一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料及其制备方法

摘要

本发明属于电缆材料技术领域，尤其是一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料及其制备方法，解决了现有技术中多芯电缆抗拉性能不佳，且耐火性不高，导致电缆在火灾发生时，无法自身具有很好的防火性，且电缆在长期高温下，导致外侧皮层软化脱落造成危害，长时间使用皮层开裂，导致芯体容易暴露在空气中，容易发生漏电等安全性问题，所述多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其从内到外，依次包括导体、绕包带、内绝缘层、阻燃层、护套层；所述绕包带绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体，所述芯体至少有两根。本发明电缆材料弹性好、抗蠕变性好，具有良好的抗拉伸性能；其具有良好的电绝缘、热绝缘、防火、抗老化等性能，强度高，耐磨性好，使用安全性高。

权利要求

1.一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其特征在于，所述电缆材料从内到外，依次包括导体、绕包带、内绝缘层、阻燃层、护套层；所述导体由直径1.5mm的铝合金单线和直径

0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆软铜网制得，包覆率为100％；所述绕包带为无碱无蜡玻璃纤维布，其绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体，所述芯体至少有两根；所述内绝缘层为三元乙丙橡胶绝缘层；所述阻燃层为交联聚乙烯阻燃层；所述护套层为氟塑料护套层；

所述三元乙丙橡胶绝缘层由以下重量份的原料组成：三元乙丙橡胶70‑90份、云母粉

20‑30份、纳米氧化镁5‑10份、石蜡3‑8份、硬脂酸1‑3份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷1‑2份。

2.根据权利要求1所述的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其特征在于，所述软铜网由直径0.23mm的软铜丝编织而成，且编织密度为62％。

3.根据权利要求1所述的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其特征在于，所述交联聚乙烯阻燃层由以下重量份的原料组成：低密度聚乙烯80‑100份、改性二氧化硅18‑25份、阻燃剂2‑4份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺1‑3份、乙烯基三乙氧基硅烷1‑3份。

4.根据权利要求3所述的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其特征在于，所述改性二氧化硅由以下方法制备得到：(1)按料液比1:( 4‑5) ，将纳米二氧化硅加入到去离子水中，在70‑80℃的温度下，超声分散5‑10min，得分散液；(2)往分散液中加冰醋酸调节pH值至

5.1‑5.5，加入分散液质量1‑3％的硬脂酸锌和分散液质量5‑8％的聚丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，过滤烘干，研磨即得改性二氧化硅。

5.根据权利要求3所述的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其特征在于，所述阻燃剂为质量比( 1‑2) :( 3‑5) :( 2‑4) 的对苯二胺、四溴苯酐和聚磷酸铵的复配物。

6.一种根据权利要求1‑5任一项所述的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、芯体制备：

S11、将直径1.5mm的铝合金单线和直径0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆由直径0.23mm的软铜丝编织而成的软铜网制得导体；软铜网编织密度为62％，包覆率为

100％；

S12、将无碱无蜡玻璃纤维布绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体；

S2、制备内绝缘层：

S21、按重量份计，称取三元乙丙橡胶70‑90份、云母粉20‑30份、纳米氧化镁5‑10份、石蜡3‑8份、硬脂酸1‑3份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷1‑2份，备用；

S22、将上述原料依次加入到密炼机中，于102‑115℃的温度下，控制密炼转速为30‑

50r/min，混合密炼8‑12min，然后经双螺杆挤出机挤出成型即得三元乙丙橡胶绝缘层；

S3、制备阻燃层：

S31、按重量份计，称取低密度聚乙烯80‑100份、改性二氧化硅18‑25份、阻燃剂2‑4份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺1‑3份、乙烯基三乙氧基硅烷1‑3份，备用；

S32、将上述原料共同加入到高速混合机中，于118‑128℃的温度下，以400‑600r/min的转速搅拌混合20‑30min，混合均匀后通过挤出机挤出成型得阻燃层；

S33、将挤出的阻燃层经电子加速器进行辐照加工，辐照后热延伸8‑12％，形成三维网状结构的交联聚乙烯阻燃层；

S4、按照从内到外的顺序，将至少两根芯体、内绝缘层、阻燃层、护套层依次套接设置，制得所需的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料。

说明书

一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电缆材料技术领域，尤其涉及一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 电线电缆是输送电能、传送信息和制造各种电机、电器、仪表、汽车、机床等设备所不可缺少的基础器材，是电气化、信息化社会中必要的基础产品。2012年，我国超过美国成为全球第一大电线电缆生产国，行业产值在电工电器行业中仅次于汽车行业。作为重要的基础性产业，电线电缆行业被喻为国民经济的“血管”和“神经”，在我国国民经济中占有很重要的地位，肩负着为各行各业国民经济支柱行业配套的职能。在目前的市场中，无论是电视、电脑，还是汽车等装有电子设备的地方，都有电缆的影子，应用的范围十分广泛，与此同时，应用电缆的安全和实用性也越来越被人们所重视，电缆使用的安全性与传输速度已经成为现在研究的热门话题。

[0003] 现有的多芯电缆材料多存在以下不足之处：(1)现有的多芯电缆中由于电缆内部存在多个芯体，加之各功能层厚度不低，导致多芯电缆的直径变长，所以电缆的弯曲程度受到限制，无法承受过度的拉伸，抗拉性能不佳；(2)现有的多芯电缆，由于耐火性不高，导致电缆在火灾发生时，无法自身具有很好的防火性，且电缆在长期高温下，导致外侧皮层软化脱落造成危害，长时间使用皮层开裂，导致芯体容易暴露在空气中，容易发生漏电等安全性问题。基于上述陈述，本发明提出了一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料及其制备方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术中多芯电缆抗拉性能不佳，且耐火性不高，导致电缆在火灾发生时，无法自身具有很好的防火性，且电缆在长期高温下，导致外侧皮层软化脱落造成危害，长时间使用皮层开裂，导致芯体容易暴露在空气中，容易发生漏电等安全性问题，而提出的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料及其制备方法。

[0005] 一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其从内到外，依次包括导体、绕包带、内绝缘层、阻燃层、护套层；所述导体由直径1.5mm的铝合金单线和直径0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆软铜网制得，包覆率为100％；所述绕包带为无碱无蜡玻璃纤维布，其绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体，所述芯体至少有两根；所述内绝缘层为三元乙丙橡胶绝缘层；所述阻燃层为交联聚乙烯阻燃层；所述护套层为氟塑料护套层；所述三元乙丙橡胶绝缘层由以下重量份的原料组成：三元乙丙橡胶70‑90份、云母粉20‑30份、纳米氧化镁5‑10份、石蜡3‑8份、硬脂酸1‑3份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷1‑2份。

[0006] 优选的，所述软铜网由直径0.23mm的软铜丝编织而成，且编织密度为62％。

[0007] 优选的，所述交联聚乙烯阻燃层由以下重量份的原料组成：低密度聚乙烯80‑100份、改性二氧化硅18‑25份、阻燃剂2‑4份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺1‑3份、乙烯基三乙氧基硅烷1‑3份。

[0008] 优选的，所述改性二氧化硅由以下方法制备得到：(1)按料液比1:4‑5，将纳米二氧化硅加入到去离子水中，在70‑80℃的温度下，超声分散5‑10min，得分散液；(2)往分散液中加冰醋酸调节pH值至5.1‑5.5，加入分散液质量1‑3％的硬脂酸锌和分散液质量5‑8％的聚丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，过滤烘干，研磨即得改性二氧化硅。

[0009] 优选的，所述阻燃剂为质量比1‑2:3‑5:2‑4的对苯二胺、四溴苯酐和聚磷酸铵的复配物。

[0010] 本发明还提出了一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料的制备方法，包括以下步骤：

[0011] S1、芯体制备：

[0012] S11、将直径1.5mm的铝合金单线和直径0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆由直径0.23mm的软铜丝编织而成的软铜网制得导体；软铜网编织密度为62％，包覆率为100％；

[0013] S12、将无碱无蜡玻璃纤维布绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体；

[0014] S2、制备内绝缘层：

[0015] S21、按重量份计，称取三元乙丙橡胶70‑90份、云母粉20‑30份、纳米氧化镁5‑10份、石蜡3‑8份、硬脂酸1‑3份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷1‑2份，备用；

[0016] S22、将上述原料依次加入到密炼机中，于102‑115℃的温度下，控制密炼转速为30‑50r/min，混合密炼8‑12min，然后经双螺杆挤出机挤出成型即得三元乙丙橡胶绝缘层；

[0017] S3、制备阻燃层：

[0018] S31、按重量份计，称取低密度聚乙烯80‑100份、改性二氧化硅18‑25份、阻燃剂2‑4份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺1‑3份、乙烯基三乙氧基硅烷1‑3份，备用；

[0019] S32、将上述原料共同加入到高速混合机中，于118‑128℃的温度下，以400‑600r/min的转速搅拌混合20‑30min，混合均匀后通过挤出机挤出成型得阻燃层；

[0020] S33、将挤出的阻燃层经电子加速器进行辐照加工，辐照后热延伸8‑12％，形成三维网状结构的交联聚乙烯阻燃层；

[0021] S4、按照从内到外的顺序，将至少两根芯体、内绝缘层、阻燃层、护套层依次套接设置，制得所需的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料。

[0022] 本发明提出的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，具有以下有益效果：

[0023] 1、本发明采用铝合金单线和铜合金双线绞合后包覆软铜网制得电缆导体，导体绕包无碱无蜡玻璃纤维布，得到电缆材料芯体，最后按照从内到外的顺序，将至少两根芯体、内绝缘层、阻燃层、护套层依次套接设置，制得所需的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料；本发明所得电缆材料弹性好、抗蠕变性好，具有良好的抗拉伸性能；其具有良好的电绝缘、热绝缘、防火、抗老化等性能，强度高，耐磨性好，使用安全性高。

[0024] 2、本发明选用低密度聚乙烯、改性二氧化硅份、阻燃剂、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺和乙烯基三乙氧基硅烷为原料，制备得到交联聚乙烯阻燃层，本发明通过改性二氧化硅和阻燃剂的协效复配，能够显著改善阻燃层的热稳定性能、防火阻燃性能，防腐蚀性能、抗拉性能和抗机械冲击性能，进而改善电缆材料的综合实用性和安全性。

具体实施方式

[0025] 下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

[0026] 实施例一

[0027] 本发明提出的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其从内到外，依次包括导体、绕包带、内绝缘层、阻燃层、护套层。

[0028] 本发明还提出了一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料的制备方法，包括以下步骤：

[0029] S1、芯体制备：

[0030] S11、将直径1.5mm的铝合金单线和直径0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆由直径0.23mm的软铜丝编织而成的软铜网制得导体；软铜网编织密度为62％，包覆率为100％；

[0031] S12、将无碱无蜡玻璃纤维布绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体；

[0032] S2、制备内绝缘层：

[0033] S21、按重量份计，称取三元乙丙橡胶70份、云母粉20份、纳米氧化镁5份、石蜡3份、硬脂酸1份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷1份，备用；

[0034] S22、将上述原料依次加入到密炼机中，于102℃的温度下，控制密炼转速为30r/min，混合密炼8min，然后经双螺杆挤出机挤出成型即得三元乙丙橡胶绝缘层；

[0035] S3、制备阻燃层：

[0036] S31、按重量份计，称取低密度聚乙烯80份、改性二氧化硅18份、阻燃剂2份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺1份、乙烯基三乙氧基硅烷1份，备用；所述改性二氧化硅由以下方法制备得到：(1)按料液比1:4，将纳米二氧化硅加入到去离子水中，在70℃的温度下，超声分散5min，得分散液；(2)往分散液中加冰醋酸调节pH值至5.1，加入分散液质量1‑3％的硬脂酸锌和分散液质量5％的聚丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，过滤烘干，研磨即得改性二氧化硅；所述阻燃剂为质量比1:3:2的对苯二胺、四溴苯酐和聚磷酸铵的复配物；

[0037] S32、将上述原料共同加入到高速混合机中，于118℃的温度下，以400r/min的转速搅拌混合20min，混合均匀后通过挤出机挤出成型得阻燃层；

[0038] S33、将挤出的阻燃层经电子加速器进行辐照加工，辐照后热延伸8％，形成三维网状结构的交联聚乙烯阻燃层；

[0039] S4、按照从内到外的顺序，将至少两根芯体、内绝缘层、阻燃层、护套层依次套接设置，制得所需的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料。

[0040] 实施例二

[0041] 本发明提出的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其从内到外，依次包括导体、绕包带、内绝缘层、阻燃层、护套层。

[0042] 本发明还提出了一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料的制备方法，包括以下步骤：

[0043] S1、芯体制备：

[0044] S11、将直径1.5mm的铝合金单线和直径0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆由直径0.23mm的软铜丝编织而成的软铜网制得导体；软铜网编织密度为62％，包覆率为100％；

[0045] S12、将无碱无蜡玻璃纤维布绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体；

[0046] S2、制备内绝缘层：

[0047] S21、按重量份计，称取三元乙丙橡胶80份、云母粉25份、纳米氧化镁8份、石蜡5份、硬脂酸2份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷1.5份，备用；

[0048] S22、将上述原料依次加入到密炼机中，于108℃的温度下，控制密炼转速为40r/min，混合密炼10min，然后经双螺杆挤出机挤出成型即得三元乙丙橡胶绝缘层；

[0049] S3、制备阻燃层：

[0050] S31、按重量份计，称取低密度聚乙烯90份、改性二氧化硅22份、阻燃剂3份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺2份、乙烯基三乙氧基硅烷2份，备用；所述改性二氧化硅由以下方法制备得到：(1)按料液比1:4.5，将纳米二氧化硅加入到去离子水中，在75℃的温度下，超声分散8min，得分散液；(2)往分散液中加冰醋酸调节pH值至5.3，加入分散液质量2％的硬脂酸锌和分散液质量6.5％的聚丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，过滤烘干，研磨即得改性二氧化硅；所述阻燃剂为质量比1.5:4:3的对苯二胺、四溴苯酐和聚磷酸铵的复配物；

[0051] S32、将上述原料共同加入到高速混合机中，于123℃的温度下，以500r/min的转速搅拌混合25min，混合均匀后通过挤出机挤出成型得阻燃层；

[0052] S33、将挤出的阻燃层经电子加速器进行辐照加工，辐照后热延伸10％，形成三维网状结构的交联聚乙烯阻燃层；

[0053] S4、按照从内到外的顺序，将至少两根芯体、内绝缘层、阻燃层、护套层依次套接设置，制得所需的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料。

[0054] 实施例三

[0055] 本发明提出的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其从内到外，依次包括导体、绕包带、内绝缘层、阻燃层、护套层。

[0056] 本发明还提出了一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料的制备方法，包括以下步骤：

[0057] S1、芯体制备：

[0058] S11、将直径1.5mm的铝合金单线和直径0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆由直径0.23mm的软铜丝编织而成的软铜网制得导体；软铜网编织密度为62％，包覆率为100％；

[0059] S12、将无碱无蜡玻璃纤维布绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体；

[0060] S2、制备内绝缘层：

[0061] S21、按重量份计，称取三元乙丙橡胶90份、云母粉30份、纳米氧化镁10份、石蜡8份、硬脂酸3份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷2份，备用；

[0062] S22、将上述原料依次加入到密炼机中，于115℃的温度下，控制密炼转速为50r/min，混合密炼12min，然后经双螺杆挤出机挤出成型即得三元乙丙橡胶绝缘层；

[0063] S3、制备阻燃层：

[0064] S31、按重量份计，称取低密度聚乙烯100份、改性二氧化硅25份、阻燃剂4份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺3份、乙烯基三乙氧基硅烷3份，备用；所述改性二氧化硅由以下方法制备得到：(1)按料液比1:5，将纳米二氧化硅加入到去离子水中，在80℃的温度下，超声分散10min，得分散液；(2)往分散液中加冰醋酸调节pH值至5.5，加入分散液质量3％的硬脂酸锌和分散液质量8％的聚丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，过滤烘干，研磨即得改性二氧化硅；所述阻燃剂为质量比2:5:4的对苯二胺、四溴苯酐和聚磷酸铵的复配物；

[0065] S32、将上述原料共同加入到高速混合机中，于128℃的温度下，以600r/min的转速搅拌混合20‑30min，混合均匀后通过挤出机挤出成型得阻燃层；

[0066] S33、将挤出的阻燃层经电子加速器进行辐照加工，辐照后热延伸12％，形成三维网状结构的交联聚乙烯阻燃层；

[0067] S4、按照从内到外的顺序，将至少两根芯体、内绝缘层、阻燃层、护套层依次套接设置，制得所需的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料。

[0068] 对比例一

[0069] 本发明提出的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其从内到外，依次包括导体、绕包带、内绝缘层、阻燃层、护套层。

[0070] 本发明还提出了一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料的制备方法，包括以下步骤：

[0071] S1、芯体制备：

[0072] S11、将直径1.5mm的铝合金单线和直径0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆由直径0.23mm的软铜丝编织而成的软铜网制得导体；软铜网编织密度为62％，包覆率为100％；

[0073] S12、将无碱无蜡玻璃纤维布绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体；

[0074] S2、制备内绝缘层：

[0075] S21、按重量份计，称取三元乙丙橡胶70份、云母粉20份、纳米氧化镁5份、石蜡3份、硬脂酸1份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷1份，备用；

[0076] S22、将上述原料依次加入到密炼机中，于102℃的温度下，控制密炼转速为30r/min，混合密炼8min，然后经双螺杆挤出机挤出成型即得三元乙丙橡胶绝缘层；

[0077] S3、制备阻燃层：

[0078] S31、按重量份计，称取低密度聚乙烯80份、改性二氧化硅18份、阻燃剂2份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺1份、乙烯基三乙氧基硅烷1份，备用；所述改性二氧化硅由以下方法制备得到：(1)按料液比1:4，将纳米二氧化硅加入到去离子水中，在70℃的温度下，超声分散5min，得分散液；(2)往分散液中加冰醋酸调节pH值至5.1，加入分散液质量1‑3％的硬脂酸锌和分散液质量5％的聚丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，过滤烘干，研磨即得改性二氧化硅；所述阻燃剂为氢氧化铝；

[0079] S32、将上述原料共同加入到高速混合机中，于118℃的温度下，以400r/min的转速搅拌混合20min，混合均匀后通过挤出机挤出成型得阻燃层；

[0080] S33、将挤出的阻燃层经电子加速器进行辐照加工，辐照后热延伸8％，形成三维网状结构的交联聚乙烯阻燃层；

[0081] S4、按照从内到外的顺序，将至少两根芯体、内绝缘层、阻燃层、护套层依次套接设置，制得所需的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料。

[0082] 对比例二

[0083] 本发明提出的一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料，其从内到外，依次包括导体、绕包带、内绝缘层、阻燃层、护套层。

[0084] 本发明还提出了一种多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料的制备方法，包括以下步骤：

[0085] S1、芯体制备：

[0086] S11、将直径1.5mm的铝合金单线和直径0.75mm的软铜双线绞合紧实后，外周同心包覆由直径0.23mm的软铜丝编织而成的软铜网制得导体；软铜网编织密度为62％，包覆率为100％；

[0087] S12、将无碱无蜡玻璃纤维布绕包在导体外周，与导体紧实结合形成芯体；

[0088] S2、制备内绝缘层：

[0089] S21、按重量份计，称取三元乙丙橡胶70份、云母粉20份、纳米氧化镁5份、石蜡3份、硬脂酸1份、3‑巯丙基三乙氧基硅烷1份，备用；

[0090] S22、将上述原料依次加入到密炼机中，于102℃的温度下，控制密炼转速为30r/min，混合密炼8min，然后经双螺杆挤出机挤出成型即得三元乙丙橡胶绝缘层；

[0091] S3、制备阻燃层：

[0092] S31、按重量份计，称取低密度聚乙烯80份、纳米二氧化硅18份、阻燃剂2份、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺1份、乙烯基三乙氧基硅烷1份，备用；所述阻燃剂为质量比1:3:2的对苯二胺、四溴苯酐和聚磷酸铵的复配物；

[0093] S32、将上述原料共同加入到高速混合机中，于118℃的温度下，以400r/min的转速搅拌混合20min，混合均匀后通过挤出机挤出成型得阻燃层；

[0094] S33、将挤出的阻燃层经电子加速器进行辐照加工，辐照后热延伸8％，形成三维网状结构的交联聚乙烯阻燃层；

[0095] S4、按照从内到外的顺序，将至少两根芯体、内绝缘层、阻燃层、护套层依次套接设置，制得所需的多芯阻燃交联聚乙烯电缆材料。

[0096] 按照标准JB/T 10436‑2004，对本发明实施例一‑三以及对比例一‑二中制备的电缆材料进行性能检测，得出如下结果：

[0097]

[0098]

[0099] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。