CN116515185A - 一种高刚度pe光伏电缆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电缆材料领域，具体涉及一种高刚度PE光伏电缆材料及其制备方法，用于解决现有的PE光伏电缆材料的刚度不佳的问题；该制备方法首先将碳纤维用无水乙醇、丙酮洗涤，去除表面上浆剂以及杂质，之后利用包覆料将清洗碳纤维进行包覆，形成内部为碳纤维外部为包覆料的包覆碳纤维，之后将包覆碳纤维加入至高密度聚乙稀制备得到光伏电缆材料，碳纤维最大的特点是比强度和比刚度高，碳纤维的密度不及钢的1/4，但强度可数倍于钢铁材料，因此，包覆碳纤维能够赋予光伏电缆材料高刚度，使得由该光伏电缆材料制备的光伏电缆不易被破坏，从而能够保证光伏电缆的安全，延长光伏电缆的使用寿命。

Description

一种高刚度PE光伏电缆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆材料领域，具体涉及一种高刚度PE光伏电缆材料及其制备方法。
背景技术
光伏发电是一种新型的绿色能源获得途径，具有无污染、可持续、简单易得的特点。光伏发电系统用电缆是光伏发电系统中的能量传输元件，在光伏发电组件中起着至关重要的作用。
HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于光伏电缆，HDPE具有较好的抗冲击性，在常温甚至在-40℃低温度下均如此，但与工程塑料制品相比，HDPE制品受强度不够高、硬度低、环境应力开裂能差等限制，使得光伏电缆在环境条件恶劣的户外铺设时，电缆有可能承受各种外力的冲击，如果电缆护套刚度不够，电缆绝缘层将会受到损坏，进而导致无法为内部的导线进行保护，不仅使得光伏电缆的使用寿命大幅度缩短，还易于出现安全隐患。
如何改善现有的PE光伏电缆材料的刚度不佳是本发明的关键，因此，亟需一种光伏电缆用高强度PE材料及其制备方法来解决以上问题。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种高刚度PE光伏电缆材料及其制备方法：通过将碳纤维加入至无水乙醇、丙酮中搅拌反应，得到清洗碳纤维，将清洗碳纤维加入至包覆料中搅拌反应，得到包覆碳纤维，将高密度聚乙稀、包覆碳纤维、硅烷偶联剂KH-560、硬脂酸钙、抗氧剂1076以及紫外线吸收剂UV-531加入至混合机中，混合均匀后经过挤出机中挤出造粒，之后将粒料烘干，得到该高刚度PE光伏电缆材料，解决了现有的PE光伏电缆材料的刚度不佳的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照重量份称取高密度聚乙稀80-100份、包覆碳纤维1-25份、硅烷偶联剂KH-560 4-8份、硬脂酸钙8-15份、抗氧剂1076 2.5-5.5份以及紫外线吸收剂UV-531 1.4-2.8份，备用；
步骤二：将高密度聚乙稀、包覆碳纤维、硅烷偶联剂KH-560、硬脂酸钙、抗氧剂1076以及紫外线吸收剂UV-531加入至混合机中，混合均匀后经过挤出机中挤出造粒，之后将粒料烘干，得到该高刚度PE光伏电缆材料。
作为本发明进一步的方案：所述包覆碳纤维由以下步骤制备得到：
步骤S1：将碳纤维、无水乙醇、丙酮加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为85-90℃，搅拌速率为300-400r/mi n的条件下搅拌反应20-30h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为60-65℃的条件下干燥20-30h，得到清洗碳纤维；
步骤S2：将包覆料、N，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/mi n的条件下搅拌反应30-40mi n，之后加入清洗碳纤维并升温至75-80℃的条件下继续搅拌反应5-6h，反应结束后将反应产物趁热真空抽滤，将滤饼冷却至室温，之后用蒸馏水洗涤2-3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为60-65℃的条件下干燥2-3h，得到包覆碳纤维。
作为本发明进一步的方案：步骤S1中的所述碳纤维、无水乙醇、丙酮的用量比为1g：8-10mL：8-10mL。
作为本发明进一步的方案：步骤S2中的所述包覆料、N，N-二甲基甲酰胺以及清洗碳纤维的用量比为0.5-2.5g：50-60mL：1g。
作为本发明进一步的方案：所述包覆料由以下步骤制备得到：
步骤A1：将2-甲基萘、氢溴酸以及无水甲醇加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为0-5℃，搅拌速率为300-400r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入双氧水，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应10-15h，之后加入氢氧化钠溶液，反应结束后将反应产物旋转蒸发去除溶剂，之后收集温度为136-138℃，压力为2.9-2.95kPa的馏分得到中间体1；
反应过程如下：
步骤A2：将咔唑、N，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入N-溴代丁二酰亚胺溶液，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应6-8h，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后用氯仿萃取2-3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体2；
反应过程如下：
步骤A3：将中间体2、4-甲氧基苯硼酸、四(三苯基膦)钯、碳酸钾溶液以及二氧六环加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/mi n的条件下搅拌反应20-30mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应10-15h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至冰水中，之后用乙酸乙酯萃取2-3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体3；
反应过程如下：
步骤A4：将中间体1、中间体3、氢氧化钠、四丁基溴化铵以及四氢呋喃加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/mi n的条件下搅拌反应20-30mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应3-5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至冰水中，之后用氯仿萃取2-3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体4；
反应过程如下：
步骤A5：将中间体4、二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为-5-0℃，搅拌速率为300-400r/mi n的条件下搅拌反应20-30mi n，之后边搅拌边逐滴加入三溴化硼，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应6-8h，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后用乙酸乙酯萃取2-3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体5；
反应过程如下：
步骤A6：将中间体5、4，4'-二氟二苯砜、无水碳酸钾、环丁砜以及甲苯加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/mi n的条件下搅拌反应20-30mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应4-5h，之后升温至170-175℃的条件下继续搅拌反应8-10h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至蒸馏水中，之后真空抽滤，将滤饼用无水乙醇洗涤3-5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为100-105℃的条件下干燥15-20h，得到包覆料。
反应过程如下：
作为本发明进一步的方案：步骤A1中的所述2-甲基萘、氢溴酸、无水甲醇、双氧水以及氢氧化钠溶液的用量比0.1mo l：15-20mL：50-60mL：20-25g：80-100mL，所述氢溴酸的质量分数为48％，所述双氧水的质量分数为25-27％，所述氢氧化钠溶液的质量分数为35-40％。
作为本发明进一步的方案：步骤A2中的所述咔唑、N，N-二甲基甲酰胺以及N-溴代丁二酰亚胺溶液的用量比为0.1mo l：50-60mL：100-120mL，所述N-溴代丁二酰亚胺溶液为N-溴代丁二酰亚胺按照0.1mo l：50-60mL溶解于N，N-二甲基甲酰胺所形成的溶液。
作为本发明进一步的方案：步骤A3中的所述中间体2、4-甲氧基苯硼酸、四(三苯基膦)钯、碳酸钾溶液以及二氧六环的用量比为0.1mo l：0.22-0.25mo l：5-5.5g：70-80mL：150-180mL，所述碳酸钾溶液的质量分数为35-40％。
作为本发明进一步的方案：步骤A4中的所述中间体1、中间体3、氢氧化钠、四丁基溴化铵以及四氢呋喃的用量比为10mmo l：12-14mmo l：1.2-1.5g：0.3-0.35g：40-50mL。
作为本发明进一步的方案：步骤A5中的所述中间体4、二氯甲烷以及三溴化硼的用量比为10mmo l：40-50mL：40-50mmo l。
作为本发明进一步的方案：步骤A6中的所述中间体5、4，4'-二氟二苯砜、无水碳酸钾、环丁砜以及甲苯的用量比为0.1mmo l：0.1mo l：0.12-0.15mo l：120-150mL：40-50mL。
作为本发明进一步的方案：一种高刚度PE光伏电缆材料，所述高刚度PE光伏电缆材料根据所述的高刚度PE光伏电缆材料的制备方法制备得到。
本发明的有益效果：
本发明的一种高刚度PE光伏电缆材料及其制备方法，通过将碳纤维加入至无水乙醇、丙酮中搅拌反应，得到清洗碳纤维，将清洗碳纤维加入至包覆料中搅拌反应，得到包覆碳纤维，将高密度聚乙稀、包覆碳纤维、硅烷偶联剂KH-560、硬脂酸钙、抗氧剂1076以及紫外线吸收剂UV-531加入至混合机中，混合均匀后经过挤出机中挤出造粒，之后将粒料烘干，得到该高刚度PE光伏电缆材料；该制备方法首先将碳纤维用无水乙醇、丙酮洗涤，去除表面上浆剂以及杂质，之后利用包覆料将清洗碳纤维进行包覆，形成内部为碳纤维外部为包覆料的包覆碳纤维，之后将包覆碳纤维加入至高密度聚乙稀制备得到光伏电缆材料，碳纤维最大的特点是比强度和比刚度高，碳纤维的密度不及钢的1/4，但强度可数倍于钢铁材料，因此，包覆碳纤维能够赋予光伏电缆材料高刚度，使得由该光伏电缆材料制备的光伏电缆不易被破坏，从而能够保证光伏电缆的安全，延长光伏电缆的使用寿命；
在制备高刚度PE光伏电缆材料的过程中首先制备了一种包覆料，首先利用双氧水、氢溴酸将2-甲基萘进行溴化，引入溴原子，得到中间体1，之后利用N-溴代丁二酰亚胺将咔唑进行溴化，引入溴原子，得到中间体2，将中间体2、4-甲氧基苯硼酸反应，使得溴原子转变成甲氧基，得到中间体3，之后中间体1上的溴原子与中间体3上的N-H键发生亲核取代反应，得到中间体4，之后将中间体4进行脱甲基反应，得到中间体5，之后利用中间体5、4，4'-二氟二苯砜进行聚合形成高分子聚合物，得到包覆料；利用包覆料将清洗碳纤维进行包覆，不仅能够改善清洗碳纤维与高密度聚乙稀基体之间的相容性，使其能够均匀分散于高密度聚乙稀中，进而能够对光伏电缆材料的力学性能进行提升，而且包覆料的分子结构上含有大量的环状结构以及砜基结构，环状结构赋予其优异的力学性能，能够进一步的提升光伏电缆材料的刚性，而且砜基结构的共轭效应赋予其优良的抗氧化性及耐热稳定性，从而使得光伏电缆材料耐氧化和耐热老化，进一步的延长光伏电缆材料的使用寿命。
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：
本实施例为一种包覆碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将0.1mo l2-甲基萘、15mL质量分数为48％的氢溴酸以及50mL无水甲醇加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为0℃，搅拌速率为300r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入20g质量分数为25％的双氧水，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应10h，之后加入80mL质量分数为35％的氢氧化钠溶液，反应结束后将反应产物旋转蒸发去除溶剂，之后收集温度为136℃，压力为2.9kPa的馏分得到中间体1；
步骤2：将0.1mo l咔唑、50mLN，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为25℃，搅拌速率为300r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入100mLN-溴代丁二酰亚胺按照0.1mo l：50mL溶解于N，N-二甲基甲酰胺所形成的N-溴代丁二酰亚胺溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应6h，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后用氯仿萃取2次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体2；
步骤3：将0.1mo l中间体2、0.22mo l4-甲氧基苯硼酸、5g四(三苯基膦)钯、70mL质量分数为35％的碳酸钾溶液以及150mL二氧六环加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25℃，搅拌速率为300r/mi n的条件下搅拌反应20mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应10h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至冰水中，之后用乙酸乙酯萃取2次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体3；
步骤4：将10mmo l中间体1、12mmo l中间体3、1.2g氢氧化钠、0.3g四丁基溴化铵以及40mL四氢呋喃加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为25℃，搅拌速率为300r/mi n的条件下搅拌反应20mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应3h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至冰水中，之后用氯仿萃取2次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体4；
步骤5：将10mmo l中间体4、40mL二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为-5℃，搅拌速率为300r/mi n的条件下搅拌反应20mi n，之后边搅拌边逐滴加入40mmo l三溴化硼，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应6h，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后用乙酸乙酯萃取2次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体5；
步骤6：将0.1mmo l中间体5、0.1mo l4，4'-二氟二苯砜、0.12mo l无水碳酸钾、120mL环丁砜以及40mL甲苯加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25℃，搅拌速率为300r/mi n的条件下搅拌反应20mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应4h，之后升温至170℃的条件下继续搅拌反应8h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至蒸馏水中，之后真空抽滤，将滤饼用无水乙醇洗涤3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为100℃的条件下干燥15h，得到包覆料；
步骤7：将1g碳纤维、8mL无水乙醇、8mL丙酮加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为85℃，搅拌速率为300r/mi n的条件下搅拌反应20h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用蒸馏水洗涤2次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为60℃的条件下干燥20h，得到清洗碳纤维；
步骤8：将0.5g包覆料、50mLN，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25℃，搅拌速率为300r/mi n的条件下搅拌反应30mi n，之后加入1g清洗碳纤维并升温至75℃的条件下继续搅拌反应5h，反应结束后将反应产物趁热真空抽滤，将滤饼冷却至室温，之后用蒸馏水洗涤2次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为60℃的条件下干燥2h，得到包覆碳纤维。
实施例2：
本实施例为一种包覆碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将0.1mo l 2-甲基萘、20mL质量分数为48％的氢溴酸以及60mL无水甲醇加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为5℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入25g质量分数为27％的双氧水，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应15h，之后加入100mL质量分数为40％的氢氧化钠溶液，反应结束后将反应产物旋转蒸发去除溶剂，之后收集温度为138℃，压力为2.95kPa的馏分得到中间体1；
步骤2：将0.1mo l咔唑、60mLN，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为30℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下边搅拌边逐滴加入120mLN-溴代丁二酰亚胺按照0.1mo l：60mL溶解于N，N-二甲基甲酰胺所形成的N-溴代丁二酰亚胺溶液，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应8h，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后用氯仿萃取3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体2；
步骤3：将0.1mo l中间体2、0.25mo l4-甲氧基苯硼酸、5.5g四(三苯基膦)钯、80mL质量分数为40％的碳酸钾溶液以及180mL二氧六环加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为30℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下搅拌反应30mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应15h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至冰水中，之后用乙酸乙酯萃取3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体3；
步骤4：将10mmo l中间体1、14mmo l中间体3、1.5g氢氧化钠、0.35g四丁基溴化铵以及50mL四氢呋喃加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为30℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下搅拌反应30mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至冰水中，之后用氯仿萃取3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体4；
步骤5：将10mmo l中间体4、50mL二氯甲烷加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为0℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下搅拌反应30mi n，之后边搅拌边逐滴加入50mmo l三溴化硼，控制滴加速率为2滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应8h，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后用乙酸乙酯萃取3次，之后合并萃取液，将萃取液用无水硫酸镁干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体5；
步骤6：将0.1mmo l中间体5、0.1mo l4，4'-二氟二苯砜、0.15mo l无水碳酸钾、150mL环丁砜以及50mL甲苯加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为30℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下搅拌反应30mi n，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应5h，之后升温至175℃的条件下继续搅拌反应10h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至蒸馏水中，之后真空抽滤，将滤饼用无水乙醇洗涤5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为105℃的条件下干燥20h，得到包覆料；
步骤7：将1g碳纤维、10mL无水乙醇、10mL丙酮加入至安装有搅拌器、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，在温度为90℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下搅拌反应30h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤饼用蒸馏水洗涤3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为65℃的条件下干燥30h，得到清洗碳纤维；
步骤8：将2.5g包覆料、60mLN，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为30℃，搅拌速率为400r/mi n的条件下搅拌反应40mi n，之后加入1g清洗碳纤维并升温至80℃的条件下继续搅拌反应6h，反应结束后将反应产物趁热真空抽滤，将滤饼冷却至室温，之后用蒸馏水洗涤3次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为65℃的条件下干燥3h，得到包覆碳纤维。
实施例3：
本实施例为一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照实施例1中的制备方法制备得到包覆碳纤维，备用；
步骤二：按照重量份称取高密度聚乙稀80份、包覆碳纤维1份、硅烷偶联剂KH-5604份、硬脂酸钙8份、抗氧剂1076 2.5份以及紫外线吸收剂UV-5311.4份，备用；
步骤三：将高密度聚乙稀、包覆碳纤维、硅烷偶联剂KH-560、硬脂酸钙、抗氧剂1076以及紫外线吸收剂UV-531加入至混合机中，混合均匀后经过挤出机中挤出造粒，之后将粒料烘干，得到该高刚度PE光伏电缆材料。
实施例4：
本实施例为一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照实施例2中的制备方法制备得到包覆碳纤维，备用；
步骤二：按照重量份称取高密度聚乙稀100份、包覆碳纤维25份、硅烷偶联剂KH-560 8份、硬脂酸钙15份、抗氧剂1076 5.5份以及紫外线吸收剂UV-5312.8份，备用；
步骤三：将高密度聚乙稀、包覆碳纤维、硅烷偶联剂KH-560、硬脂酸钙、抗氧剂1076以及紫外线吸收剂UV-531加入至混合机中，混合均匀后经过挤出机中挤出造粒，之后将粒料烘干，得到该高刚度PE光伏电缆材料。
对比例1：
对比例1与实施例4的不同之处在于，不添加包覆碳纤维。
对比例2：
对比例2与实施例4的不同之处在于，添加碳纤维代替包覆碳纤维。
空白对照
空白对照为高密度聚乙稀。
将空白对照、实施例3-4以及对比例1-2的样品进行检测，获得弯曲强度和拉伸强度，将实施例3-4、对比例1-2的样品弯曲强度和拉伸强度分别与空白对照的样品弯曲强度和拉伸强度进行比较，获得弯曲强度提升率和拉伸强度提升率；
检测结果如下表所示：
样品 空白对照 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
弯曲强度，MPa 22.5 58.7 63.4 27.2 47.9
弯曲强度提升率，％ / 160.89 181.78 20.89 112.89
拉伸强度，MPa 26.8 49.4 51.8 28.6 40.1
拉伸强度提升率，％ / 84.33 93.28 6.72 49.63
参阅上表数据，根据空白对照以及对比例1-2的比较，可以得知，添加硅烷偶联剂KH-560、硬脂酸钙、抗氧剂1076以及紫外线吸收剂UV-531能够提升高密度聚乙稀的力学性能，但是提升效果有限，根据空白对照、实施例3-4以及对比例1-2的比较，可以得知添加包覆碳纤维、碳纤维能够大幅度提升高密度聚乙稀的力学性能，且包覆碳纤维的提升效果更加明显。
在本说明书的描述中，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 (10)

1.一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照重量份称取高密度聚乙稀80-100份、包覆碳纤维1-25份、硅烷偶联剂KH-560 4-8份、硬脂酸钙8-15份、抗氧剂1076 2.5-5.5份以及紫外线吸收剂UV-531 1.4-2.8份，备用；
步骤二：将高密度聚乙稀、包覆碳纤维、硅烷偶联剂KH-560、硬脂酸钙、抗氧剂1076以及紫外线吸收剂UV-531加入至混合机中，混合均匀后经过挤出机中挤出造粒，之后将粒料烘干，得到该高刚度PE光伏电缆材料；
所述包覆碳纤维由以下步骤制备得到：
步骤S1：将碳纤维、无水乙醇、丙酮加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却，之后真空抽滤，将滤饼洗涤、干燥，得到清洗碳纤维；
步骤S2：将包覆料、N，N-二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中搅拌反应，之后加入清洗碳纤维继续搅拌反应，反应结束后将反应产物趁热真空抽滤，将滤饼冷却，之后洗涤、干燥，得到包覆碳纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中的所述碳纤维、无水乙醇、丙酮的用量比为1g：8-10mL：8-10mL；步骤S2中的所述包覆料、N，N-二甲基甲酰胺以及清洗碳纤维的用量比为0.5-2.5g：50-60mL：1g。
3.根据权利要求1所述的一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，所述包覆料由以下步骤制备得到：
步骤A1：将2-甲基萘、氢溴酸以及无水甲醇加入至三口烧瓶中，边搅拌边逐滴加入双氧水，滴加完毕后继续搅拌反应，之后加入氢氧化钠溶液，反应结束后将反应产物旋转蒸发，之后收集馏分，得到中间体1；
步骤A2：将咔唑、N，N-二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中，边搅拌边逐滴加入N-溴代丁二酰亚胺溶液，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后萃取，将萃取液干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体2；
步骤A3：将中间体2、4-甲氧基苯硼酸、四(三苯基膦)钯、碳酸钾溶液以及二氧六环加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却，之后加入至冰水中，之后萃取，将萃取液干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体3；
步骤A4：将中间体1、中间体3、氢氧化钠、四丁基溴化铵以及四氢呋喃加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却，之后加入至冰水中，之后萃取，将萃取液干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体4；
步骤A5：将中间体4、二氯甲烷加入至三口烧瓶中搅拌反应，之后边搅拌边逐滴加入三溴化硼，滴加完毕后继续搅拌反应，反应结束后将反应产物加入至冰水中，之后萃取，将萃取液干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发，得到中间体5；
步骤A6：将中间体5、4，4'-二氟二苯砜、无水碳酸钾、环丁砜以及甲苯加入至三口烧瓶中搅拌反应，反应结束后将反应产物冷却，之后加入至蒸馏水中，之后真空抽滤，将滤饼洗涤、干燥，得到包覆料。
4.根据权利要求3所述的一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤A1中的所述2-甲基萘、氢溴酸、无水甲醇、双氧水以及氢氧化钠溶液的用量比0.1mol：15-20mL：50-60mL：20-25g：80-100mL，所述氢溴酸的质量分数为48％，所述双氧水的质量分数为25-27％，所述氢氧化钠溶液的质量分数为35-40％。
5.根据权利要求3所述的一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤A2中的所述咔唑、N，N-二甲基甲酰胺以及N-溴代丁二酰亚胺溶液的用量比为0.1mol：50-60mL：100-120mL，所述N-溴代丁二酰亚胺溶液为N-溴代丁二酰亚胺按照0.1mol：50-60mL溶解于N，N-二甲基甲酰胺所形成的溶液。
6.根据权利要求3所述的一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤A3中的所述中间体2、4-甲氧基苯硼酸、四(三苯基膦)钯、碳酸钾溶液以及二氧六环的用量比为0.1mol：0.22-0.25mol：5-5.5g：70-80mL：150-180mL，所述碳酸钾溶液的质量分数为35-40％。
7.根据权利要求3所述的一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤A4中的所述中间体1、中间体3、氢氧化钠、四丁基溴化铵以及四氢呋喃的用量比为10mmol：12-14mmol：1.2-1.5g：0.3-0.35g：40-50mL。
8.根据权利要求3所述的一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤A5中的所述中间体4、二氯甲烷以及三溴化硼的用量比为10mmol：40-50mL：40-50mmol。
9.根据权利要求3所述的一种高刚度PE光伏电缆材料的制备方法，其特征在于，步骤A6中的所述中间体5、4，4'-二氟二苯砜、无水碳酸钾、环丁砜以及甲苯的用量比为0.1mmol：0.1mol：0.12-0.15mol：120-150mL：40-50mL。
10.一种高刚度PE光伏电缆材料，其特征在于，所述高刚度PE光伏电缆材料根据权利要求1-9任意一项所述的高刚度PE光伏电缆材料的制备方法制备得到。
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