一种耐高温防水架空电缆及其制备方法与流程
本发明属于架空电缆，具体地，涉及一种耐高温防水架空电缆及其制备方法。
背景技术：
1、架空电缆，也称为架空输电线或架空导线，是电力传输和分配中常用的一种电缆类型。它们被架设在杆塔或电线杆上，以便于电力的长距离传输。相比于地下电缆，架空电缆的安装和维护成本通常较低。适用于长距离的电力传输，广泛应用于城市电网、农村电网、工业区、交通基础设施和跨区域电力传输。
2、架空电缆由于其特殊性，常在室外工作，因此，架空电缆长期受到雨水的冲刷和太阳的照射，导致其机械性能下降，严重还会导致电缆保护套破损，缩短电缆的使用寿命，因此，这就需要电缆具备耐高温和防水性能，对电缆保护套有着较为严格的要求。
3、常见的电缆保护套材料包括交联聚乙烯、聚丙烯、氟塑料、氯化聚醚和聚酰胺等，其中交联聚乙烯，是一种通过化学或物理方法使聚乙烯分子链之间形成三维网络结构的热固性材料。能大幅提升材料的耐高温性能和力学性能，但是交联聚乙烯得氧指数较低，阻燃性能较差，架空电缆发生火灾，由于离地较高不好扑灭，并且火势沿电缆线路的蔓延更增加了火灾的危害性，因此，亟需发明一种具备耐高温、防水和阻燃性能的架空电缆，以满足架空电缆技术领域的更高需求。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种耐高温防水架空电缆及其制备方法。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种耐高温防水架空电缆由从内至外依次设置的导体、绝缘层和保护套构成。
4、进一步地，所述导体为纯铝、纯铜、铜铝合金中的一种。
5、进一步地，所述绝缘层为云母带。
6、绝缘层为云母带，能一定程度的增强电缆的阻燃性能。
7、进一步地，所述保护套材料包括以下重量份原料：80-100份线性低密度聚乙烯、8-20份改性纳米氮化硅、5-15份助剂、3-9份防老剂、0.1-0.3份交联剂、4-8份润滑剂。
8、进一步地，所述防老剂为抗氧剂1010和光稳定剂uv-3529以质量之比为2:1复配制得。
9、进一步地，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基季戊四醇和三聚氰酸三烯丙酯中的一种。
10、进一步地，所述润滑剂为石蜡、硬脂酰胺脂肪酸中的一种。
11、使用线性低密度聚乙烯作为基体，线性低密度聚乙烯具有支链短而密的特点，主链上有存在大量的叔碳原子，活性较高，能提高紫外光的交联效率；保护套材料通过紫外光交联制得，使聚乙烯分子链相互连结，形成三维网络结构，大幅增强保护套材料的耐高温性和力学性能。
12、进一步地，所述改性纳米氮化硅通过以下步骤制得：
13、在三口烧瓶中加入纳米氮化硅和甲苯，磁力搅拌2h，使纳米氮化硅分散均匀后，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，65℃下搅拌反应4h，反应完成，抽滤取滤渣，真空干燥，研磨得到改性纳米氮化硅。
14、进一步地，纳米氮化硅、去离子水、γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量之比为5g:100ml:5.5g。
15、制得改性纳米氮化硅通过化学键合作用接枝有机分子链，即在其表面形成一层有机层，大幅改善了纳米氮化硅与基体的界面相容性，促进了纳米氮化硅在基体中均匀分散，减轻了纳米氮化硅的团聚现象；使改性纳米氮化硅的耐热性能充分发挥；此外，改性纳米氮化硅含有碳碳双键，能参与到聚乙烯的交联反应中，作为增强体，能提高保护套材料的力学强度。
16、进一步地，所述助剂通过以下步骤制得：
17、s1、室温，氮气保护下，在装有搅拌回流装置三口烧瓶中将三氯氧磷、季戊四醇和无水乙腈混合均匀后，控制反应温度为70℃，搅拌反应5h，再将温度升高至115℃，回流反应直至无氯化氢气体产生，反应结束，冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，用二氯甲烷洗涤2-3次，真空干燥，得到中间体1；三氯氧磷、季戊四醇、无水乙腈的用量之比为34.1g:13.6g:100ml；
18、三氯氧磷和季戊四醇发生反应，通过控制二者的摩尔比接近2:1，且三氯氧磷过量，得到中间体1；具体反应过程如下所示：
19、
20、s2、在装有搅拌装置三口烧瓶中将中间体1、五氟苯酚、三乙胺和甲苯混合搅拌均匀，加热至75℃，保温反应3h，反应完成，过滤除去三乙胺盐酸盐，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用氯仿/苯的混合溶剂，二者的体积比为3:2)，旋蒸除去洗脱液，真空干燥，得到中间体2；中间体1、五氟苯酚、三乙胺、甲苯的用量之比为31.6g:18.3g:15ml:100ml；
21、三乙胺作为缚酸剂除去反应生成的氯化氢，加速反应进行，中间体1与五氟苯酚发生亲核取代反应，通过控制二者的摩尔比接近1:1且中间体1略微过量，使中间体1上只有一个-cl参与到反应，得到中间体2；具体反应过程如下所示：
22、
23、s3、室温，氮气保护下，在装有搅拌装置三口烧瓶中加入中间体2，再将装置放置在45℃的温水浴中，缓慢滴加甲酸，反应4h后，将产物依次用苯、乙腈、乙醚和水洗涤，真空干燥，得到中间体3；中间体2、甲酸的用量之比为44.3g:4.6g；
24、具体反应过程如下所示：
25、
26、s4、在装有搅拌装置三口烧瓶中，将中间体3和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)混合，搅拌至固体完全溶解后，充入氮气作为保护气体，加入四甲基四乙烯基环四硅氧烷，控制反应温度为78℃，保温反应12h，反应完成，减压蒸馏去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用乙酸乙酯/苯的混合溶剂，二者的体积比为7:3)，旋蒸除去洗脱液，得到助剂；中间体3、n,n-二甲基甲酰胺、四甲基四乙烯基环四硅氧烷的用量之比为122.7g:200ml:35.1g；
27、中间体3与四甲基四乙烯基环四硅氧烷发生反应，通过控制二者的摩尔比接近3:1，且四甲基四乙烯基环四硅氧烷略微过量，使四甲基四乙烯基环四硅氧烷上只有三个碳碳双键参与到反应，具体反应过程如下所示：
28、
29、制得的助剂分子中含有环状硅氧烷结构、螺环磷酸酯、c-f键和苯环；其中环状硅氧烷结构中含有多个si-o键，键能较高，能提升基体的耐热性能，不仅如此，燃烧时硅氧烷降解形成的层状二氧化硅向炭层表面迁移，使炭层更加致密，抑制炭层的氧化，提升基体的阻燃和抑烟性能；此外，螺环磷酸酯具有良好的阻燃效果，并且拥有稳定的六元杂环结构，在燃烧时季戊四醇骨架会形成焦炭保护层，抑制基体的进一步燃烧，与环状硅氧烷结构起到协效作用，大幅增强基体的阻燃性能；此外，引入的c-f键化学键高，稳定性好，能赋予基体显著的防水性；并且能对c-c主链进行包覆，降低基体的表面能，提升基体的稳定性；最后，引入的苯环能进一步提升基体的防水性能；
30、需要补充说明的是，助剂分子一端还含有碳碳双键，能参与到聚乙烯的交联反应中去，增强了与基体的相互作用力，使助剂不易迁移和脱落，提升了助剂性能的长久稳定性。
31、本发明的有益效果：
32、1、本发明制得的电缆绝缘层为云母带，提升了电缆的阻燃性能；
33、2、保护套材料以线性低密度聚乙烯作为基体，并且通过紫外光的交联，使聚乙烯分子链相互连结，形成三维网络结构，大幅增强电缆的耐高温性和力学性能；
34、3、通过对纳米氮化硅进行改性，相比普通的纳米氮化硅，与聚乙烯基体的相容性更好，团聚现象明显减轻，使改性纳米氮化硅的耐热性能充分发挥，还能提高电缆的力学强度；
35、4、制得的助剂能显著增强电缆的耐热性、防水性、阻燃性和抑烟性能，并且性能长久稳定；
36、因此，本发明制得的电缆具有稳定高效的耐热性、防水性、阻燃性和抑烟性能，并且力学性能优异，在架空电缆技术领域具备重要应用价值。
技术特征：
1.一种耐高温防水架空电缆，由从内至外依次设置的导体、绝缘层和保护套构成，其特征在于，所述保护套材料包括以下重量份原料：80-100份线性低密度聚乙烯、8-20份改性纳米氮化硅、5-15份助剂、3-9份防老剂、0.1-0.3份交联剂、4-8份润滑剂；
2.根据权利要求1所述的一种耐高温防水架空电缆，其特征在于，步骤s1中三氯氧磷、季戊四醇、无水乙腈的用量之比为34.1g:13.6g:100ml。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温防水架空电缆，其特征在于，步骤s2中中间体1、五氟苯酚、三乙胺、甲苯的用量之比为31.6g:18.3g:15ml:100ml。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温防水架空电缆，其特征在于，步骤s3中中间体2、甲酸的用量之比为44.3g:4.6g。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温防水架空电缆，其特征在于，步骤s4中中间体3、n,n-二甲基甲酰胺、四甲基四乙烯基环四硅氧烷的用量之比为122.7g:200ml:35.1g。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温防水架空电缆，其特征在于，所述防老剂为抗氧剂1010和光稳定剂uv-3529以质量之比为2:1复配制得。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温防水架空电缆，其特征在于，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基季戊四醇和三聚氰酸三烯丙酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温防水架空电缆的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
技术总结
本发明公开了一种耐高温防水架空电缆及其制备方法，属于架空电缆技术领域。由从内至外依次设置的导体、绝缘层和保护套构成。其中保护套材料包括以下重量份原料：80‑100份线性低密度聚乙烯、8‑20份改性纳米氮化硅、5‑15份助剂、3‑9份防老剂、0.1‑0.3份交联剂、4‑8份润滑剂。其中改性纳米氮化硅，团聚现象明显减轻，使改性纳米氮化硅的耐热性能充分发挥，还能提高电缆的力学强度；制得的助剂能显著增强电缆的耐热性、防水性、阻燃性和抑烟性能，并且性能长久稳定；因此，本发明制得的电缆具有稳定高效的耐热性、防水性、阻燃性和抑烟性能，并且力学性能优异，在架空电缆技术领域具备重要应用价值。
技术研发人员：陈小焱,申进,杨武春,包昌华
受保护的技术使用者：贵州新曙光电缆有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23