料，然后在流化压床上于165-175℃模压15min得到样片。
其中，MMA-St-(N-PMI)三元共聚物的制备方法如下：
将5g十二烷基硫酸钠加入500mL水中，搅拌升温至80℃，将60g MMA(甲基丙烯酸甲酯)、20g St(苯乙烯)、20g N-PMI(N-苯基马来酰亚胺)滴加进反应体系中，继续搅拌20min，将0.1g过硫酸钾用10mL水溶解后所得引发剂溶液分多次滴加进反应体系中，滴加完毕后反应50min，再升温至90℃反应40min，最后用反应液相同体积的质量浓度为2.5％硫酸铝溶液破乳，过滤，所得粗产物干燥后用甲醇洗涤，真空干燥即可。
防水层为防水无纺布；
隔热填料为聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料，其制备方法如下：
将100g SiO2气凝胶用0.1mol/L稀盐酸洗涤后，再水洗至中性，升温至140℃干燥4h，将4.5g硅烷偶联剂KH-550加入到450mL无水乙醇中搅拌均匀得到均一溶液后将SiO2气凝胶加入，超声振荡处理1.5h，将SiO2气凝胶滤出、烘干，与250g聚氨酯预聚体、1g消泡剂BYK028混合搅拌均匀并升温至90℃，抽真空除泡，加入28g MOCA(4,4-甲撑二(2-氯苯胺))和500mL乙酸丁酯，搅拌后再抽真空脱泡，过滤，固体在100℃的烘箱中放置14h即可。
实施例2：
参考图1，参考图1，一种耐高温防水环保电缆，包括外护套(1)、防水层(2)、隔热填料(3)、缆芯，所述缆芯由聚乙烯内护套(4)和导体(5)组成；
以重量份数计，外护套包括以下组成成分：
PVC树脂80份、ABS树脂30份、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物10份、Ca/Zn复合稳定剂4份、碳酸钙50份、滑石粉50份、纳米氢氧化镁1.5份、氮磷膨胀型阻燃剂0.5份、有机硅阻燃剂0.5份、邻苯二甲酸二异癸酯1份、对苯二甲酸二辛酯1份、抗氧剂1010 1份、亚磷酸酯0.2份、三烯丙基异三聚氰酸酯1份、过氧化二异丙苯3份。
制备方法同实施例1。
其中，MMA-St-(N-PMI)三元共聚物的制备方法如下：
将5g十二烷基硫酸钠加入500mL水中，搅拌升温至80℃，将60g MMA、20g St、20gN-PMI滴加进反应体系中，继续搅拌30min，将0.1g过硫酸钾用10mL水溶解后所得引发剂溶液分多次滴加进反应体系中，滴加完毕后反应50min，再升温至90℃反应50min，最后用反应液相同体积的质量浓度为4％硫酸铝溶液破乳，过滤，所得粗产物干燥后用甲醇洗涤，真空干燥即可。
防水层为防水无纺布；
隔热填料为聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料，其制备方法如下：
将100g SiO2气凝胶用0.1mol/L稀盐酸洗涤后，再水洗至中性，升温至140℃干燥5h，将4.5g硅烷偶联剂KH-550加入到450mL无水乙醇中搅拌均匀得到均一溶液后将SiO2气凝胶加入，超声振荡处理1.5h，将SiO2气凝胶滤出、烘干，与250g聚氨酯预聚体、1g消泡剂BYK028混合搅拌均匀并升温至90℃，抽真空除泡，加入28g MOCA和500mL乙酸丁酯，搅拌后再抽真空脱泡，过滤，固体在100℃的烘箱中放置15h即可。
实施例3：
参考图1，参考图1，一种耐高温防水环保电缆，包括外护套(1)、防水层(2)、隔热填料(3)、缆芯，所述缆芯由聚乙烯内护套(4)和导体(5)组成；
以重量份数计，外护套包括以下组成成分：
PVC树脂60份、ABS树脂20份、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物5份、Ca/Zn复合稳定剂2份、碳酸钙40份、滑石粉40份、纳米氢氧化镁1.5份、氮磷膨胀型阻燃剂0.5份、有机硅阻燃剂0.5份、邻苯二甲酸二异癸酯1份、对苯二甲酸二辛酯1份、抗氧剂1010 0.5份、亚磷酸酯0.1份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.5份、过氧化二异丙苯2份。
制备方法同实施例1。
其中，MMA-St-(N-PMI)三元共聚物的制备方法如下：
将5g十二烷基硫酸钠加入500mL水中，搅拌升温至75℃，将60g MMA、20g St、20gN-PMI滴加进反应体系中，继续搅拌10min，将0.1g过硫酸钾用10mL水溶解后所得引发剂溶液分多次滴加进反应体系中，滴加完毕后反应30min，再升温至85℃反应30min，最后用反应液相同体积的质量浓度为2％硫酸铝溶液破乳，过滤，所得粗产物干燥后用甲醇洗涤，真空干燥即可。
防水层为防水无纺布；
隔热填料为聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料，其制备方法如下：
将100g SiO2气凝胶用0.1mol/L稀盐酸洗涤后，再水洗至中性，升温至120℃干燥3h，将4.5g硅烷偶联剂KH-550加入到450mL无水乙醇中搅拌均匀得到均一溶液后将SiO2气凝胶加入，超声振荡处理1h，将SiO2气凝胶滤出、烘干，与250g聚氨酯预聚体、1g消泡剂BYK028混合搅拌均匀并升温至80℃，抽真空除泡，加入28g MOCA和500mL乙酸丁酯，搅拌后再抽真空脱泡，过滤，固体在100℃的烘箱中放置12h即可。
实施例4：
参考图1，参考图1，一种耐高温防水环保电缆，包括外护套(1)、防水层(2)、隔热填料(3)、缆芯，所述缆芯由聚乙烯内护套(4)和导体(5)组成；
以重量份数计，外护套包括以下组成成分：
PVC树脂60份、ABS树脂30份、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物5份、Ca/Zn复合稳定剂4份、碳酸钙40份、滑石粉50份、纳米氢氧化镁1.5份、氮磷膨胀型阻燃剂0.5份、有机硅阻燃剂0.5份、邻苯二甲酸二异癸酯1份、对苯二甲酸二辛酯1份、抗氧剂1010 0.5份、亚磷酸酯0.2份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.5份、过氧化二异丙苯3份。
制备方法同实施例1。
其中，MMA-St-(N-PMI)三元共聚物的制备方法如下：
将5g十二烷基硫酸钠加入500mL水中，搅拌升温至75℃，将60g MMA、20g St、20gN-PMI滴加进反应体系中，继续搅拌30min，将0.1g过硫酸钾用10mL水溶解后所得引发剂溶液分多次滴加进反应体系中，滴加完毕后反应30min，再升温至90℃反应30min，最后用反应液相同体积的质量浓度为4％硫酸铝溶液破乳，过滤，所得粗产物干燥后用甲醇洗涤，真空干燥即可。
防水层为防水无纺布；
隔热填料为聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料，其制备方法如下：
将100g SiO2气凝胶用0.1mol/L稀盐酸洗涤后，再水洗至中性，升温至120℃干燥5h，将4.5g硅烷偶联剂KH-550加入到450mL无水乙醇中搅拌均匀得到均一溶液后将SiO2气凝胶加入，超声振荡处理1h，将SiO2气凝胶滤出、烘干，与250g聚氨酯预聚体、1g消泡剂BYK028混合搅拌均匀并升温至90℃，抽真空除泡，加入28g MOCA和500mL乙酸丁酯，搅拌后再抽真空脱泡，过滤，固体在100℃的烘箱中放置12h即可。
实施例5：
参考图1，参考图1，一种耐高温防水环保电缆，包括外护套(1)、防水层(2)、隔热填料(3)、缆芯，所述缆芯由聚乙烯内护套(4)和导体(5)组成；
以重量份数计，外护套包括以下组成成分：
PVC树脂80份、ABS树脂20份、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物10份、Ca/Zn复合稳定剂2份、碳酸钙50份、滑石粉40份、纳米氢氧化镁1.5份、氮磷膨胀型阻燃剂0.5份、有机硅阻燃剂0.5份、邻苯二甲酸二异癸酯1份、对苯二甲酸二辛酯1份、抗氧剂1010 1份、亚磷酸酯0.1份、三烯丙基异三聚氰酸酯1份、过氧化二异丙苯2份。
制备方法同实施例1。
其中，MMA-St-(N-PMI)三元共聚物的制备方法如下：
将5g十二烷基硫酸钠加入500mL水中，搅拌升温至80℃，将60g MMA、20g St、20gN-PMI滴加进反应体系中，继续搅拌10min，将0.1g过硫酸钾用10mL水溶解后所得引发剂溶液分多次滴加进反应体系中，滴加完毕后反应50min，再升温至85℃反应50min，最后用反应液相同体积的质量浓度为2％硫酸铝溶液破乳，过滤，所得粗产物干燥后用甲醇洗涤，真空干燥即可。
防水层为防水无纺布；
隔热填料为聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料，其制备方法如下：
将100g SiO2气凝胶用0.1mol/L稀盐酸洗涤后，再水洗至中性，升温至140℃干燥3h，将4.5g硅烷偶联剂KH-550加入到450mL无水乙醇中搅拌均匀得到均一溶液后将SiO2气凝胶加入，超声振荡处理1.5h，将SiO2气凝胶滤出、烘干，与250g聚氨酯预聚体、1g消泡剂BYK028混合搅拌均匀并升温至80℃，抽真空除泡，加入28g MOCA和500mL乙酸丁酯，搅拌后再抽真空脱泡，过滤，固体在100℃的烘箱中放置15h即可。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入MMA-St-(N-PMI)三元共聚物。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入纳米氢氧化镁。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入氮磷膨胀型阻燃剂。
对比例4：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入有机硅阻燃剂。
性能测试：
本试验参考GB/T3048.8-2007《电线电缆电性能试验方法第8部分：交流电压试验》对本发明实施例1-5中电缆进行试验。
防水测试，将电缆弯曲，放置于5％NaCl的溶液中，连续施加10h交流电。
耐高温测试，选用换气热老化烘箱，对电缆进行100℃为期60d的试验，在老化60天(d)时，测定电缆绝缘电阻，一般工程上要求电缆绝缘电阻不小于1MΩ/kV，认为电缆绝缘通过耐高温试验，再对热老化后的电缆施加6.0kV的交流电20min，未发生电弧和不击穿即为通过试验。
测试结果如下表1所示：
表1：
Figure BDA0003674882780000091
Figure BDA0003674882780000101
对本发明实施例1-5及对比例1-4所制备的外护套进行性能测试，结果如下表2所示：
表2：
Figure BDA0003674882780000102
Figure BDA0003674882780000111
由上表1和表2可知，本发明所制备的耐高温防水环保电缆具有优异的防水、耐高温性能，市场应用前景广泛。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种耐高温防水环保电缆，其特征在于，包括外护套、防水层、隔热填料、缆芯，所述缆芯由聚乙烯内护套和导体组成；
以重量份数计，所述外护套包括以下组成成分：
PVC树脂60-80份、ABS树脂20-30份、MMA-St-(N-PMI)三元共聚物5-10份、Ca/Zn复合稳定剂2-4份、碳酸钙40-50份、滑石粉40-50份、阻燃剂2-3份、增塑剂1-2份、抗氧剂1010 0.5-1份、亚磷酸酯0.1-0.2份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.5-1份、过氧化二异丙苯2-3份；
所述MMA-St-(N-PMI)三元共聚物的制备方法如下：
将十二烷基硫酸钠加入水中，搅拌升温至75-80℃，将MMA、St、N-PMI滴加进反应体系中，继续搅拌10-30min后将引发剂过硫酸钾溶液分多次加入，滴加完毕后反应30-50min，再升温至85-90℃反应30-50min，最后用硫酸铝溶液破乳，过滤，所得粗产物干燥后用甲醇洗涤，真空干燥即可；
所述硫酸铝溶液的质量浓度为2-4％；
所述阻燃剂包括纳米氢氧化镁、氮磷膨胀型阻燃剂和有机硅阻燃剂；
所述纳米氢氧化镁、氮磷膨胀型阻燃剂和有机硅阻燃剂的质量比为3-5：1-5：1；
所述隔热填料为聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料，所述聚氨酯/SiO2气凝胶复合材料的制备方法如下：
将SiO2气凝胶用稀盐酸洗涤后，再水洗至中性，升温至120-140℃干燥3-5h，加入到硅烷偶联剂KH-550的无水乙醇溶液中，超声振荡处理1-1.5h，滤出后烘干，与聚氨酯预聚体、消泡剂混合搅拌均匀并升温至80-90℃，抽真空除泡，加入MOCA和乙酸丁酯，搅拌后再抽真空脱泡，过滤，固体在100℃的烘箱中放置12-15h即可；
所述增塑剂为质量比为1：1的邻苯二甲酸二异癸酯、对苯二甲酸二辛酯；
所述防水层为防水无纺布。
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