CN115044143A - 一种耐挤压抗开裂电力电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐挤压抗开裂电力电缆，属于电缆技术领域，包括导电芯层和外护套层，外护套层包括如下重量份原料：聚氯乙烯树脂50‑60份、复合阻燃剂12‑14份、增韧剂5‑6份、改性纳米碳酸钙4‑5份、钙锌复合热稳定剂3‑4份。增韧剂为丁二酸与1,6‑己二醇发生熔融缩聚反应获得的聚酯，改性纳米碳酸钙为经过硅烷偶联剂KH560处理后的纳米碳酸钙。本发明的外护套层通过增韧剂和改性纳米碳酸钙具备较高的韧性，从而具备耐挤压抗开裂的特性；通过复配阻燃剂，具有优良的阻燃效果；获得的外护套层能够对电缆芯层进行有效防护，扩大电缆的使用范围。
Description
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体地，涉及一种耐挤压抗开裂电力电缆。
背景技术
低压电力电缆主要用来传送电力或信号电流、信号电压，在生产和生活中受到广泛运用；由于低压电力电缆的应用场景广泛，因此对低压电力电缆的外护套的保护强度要求较高，现有的低压电力电缆在受到挤压或者弯折后发生外护套破裂或者电缆线芯断裂的情况，严重影响正常的使用，严重时甚至引发漏电等危害人身安全的状况，因此需要加强电缆的外护套的韧性和强度。
现有技术中多采用聚氯乙烯塑料作为电缆护套，聚氯乙烯树脂的氧指数为45，属于难燃材料，且其硬度大，但是韧性低。为了提高其韧性，会采用增塑剂进行增韧改性。申请号为CN202110250051.X的中国发明专利公开了一种聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法和应用，所述聚氯乙烯电缆复合材料包括以下的原料：聚氯乙烯树脂、增塑剂、纳米碳酸钙、稳定剂、MBS树脂、煅烧高岭土、陶土、阻燃剂、硬脂酸丁酯。该专利通过增塑剂和MBS树脂以提高材料的韧性，但是聚氯乙烯基体与其余原料存在相容性差的问题，各成分难以分散均匀，导致材料性能的降低，难以满足电缆料对于高韧性、高阻燃性的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种耐挤压抗开裂电力电缆。
本发明的外护套层通过增韧剂和改性纳米碳酸钙具备较高的韧性，从而具备耐挤压抗开裂的特性；通过复配阻燃剂，具有优良的阻燃效果；获得的外护套层能够对电缆芯层进行有效防护，扩大电缆的使用范围。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐挤压抗开裂电力电缆，包括导电芯层和外护套层，所述外护套层包括如下重量份原料：聚氯乙烯树脂50-60份、复合阻燃剂12-14份、增韧剂5-6份、改性纳米碳酸钙4-5份、钙锌复合热稳定剂3-4份。
进一步地，复合阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌按照质量之比为2:2:1复配而成；由于氢氧化铝/氢氧化镁能够失去结晶水吸收热量，抑制PVC温度上升，阻止燃烧反应进行，从而提高PVC的阻燃性能，而硼酸锌的加入可以较好地分散于PVC基体，还可以与氢氧化铝/氢氧化镁产生协效阻燃作用，促进成炭，隔绝氧气渗入，产生较好的阻燃效果，因此，三者配合使用，能够对PVC达到较优的阻燃效果。
进一步地，增韧剂通过如下步骤制备：
在装有搅拌器、氮气管、温度计套管和球型冷凝管的四口烧瓶中，先通入氮气置换其中的空气15min，接着加入丁二酸和1,6-己二醇(丁二酸和1,6-己二醇的摩尔比为1:1.05)，在氮气保护下开启搅拌，于175℃油浴、300r/min匀速搅拌条件下，反应至四口烧瓶中再无水流出时，停止反应，获得增韧剂；
丁二酸与1,6-己二醇发生熔融缩聚反应，获得聚酯；在加热长时间后，PVC分子链之间的距离不断增大，而分子链间的作用力减小，使得聚酯分子链能插入到PVC的分子链间，其酯基极性部分与PVC的氯原子极性部分相互结合，形成新的体系，冷却以后，聚酯分子仍会停留在PVC之中，阻碍了PVC分子链间的相互吸引作用，增加了聚合物分子链的移动性，降低了PVC分子的结晶度，从而提高了材料的可塑性和柔韧性；较单体型增塑剂而言，聚合型的聚酯其分子链更容易与PVC分子链作用，能更有效的减少PVC分子之间的作用点，削弱PVC分子间的范德华力，提高分子链的移动性，降低聚合物分子链的结晶性，从而降低PVC大分子之间的聚集程度，使其容易发生形变，亦即增加塑料的塑性；同时，聚酯分子增加PVC分子间的自由体积，可以提供一定的屏蔽效应使PVC分子润滑性增强，可滑移性增强，柔韧性增加。
进一步地，改性纳米碳酸钙为经过硅烷偶联剂KH560处理后的纳米碳酸钙，具体的，将纳米碳酸钙和无水乙醇按照固液比1g:30mL混合后，加入硅烷偶联剂KH560(加入量为纳米碳酸钙质量的40％)，升高温度至60℃，搅拌反应2h，抽滤，依次用乙醇和去离子水洗涤3遍，烘干。
纳米碳酸钙经过硅烷偶联剂KH560改性后，能够在其表面接枝有机分子链，故而能够改善纳米碳酸钙与聚合物基体的相容性，促进纳米碳酸钙的分散；此外，引入的有机分子链上含有环氧基，环氧基与增塑剂两端的-OH具有较高的反应活性，因此，能够提高纳米碳酸钙与聚合物基体的相互作用力，起到锚固纳米粒子的效果，当PVC受力变形时，CaCO3会产生应力集中效应，引发其周围的基体屈服，这种基体的屈服将吸收大量变形功，产生增韧作用；因此，改性纳米碳酸钙能够与增韧剂产生协同促进作用，提高PVC的韧性。
一种耐挤压抗开裂电力电缆的制备方法，包括如下步骤：
按照重量配比将聚氯乙烯树脂、复合阻燃剂、增韧剂、改性纳米碳酸钙和钙锌复合热稳定剂置于高速搅拌机中搅拌10min，再放入双辊开炼机中进行混炼，前辊温度为160±5℃，后辊温度为155±5℃，混炼时间控制在6-8min，获得混合料，将混合料挤出、包覆于导电芯层外表面，形成外护套层，获得耐挤压抗开裂电力电缆。
本发明的有益效果：
本发明通过采用丁二酸与1,6-己二醇发生熔融缩聚反应获得的聚酯作为增韧剂，聚酯分子链能够插入到PVC分子链之间，削弱PVC分子链之间的相互作用，从而提高PVC的韧性；此外，纳米碳酸钙经过改性后，不仅能够均匀分散于PVC基体中，还能够与增韧剂产生化学作用，当PVC受力变形时，CaCO3会产生应力集中效应，引发其周围的基体屈服，这种基体的屈服将吸收大量变形功，产生增韧作用；因此，改性纳米碳酸钙能够与增韧剂产生协同促进作用，提高PVC的韧性；
本发明采用氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌构成的复配阻燃剂，由于氢氧化铝/氢氧化镁能够失去结晶水吸收热量，抑制PVC温度上升，阻止燃烧反应进行，从而提高PVC的阻燃性能，而硼酸锌的加入可以较好地分散于PVC基体，还可以与氢氧化铝/氢氧化镁产生协效阻燃作用，促进成炭，隔绝氧气渗入，产生较好的阻燃效果，因此，三者配合使用，能够对PVC达到较优的阻燃效果；
综上，本发明的外护套层通过增韧剂和改性纳米碳酸钙具备较高的韧性，从而具备耐挤压抗开裂的特性；通过复配阻燃剂，具有优良的阻燃效果；获得的外护套层能够对电缆芯层进行有效防护，扩大电缆的使用范围。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备增韧剂：
在装有搅拌器、氮气管、温度计套管和球型冷凝管的四口烧瓶中，先通入氮气置换其中的空气15min，接着加入0.1mol丁二酸和0.105mol的1,6-己二醇，在氮气保护下开启搅拌，于175℃油浴、300r/min匀速搅拌条件下，反应至四口烧瓶中再无水流出时，停止反应，获得增韧剂。
实施例2
制备改性纳米碳酸钙：
将10g纳米碳酸钙和300mL无水乙醇混合后，加入4g硅烷偶联剂KH560，升高温度至60℃，搅拌反应2h，抽滤，依次用乙醇和去离子水洗涤3遍，烘干，获得改性纳米碳酸钙。
实施例3
一种耐挤压抗开裂电力电缆，包括导电芯层和外护套层，所述外护套层包括如下原料：聚氯乙烯树脂50g、复合阻燃剂12g、实施例1制得的增韧剂5g、实施例2制得的改性纳米碳酸钙4g、钙锌复合热稳定剂3g；
复合阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌按照质量之比为2:2:1复配而成；
将聚氯乙烯树脂、复合阻燃剂、增韧剂、改性纳米碳酸钙和钙锌复合热稳定剂置于高速搅拌机中搅拌10min，再放入双辊开炼机中进行混炼，前辊温度为155℃，后辊温度为150℃，混炼时间控制在6min，获得混合料，将混合料挤出、包覆于导电芯层外表面，形成外护套层，获得耐挤压抗开裂电力电缆。
实施例4
一种耐挤压抗开裂电力电缆，包括导电芯层和外护套层，所述外护套层包括如下原料：聚氯乙烯树脂55g、复合阻燃剂13g、实施例1制得的增韧剂5.5g、实施例2制得的改性纳米碳酸钙4.5g、钙锌复合热稳定剂3.5g；
复合阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌按照质量之比为2:2:1复配而成；
将聚氯乙烯树脂、复合阻燃剂、增韧剂、改性纳米碳酸钙和钙锌复合热稳定剂置于高速搅拌机中搅拌10min，再放入双辊开炼机中进行混炼，前辊温度为160℃，后辊温度为155℃，混炼时间控制在7min，获得混合料，将混合料挤出、包覆于导电芯层外表面，形成外护套层，获得耐挤压抗开裂电力电缆。
实施例5
一种耐挤压抗开裂电力电缆，包括导电芯层和外护套层，所述外护套层包括如下原料：聚氯乙烯树脂60g、复合阻燃剂14g、实施例1制得的增韧剂6g、实施例2制得的改性纳米碳酸钙5g、钙锌复合热稳定剂4g；
复合阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌按照质量之比为2:2:1复配而成；
将聚氯乙烯树脂、复合阻燃剂、增韧剂、改性纳米碳酸钙和钙锌复合热稳定剂置于高速搅拌机中搅拌10min，再放入双辊开炼机中进行混炼，前辊温度为165℃，后辊温度为160℃，混炼时间控制在8min，获得混合料，将混合料挤出、包覆于导电芯层外表面，形成外护套层，获得耐挤压抗开裂电力电缆。
对比例1
将实施例3中的增韧剂换成DOP，其余原料及制备过程不变。
对比例2
将实施例3中的改性纳米碳酸钙换成普通纳米碳酸钙，其余原料及制备过程不变。
对实施例3-5和对比例1-2获得的混合料，进行如下性能测试：
拉伸性能测试：按GB/T 1040.1-2018进行测试，制备哑铃型标准样条，拉伸速度为50mm/min；
LOI(氧指数)测试：按GB/T 2406.2-2009进行测试，样条尺寸为100mm×6.5mm×3mm；
测得的结果如下表所示：
| 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 拉伸强度/MPa | 23.9 | 24.3 | 24.2 | 23.7 | 22.5 |
| 断裂伸长率/％ | 290 | 298 | 294 | 255 | 270 |
| LOI/％ | 34.2 | 34.8 | 34.5 | 34.0 | 33.9 |
由上表数据可知，本发明制得的外护套材料具有较高的韧性和阻燃性，且具备符合要求的拉伸强度；并且结合对比例1和对比例2的数据可知，增韧剂和改性纳米碳酸钙的加入都有助于护套材料韧性的提升，且二者具有相互促进的协同作用，达到共同增韧的效果。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种耐挤压抗开裂电力电缆，包括导电芯层和外护套层，其特征在于，所述外护套层包括如下重量份原料：聚氯乙烯树脂50-60份、复合阻燃剂12-14份、增韧剂5-6份、改性纳米碳酸钙4-5份、钙锌复合热稳定剂3-4份；
其中，增韧剂通过如下步骤制备：
在装有搅拌器、氮气管、温度计套管和球型冷凝管的四口烧瓶中，先通入氮气置换其中的空气15min，接着加入丁二酸和1,6-己二醇，在氮气保护下开启搅拌，于175℃油浴、300r/min匀速搅拌条件下，反应至四口烧瓶中再无水流出时，停止反应，获得增韧剂。
2.根据权利要求1所述的一种耐挤压抗开裂电力电缆，其特征在于，丁二酸和1,6-己二醇的摩尔比为1:1.05。
3.根据权利要求1所述的一种耐挤压抗开裂电力电缆，其特征在于，所述复合阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌按照质量之比为2:2:1复配而成。
4.根据权利要求1所述的一种耐挤压抗开裂电力电缆，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙为经过硅烷偶联剂KH560处理后的纳米碳酸钙。
5.根据权利要求1所述的一种耐挤压抗开裂电力电缆，其特征在于，电力电缆的制备方法包括如下步骤：
按照重量配比将聚氯乙烯树脂、复合阻燃剂、增韧剂、改性纳米碳酸钙和钙锌复合热稳定剂置于高速搅拌机中搅拌10min，再放入双辊开炼机中进行混炼，获得混合料，将混合料挤出、包覆于导电芯层外表面，形成外护套层，获得耐挤压抗开裂电力电缆。
6.根据权利要求5所述的一种耐挤压抗开裂电力电缆，其特征在于，混炼过程中，控制前辊温度为160±5℃，后辊温度为155±5℃，混炼时间控制在6-8min。
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