一种新型抗氧化电线电缆及其制备方法

技术领域

本发明属于电线电缆材料领域，具体涉及一种新型抗氧化电线电缆及其制备方法。

背景技术

电线电缆是一种用以传输电(磁)能，信息和实现电磁能转换的线材产品包括芯线、绝缘包皮和保护外皮三个部分。电线电缆作为电力传输的主要载体，广泛应用于电器装备、照明线路、家用电器等方面，其质量的好坏直接影响到工程质量及消费者的生命财产安全。电线电缆行业虽然只是一个配套行业，却占据着中国电工行业1/4的产值。它产品种类众多，应用范围十分广泛，涉及到电力、建筑、通信、制造等行业，与国民经济的各个部门都息息相关。

聚氯乙烯因其优良的机械物理性能、柔韧性、耐化学试剂性能，价格便宜，并且加工性能优异，被广泛应用于制造电线电缆外层的护套，起着绝缘和防护作用。但是现有的聚氯乙烯分子链中含有大量的双键和氯原子，在生产的过程中会产生一定的环境污染，制成的电线电缆护套对光和热的稳定性较差，防紫外能力弱，抗氧化性能不足，在天气、高温、臭氧等因素影响下，易引起大分子链断裂和化学结构发生变化，过早出现氧化、变脆、龟裂等现象，使其物理机械性能变坏甚至失去绝缘和保护作用，造成了一定的潜在危险。因此，开发一种新型的抗氧化电缆材料具有重要的意义和市场价值。

中国专利201710883764.3公开了一种双层抗氧化PVC电缆，该电缆包括内层的绝缘层和外层的抗氧化层，所述的绝缘层由以下原料制得，按重量份数计为：PVC树脂粉40-60份，轻钙15-25份，重钙10-20份，DOP油15-25份，氯化石蜡油5-10份，环氧大豆油1-3份，安定剂2-3份，硬脂酸0.5-1份，聚乙烯蜡0.3-1份，颜料0.2-0.5份；所述的抗氧化层由以下原料制得，按重量份数计为：PVC树脂粉40-60份，DOP油20-30份，环氧大豆油1-3份，安定剂1-2份，抗氧化剂0.05-0.2份。在高温和压力作用下通过一台挤压机就能够使绝缘层和抗氧化层紧密结合起来，制备方法简单，设备利用少，节约成本，但是该电缆的原料成分比较复杂且多，且使用的PVC树脂过多，不利于环境的保护以及电缆的物理机械性能的维护。

中国专利201610154946.2公开了一种耐低温抗氧化橡胶电缆料，该电缆料由以下重量份原料制成：贝壳粉12-14、聚磷酸铵4-5、纳米碳酸钙13-15、碳化硅7-9、苯并三氮唑1-2、聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.4、过氧化二异丙苯0.3-0.4、苯基硅橡胶56-60、水合硼酸锌3-4、氯丁橡胶55-60、天然橡胶55-70、二硫化钼3-4、空心玻璃微珠30-40、硅烷偶联剂kh5501-1.3、环氧树脂E4412-16、二乙烯三胺0.06-0.1、硫化剂TMTD0.6-1、防老剂D0.2-0.3、促进剂CZ0.1-0.2、硅烷偶联剂kh5702.6-3、蒸馏水适量。该申请制备的橡胶电缆料虽然抗氧化性能高、耐低温性能好，但是该橡胶电缆料在制备和使用的过程中耐腐蚀性差、防潮性差、不能抵抗高温，带来使用上的不便，而且该橡胶电缆料的原料中含有硫化剂、过氧化二异丙苯等有毒物品，会对人体和环境造成很大伤害。

电线电缆被称为国民经济的"动脉"与"神经"，是输送电能、传递信息和制造各种电机、仪器、仪表，实现电磁能量转换所不可缺少的基础性器材，是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。因此，研究一种既环保又抗氧化的新型电线电缆材料具有重大的意义，也是十分必要的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种新型抗氧化电线电缆及其制备方法。该电线电缆原料成分绿色环保，通过加入绿色环保的类石墨烯成分，使该电线电缆具备较好的耐刮擦、耐磨的力学性能及较好的环境稳定性。而且该电线电缆制备方法操作简单、省时，能够快速完成制备过程。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型抗氧化电线电缆，由以下重量份数的原料组成：乙烯-醋酸乙烯共聚物32-49份、三元乙丙橡胶25-33份、硅橡胶18-26份、类石墨烯5-12份、抗氧化剂10-16份、增塑剂25-35份、稳定剂5-10份、润滑剂2-8份、阻燃剂9-15份、分散剂3-5份、纳米二氧化钛1-3份、碳酸钙5-8份。

进一步的，所述的类石墨烯是通过废弃甘蔗渣经高温碳化制备得到的衍生碳。

进一步的，所述抗氧化剂为亚磷酸酯。

进一步的，所述增塑剂包括柠檬酸酯类增塑剂和环氧大豆油。

进一步的，所述稳定剂包括二月桂酸二丁基锡和硬脂酸锌。

进一步的，所述润滑剂为二甲基硅油、硅酸酯和润滑油三者的混合物。

进一步的，所述阻燃剂包括三氧化二锑、氢氧化铝、硼酸锌。

进一步的，一种制备上述的新型抗氧化电线电缆的方法，包括以下步骤：

(1)类石墨烯的制备：首先市场上收集废弃的甘蔗渣，采用粉碎机将甘蔗渣粉碎，然后将其放入烘箱中进行干燥，完全干燥后，用分子筛进行目数筛选，得60-80目甘蔗渣粉末；最后称取适量的甘蔗渣粉末倒入反应釜中，加入去离子水，放入干燥箱水热反应数小时后进行过滤、洗涤和干燥，得到黑色固体粉末，采用改进的Hummers法对黑色固体粉末进一步氧化处理后，再在惰性气体条件下高温焙烧，得到的黑色固体产品甘蔗渣衍生碳；

(2)按照上述重量份数分别称取各电线电缆的原料，将类石墨烯、抗氧化剂、阻燃剂、分散剂、纳米二氧化钛、碳酸钙加入聚四氟乙烯反应釜中，搅拌混合均匀后，再向反应釜中加入增塑剂，在80-150℃的条件下搅拌30-60min，制得增强剂，备用；

(3)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、硅橡胶加入密炼机中，并加入适量的去离子水，在100-130℃的条件下搅拌混匀，得混炼胶，然后向密炼机中再加入步骤(2)中制得的增强剂，并在100-130℃的条件下搅拌20-30min后，再在150-200℃的条件下搅拌30-45min，在搅拌过程中向密炼机中加入稳定剂和润滑剂，制得混炼物料；

(4)将步骤(3)所得的混炼物料置入平行双螺杆挤出机中进行造粒，在所述双螺杆模口区加入二层滤网，然后采用单螺杆挤出机挤出成管材挤出，得电线电缆管材；

(5)对步骤(4)所得的电线电缆管材进行红外光表面处理；

(6)将步骤(5)表面处理后的电线电缆管材进行辐射交联，辐射交联后的管材在150-200℃下扩张3-6倍，即得所述的新型抗氧化电线电缆。

进一步的，所述步骤(2)和步骤(3)中搅拌速度均为120-240r/min。

进一步的，所述步骤(4)单螺杆挤出机依次设置三个挤出温度区，第一挤出温度区的温度为1500-240℃；第二挤出温度区的温度为180-290℃；第三挤出温度区的温度为300-350℃。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果在于：

(1)石墨烯具有强导电性、超强硬度与韧性、特异导热性和高透光性等优异性能，但是其价格昂贵，不易制备，制备过程会造成一定的环境污染，所以本发明采取废弃的甘蔗渣经过高温碳化得到类石墨烯的生物质碳，不仅能够变废为宝，减轻环境污染，而且制备的生物质碳还具有与石墨烯类似的物理性能，本发明所述的电线电缆材料的原料中添加了类石墨烯的生物质衍生碳，该生物质衍生碳与石墨烯具有类似的片层状结构，层层叠加形成致密的物理隔绝层，使得添加类石墨烯的原料制备得到的电线电缆具有较好的物理隔绝防水防腐蚀作用，再加上类石墨烯的生物质碳具有优异的力学性能和化学稳定性，进而使得使用本发明原料制备的电线电缆具有较好的耐刮擦、耐磨的力学性能及较好的环境稳定性。

(2)传统的电线电缆以聚氯乙烯为主要原料，聚氯乙烯材料的耐热老化性能不好且含有氯，对环境的影响很大，而本发明的电线电缆采用的主要原料乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、硅橡胶及其他辅助原料都是环保型材料，使得本发明制备的电线电缆也很安全环保，类石墨烯衍生碳、抗氧化剂亚磷酸酯、增塑剂和阻燃剂四者相互促进交联，能够使四者更好的融合在主原料中，在发挥各自作用的同时还能发挥协同增效作用，使本发明的电线电缆具有更好的抗氧化性、稳定性、耐高温性和阻燃性能；本发明的电线电缆主要原料乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、硅橡胶容易降解分离，所以本发明的电线电缆废旧后容易回收处理再利用，对环保友好。

(3)本发明制备方法简单易实施、条件温和，设备简单、投资少，且所述电线电缆的制备原料易得，成本较低，且生产过程安全、无污染，适合工业化生产，具有很好的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种新型抗氧化电线电缆，由以下重量份数的原料组成：乙烯-醋酸乙烯共聚物32份、三元乙丙橡胶25份、硅橡胶18份、类石墨烯5份、亚磷酸酯10份、环氧大豆油25份、硬脂酸锌5份、二甲基硅油、硅酸酯和润滑油三者的混合物2份、三氧化二锑9份、分散剂3份、纳米二氧化钛1份、碳酸钙5份。

上述一种新型抗氧化电线电缆的制备方法，包括以下步骤：

(1)类石墨烯的制备：首先市场上收集废弃的甘蔗渣，采用粉碎机将甘蔗渣粉碎，然后将其放入80℃烘箱中进行干燥，完全干燥后，用分子筛进行一定目数的筛选，得60-80目的甘蔗渣粉末；最后称取适量的甘蔗渣粉末倒入聚四氟乙烯反应釜中，加入去离子水，放入干燥箱230℃水热反应16-20h后进行过滤、洗涤和干燥，得到黑色固体粉末，采用改进的Hummers法对黑色固体粉末进一步氧化处理后，再在惰性气体条件下600-900℃焙烧8-16h，得到的黑色固体产品甘蔗渣衍生碳；

(2)按照上述重量份数分别称取各电线电缆的原料，将类石墨烯、抗氧化剂亚磷酸酯、阻燃剂三氧化二锑、分散剂、纳米二氧化钛、碳酸钙加入聚四氟乙烯反应釜中，以120-130r/min速度搅拌混合均匀后，再向反应釜中加入增塑剂环氧大豆油，在80-150℃的条件下以140-180r/min的速度搅拌30-60min，制得增强剂，备用；

(3)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、硅橡胶加入密炼机中，并加入适量的去离子水，在100-130℃的条件下以120-130r/min速度搅拌混匀，得混炼胶，然后向密炼机中再加入步骤(2)中制得的增强剂，并在100-130℃的条件下以140-180r/min速度搅拌20-30min后，再在150-200℃的条件下以190-240r/min速度搅拌30-45min，在搅拌过程中向密炼机中加入稳定剂和润滑剂，制得混炼物料；

(4)将步骤(3)所得的混炼物料置入平行双螺杆挤出机中进行造粒，在所述双螺杆模口区加入二层滤网，然后采用单螺杆挤出机挤出成管材挤出，得电线电缆管材；所述单螺杆挤出机的三个挤出温度区的温度依次为：第一挤出温度区的温度为150℃；第二挤出温度区的温度为180-290℃；第三挤出温度区的温度为300℃；

(5)对步骤(4)所得的电线电缆管材采用波长为900nm-2500nm红外光表面处理；

(6)将步骤(5)表面处理后的电线电缆管材进行辐射交联，辐射交联后的管材在150℃下扩张3倍，即得所述的新型抗氧化电线电缆。

实施例2

一种新型抗氧化电线电缆，由以下重量份数的原料组成：乙烯-醋酸乙烯共聚物40份、三元乙丙橡胶29份、硅橡胶21份、类石墨烯9份、亚磷酸酯13份、柠檬酸酯类增塑剂30份、二月桂酸二丁基锡8份、二甲基硅油、硅酸酯和润滑油三者的混合物5份、硼酸锌12份、分散剂4份、纳米二氧化钛2份、碳酸钙6份。

上述一种新型抗氧化电线电缆的制备方法，包括以下步骤：

(1)类石墨烯的制备：首先市场上收集废弃的甘蔗渣，采用粉碎机将甘蔗渣粉碎，然后将其放入80℃烘箱中进行干燥，完全干燥后，用分子筛进行一定目数的筛选，得60-80目的甘蔗渣粉末；最后称取适量的甘蔗渣粉末倒入聚四氟乙烯反应釜中，加入去离子水，放入干燥箱230℃水热反应16-20h后进行过滤、洗涤和干燥，得到黑色固体粉末，采用改进的Hummers法对黑色固体粉末进一步氧化处理后，再在惰性气体条件下600-900℃焙烧8-16h，得到的黑色固体产品甘蔗渣衍生碳；

(2)按照上述重量份数分别称取各电线电缆的原料，将类石墨烯、抗氧化剂亚磷酸酯、阻燃剂硼酸锌、分散剂、纳米二氧化钛、碳酸钙加入聚四氟乙烯反应釜中，以140-150r/min速度搅拌混合均匀后，再向反应釜中加入柠檬酸酯类增塑剂，在80-150℃的条件下以160-190r/min的速度搅拌30-60min，制得增强剂，备用；

(3)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、硅橡胶加入密炼机中，并加入适量的去离子水，在100-130℃的条件下以140-150r/min速度搅拌混匀，得混炼胶，然后向密炼机中再加入步骤(2)中制得的增强剂，并在100-130℃的条件下以160-190r/min速度搅拌20-30min后，再在150-200℃的条件下以190-240r/min速度搅拌30-45min，在搅拌过程中向密炼机中加入稳定剂和润滑剂，制得混炼物料；

(4)将步骤(3)所得的混炼物料置入平行双螺杆挤出机中进行造粒，在所述双螺杆模口区加入二层滤网，然后采用单螺杆挤出机挤出成管材挤出，得电线电缆管材；所述单螺杆挤出机的三个挤出温度区的温度依次为：第一挤出温度区的温度为175℃；第二挤出温度区的温度为230℃；第三挤出温度区的温度为320℃；

(5)对步骤(4)所得的电线电缆管材采用波长为900nm-2500nm红外光表面处理；

(6)将步骤(5)表面处理后的电线电缆管材进行辐射交联，辐射交联后的管材在150℃下扩张5倍，即得所述的新型抗氧化电线电缆。

实施例3

一种新型抗氧化电线电缆，由以下重量份数的原料组成：乙烯-醋酸乙烯共聚物49份、三元乙丙橡胶32份、硅橡胶26份、类石墨烯12份、亚磷酸酯16份、柠檬酸酯类增塑剂35份、二月桂酸二丁基锡10份、二甲基硅油、硅酸酯和润滑油三者的混合物8份、氢氧化铝15份、分散剂5份、纳米二氧化钛3份、碳酸钙7份。

上述一种新型抗氧化电线电缆的制备方法，包括以下步骤：

(1)类石墨烯的制备：首先市场上收集废弃的甘蔗渣，采用粉碎机将甘蔗渣粉碎，然后将其放入80℃烘箱中进行干燥，完全干燥后，用分子筛进行一定目数的筛选，得60-80目的甘蔗渣粉末；最后称取适量的甘蔗渣粉末倒入聚四氟乙烯反应釜中，加入去离子水，放入干燥箱230℃水热反应16-20h后进行过滤、洗涤和干燥，得到黑色固体粉末，采用改进的Hummers法对黑色固体粉末进一步氧化处理后，再在惰性气体条件下600-900℃焙烧8-16h，得到的黑色固体产品甘蔗渣衍生碳；

(2)按照上述重量份数分别称取各电线电缆的原料，将类石墨烯、抗氧化剂亚磷酸酯、阻燃剂硼酸锌、分散剂、纳米二氧化钛、碳酸钙加入聚四氟乙烯反应釜中，以140-150r/min速度搅拌混合均匀后，再向反应釜中加入柠檬酸酯类增塑剂，在80-150℃的条件下以160-190r/min的速度搅拌30-60min，制得增强剂，备用；

(3)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、硅橡胶加入密炼机中，并加入适量的去离子水，在100-130℃的条件下以140-150r/min速度搅拌混匀，得混炼胶，然后向密炼机中再加入步骤(2)中制得的增强剂，并在100-130℃的条件下以160-190r/min速度搅拌20-30min后，再在150-200℃的条件下以190-240r/min速度搅拌30-45min，在搅拌过程中向密炼机中加入稳定剂和润滑剂，制得混炼物料；

(4)将步骤(3)所得的混炼物料置入平行双螺杆挤出机中进行造粒，在所述双螺杆模口区加入二层滤网，然后采用单螺杆挤出机挤出成管材挤出，得电线电缆管材；所述单螺杆挤出机的三个挤出温度区的温度依次为：第一挤出温度区的温度为200℃；第二挤出温度区的温度为290℃；第三挤出温度区的温度为350℃；

(5)对步骤(4)所得的电线电缆管材采用波长为900nm-2500nm红外光表面处理；

(6)将步骤(5)表面处理后的电线电缆管材进行辐射交联，辐射交联后的管材在150℃下扩张6倍，即得所述的新型抗氧化电线电缆。

本发明电线电缆原料中添加了类石墨烯的生物质衍生碳，使得本发明制备的电线电缆具有较好的物理隔绝防水防腐蚀作用和导电性能，再加上类石墨烯的生物质衍生碳具有优异的力学性能和化学稳定性，进而使得使用本发明原料制备的电线电缆具有较好的耐刮擦、耐磨的力学性能及较好的环境稳定性；本发明的辅助原料类石墨烯衍生碳、抗氧化剂亚磷酸酯、增塑剂和阻燃剂四者相互促进交联，能够使四者更好的融合在原料中，在发挥各自作用的同时还能发挥协同增效作用，使本发明的电线电缆具有更好的抗氧化性、稳定性、耐高温性和阻燃性能。

本发明通过上述实施例来说明本发明的阻燃性电线电缆料及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。