一种绝缘保护套

摘要

本发明公开了一种绝缘保护套，本发明先对碳纤维进行羧基化改性，然后利用羧基化碳纤维中的羧基与氨基改性氮化硼中的氨基进行化学反应，将氨基改性氮化硼接枝在碳纤维的表面，有利于形成有效的热传导通路，进而降低了导热填料之间的接触热阻，提高了材料的热导率；利用聚乙烯亚胺对氮化硼进行接枝改性，有利于增强复合导热材料与聚丙烯树脂之间的相容性，使绝缘保护套具有优异的力学性能；同时，聚乙烯亚胺中含有大量的N元素，增强了绝缘保护套的阻燃性能；然后在碳纤维接枝氮化硼材料的表面形成二氧化硅，二氧化硅具有良好的绝缘性，可以阻止碳纤维之间的接触，抑制电荷的移动，保证了绝缘保护套具有良好的电绝缘性。

权利要求

1.一种绝缘保护套，其特征在于，以重量份计，包括如下组分的原料：聚丙烯树脂60‑80份、复合导热材料5‑10份、相容剂2‑3份、硬脂酸钙1‑2份、抗氧剂0.5‑1份；

其中，所述复合导热材料的制备方法如下：

S1、将碳纤维加入到浓硫酸和硝酸的混合酸中，在110‑130℃下搅拌反应3‑5h，反应完成后，经离心分离、洗涤、干燥，得到羧基化碳纤维；

S2、将六方氮化硼分散在去离子水中，然后向其中加入聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硼；

S3、将羧基化碳纤维分散在去离子水中，加入氨基改性氮化硼和环氧氯丙烷，分散均匀，然后进行水热反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到碳纤维接枝氮化硼材料；

S4、将碳纤维接枝氮化硼材料分散在乙醇水溶液中，然后向其中加入正硅酸乙酯和氨水，在25‑40℃下搅拌2‑3h，待反应完成后，经离心、洗涤、干燥，即得到复合导热材料；

步骤S2中，六方氮化硼、聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷的质量比为6‑10:4‑8:3‑5；

步骤S3中，羧基化碳纤维、氨基改性氮化硼和环氧氯丙烷的质量比为5‑8:3‑5:2‑4；

步骤S4中，碳纤维接枝氮化硼材料、正硅酸乙酯和氨水的质量比为4‑6:3‑5:4‑6。

2.根据权利要求1所述的绝缘保护套，其特征在于，步骤S1中，浓硫酸和硝酸的体积比为3‑4:1。

3.根据权利要求1所述的绝缘保护套，其特征在于，步骤S2中，加热搅拌反应的温度为

70‑80℃，加热搅拌反应的时间为2‑4h。

4.根据权利要求1所述的绝缘保护套，其特征在于，步骤S3中，水热反应温度为100‑120℃，水热反应时间为2‑5h。

5.根据权利要求1所述的绝缘保护套，其特征在于，所述相容剂为SAG‑001、SAG‑002、SAG‑005、SAG‑008中的一种或多种；所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。

6.如权利要求1‑5任一项所述绝缘保护套的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：按配比将聚丙烯树脂、复合导热材料、相容剂、硬脂酸钙和抗氧剂搅拌混合均匀，得到预混料；

再将预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母粒；然后将母粒加入到管材挤出机料斗中，挤出成型，即得到绝缘保护套。

说明书

一种绝缘保护套

技术领域

[0001] 本发明涉及保护套制备技术领域，具体涉及一种绝缘保护套。

背景技术

[0002] 电缆通常由传输电力或信号的缆芯和起到保护、绝缘作用的保护套所组成。随着经济的发展，需要使用电缆的场所变得多样化，对电缆保护套材料的性能指标有了更加严格和多样的要求，比如绝缘性、拉伸强度、使用温度、阻燃性能等指标均有严格的要求，不断的提高护套材料的性能，是经济和社会发展的迫切需求。

[0003] 常用的电缆保护管套有两种，即非开挖改性聚丙烯（MPP）管套和氯化聚氯乙烯（CPVC）套管。非开挖改性聚丙烯管套是以聚丙烯树脂为主体，添加其他聚烯烃及少量抗氧剂、提高寿命所必需的稳定剂以及有利于提高导管力学及加工性能的添加剂等而形成的一种稳定的复合材料，例如中国专利文献201910364226.2公开了一种高强度的MPP材料及其制备方法和制得的电缆保护管，包括如下重量份的原料：改性丙烯酸树脂80‑100份、石墨烯A 2‑6份、炭黑4‑8份、偶联剂1‑5份、增韧剂5‑10份、抗氧化剂0.5‑2份、纳米碳酸钙0.5‑1.5份；所述石墨烯A为寡层氧化石墨烯，含氧量为20‑40wt％，该电缆保护管具有优异的强度、抗冲击性和高耐热性能，但电绝缘性仍需要进一步进行提升。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种绝缘保护套，所制备的保护套具有良好的电绝缘性能、力学性能和导热性能，在电缆保护套中具有良好的应用前景。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

[0006] 一种绝缘保护套，以重量份计，包括如下组分的原料：聚丙烯树脂60‑80份、复合导热材料5‑10份、相容剂2‑3份、硬脂酸钙1‑2份、抗氧剂0.5‑1份。

[0007] 优选的，所述复合导热材料的制备方法如下：

[0008] S1、将碳纤维加入到浓硫酸和硝酸的混合酸中，在110‑130℃下搅拌反应3‑5h，反应完成后，经离心分离、洗涤、干燥，得到羧基化碳纤维；

[0009] S2、将六方氮化硼分散在去离子水中，然后向其中加入聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硼；

[0010] S3、将羧基化碳纤维分散在去离子水中，加入氨基改性氮化硼和环氧氯丙烷，分散均匀，然后进行水热反应，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到碳纤维接枝氮化硼材料；

[0011] S4、将碳纤维接枝氮化硼材料分散在乙醇水溶液中，然后向其中加入正硅酸乙酯和氨水，在25‑40℃下搅拌2‑3h，待反应完成后，经离心、洗涤、干燥，即得到复合导热材料。

[0012] 优选的，步骤S1中，浓硫酸和硝酸的体积比为3‑4:1。

[0013] 优选的，步骤S2中，六方氮化硼、聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷的质量比为6‑10:4‑8:3‑5。

[0014] 优选的，步骤S2中，加热搅拌反应的温度为70‑80℃，加热搅拌反应的时间为2‑4h。

[0015] 优选的，步骤S3中，羧基化碳纤维、氨基改性氮化硼和环氧氯丙烷的质量比为5‑8:3‑5:2‑4。

[0016] 优选的，步骤S3中，水热反应温度为100‑120℃，水热反应时间为2‑5h。

[0017] 优选的，步骤S4中，碳纤维接枝氮化硼材料、正硅酸乙酯和氨水的质量比为4‑6:3‑5:4‑6。

[0018] 优选的，所述相容剂为SAG‑001、SAG‑002、SAG‑005、SAG‑008中的一种或多种；所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。

[0019] 本发明还提供上述绝缘保护套的制备方法，具体步骤如下：按配比将聚丙烯树脂、复合导热材料、相容剂、硬脂酸钙和抗氧剂搅拌混合均匀，得到预混料；再将预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母粒；然后将母粒加入到管材挤出机料斗中，挤出成型，即得到绝缘保护套。

[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0021] （1）本发明先对碳纤维进行羧基化改性，然后利用羧基化碳纤维中的羧基与氨基改性氮化硼中的氨基进行化学反应，将氨基改性氮化硼接枝在碳纤维的表面，有利于形成有效的热传导通路，进而降低了导热填料之间的接触热阻，提高了材料的热导率。

[0022] （2）碳纤维具有优异的导热和导电性能，鉴于碳纤维高的导电率以及与有机物表面的不相容性，限制了碳纳米管作为导热材料在绝缘材料中的应用，本发明利用聚乙烯亚胺对氮化硼进行接枝改性，聚乙烯亚胺是一种有机高分子化合物，具有三维网络结构，将聚乙烯亚胺的烷基长链结构引入到复合导热材料中，有利于增强复合导热材料与聚丙烯树脂之间的相容性，使绝缘保护套具有优异的力学性能；同时，聚乙烯亚胺中含有大量的N元素，增强了绝缘保护套的阻燃性能。

[0023] （3）本发明在碳纤维接枝氮化硼材料的表面形成二氧化硅，二氧化硅具有良好的绝缘性，可以阻止碳纤维之间的电荷移动，保证了绝缘保护套具有良好的电绝缘性。

具体实施方式

[0024] 以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。

[0025] 需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。

[0026] 本发明中所使用的聚丙烯树脂购自上海桥微化工科技有限公司，牌号：K8025；

[0027] 碳纤维购自东丽新材料（广东）有限公司；

[0028] 六方氮化硼购自山东博奥新材料技术有限公司；

[0029] 聚乙烯亚胺购自山东首化化学有限公司，CAS号：9002‑98‑6；

[0030] 浓硫酸的质量分数为98%，硝酸的质量分数为68%，氨水的质量分数为25%。实施例1

[0031] 一种绝缘保护套的制备方法，包括如下步骤：

[0032] 按配比将600g聚丙烯树脂、50g复合导热材料、20g相容剂SAG‑005、10g硬脂酸钙和5g抗氧剂1010搅拌混合均匀，得到预混料；再将预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母粒；然后将母粒加入到管材挤出机料斗中，挤出成型，即得到绝缘保护套；

[0033] 其中，复合导热材料的制备方法如下：

[0034] S1、将10g碳纤维加入到120mL浓硫酸和40mL硝酸的混合酸中，在110℃下搅拌反应3h，反应完成后，经离心分离、洗涤、干燥，得到羧基化碳纤维；

[0035] S2、将6g六方氮化硼分散在150mL去离子水中，然后向其中加入4g聚乙烯亚胺和3g环氧氯丙烷，在70℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硼；

[0036] S3、将5g羧基化碳纤维分散在250mL去离子水中，加入3g氨基改性氮化硼和2g环氧氯丙烷，分散均匀，然后在100℃下水热反应5h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到碳纤维接枝氮化硼材料；

[0037] S4、将4g碳纤维接枝氮化硼材料分散在150mL，80wt%乙醇水溶液中，然后向其中加入3g正硅酸乙酯和4g氨水，在25℃下搅拌2h，待反应完成后，经离心、洗涤、干燥，即得到复合导热材料。实施例2

[0038] 一种绝缘保护套的制备方法，包括如下步骤：

[0039] 按配比将800g聚丙烯树脂、100g复合导热材料、30g相容剂SAG‑001、20g硬脂酸钙和10g抗氧剂1010搅拌混合均匀，得到预混料；再将预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母粒；然后将母粒加入到管材挤出机料斗中，挤出成型，即得到绝缘保护套；

[0040] 其中，复合导热材料的制备方法如下：

[0041] S1、将10g碳纤维加入到150mL浓硫酸和40mL硝酸的混合酸中，在110℃下搅拌反应3h，反应完成后，经离心分离、洗涤、干燥，得到羧基化碳纤维；

[0042] S2、将10g六方氮化硼分散在250mL去离子水中，然后向其中加入8g聚乙烯亚胺和5g环氧氯丙烷，在80℃下加热搅拌反应2h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硼；

[0043] S3、将8g羧基化碳纤维分散在250mL去离子水中，加入5g氨基改性氮化硼和4g环氧氯丙烷，分散均匀，然后在120℃下水热反应2h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到碳纤维接枝氮化硼材料；

[0044] S4、将6g碳纤维接枝氮化硼材料分散在150mL，80wt%乙醇水溶液中，然后向其中加入5g正硅酸乙酯和6g氨水，在40℃下搅拌3h，待反应完成后，经离心、洗涤、干燥，即得到复合导热材料。实施例3

[0045] 一种绝缘保护套的制备方法，包括如下步骤：

[0046] 按配比将700g聚丙烯树脂、70g复合导热材料、25g相容剂SAG‑002、16g硬脂酸钙和8g抗氧剂1010搅拌混合均匀，得到预混料；再将预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母粒；然后将母粒加入到管材挤出机料斗中，挤出成型，即得到绝缘保护套；

[0047] 其中，复合导热材料的制备方法如下：

[0048] S1、将10g碳纤维加入到150mL浓硫酸和40mL硝酸的混合酸中，在130℃下搅拌反应5h，反应完成后，经离心分离、洗涤、干燥，得到羧基化碳纤维；

[0049] S2、将8g六方氮化硼分散在250mL去离子水中，然后向其中加入5g聚乙烯亚胺和4g环氧氯丙烷，在75℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硼；

[0050] S3、将6g羧基化碳纤维分散在250mL去离子水中，加入4g氨基改性氮化硼和3g环氧氯丙烷，分散均匀，然后在120℃下水热反应3h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到碳纤维接枝氮化硼材料；

[0051] S4、将5g碳纤维接枝氮化硼材料分散在150mL，80wt%乙醇水溶液中，然后向其中加入4g正硅酸乙酯和6g氨水，在40℃下搅拌3h，待反应完成后，经离心、洗涤、干燥，即得到复合导热材料。实施例4

[0052] 一种绝缘保护套的制备方法，包括如下步骤：

[0053] 按配比将600g聚丙烯树脂、80g复合导热材料、28g相容剂SAG‑002、14g硬脂酸钙和6g抗氧剂1010搅拌混合均匀，得到预混料；再将预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母粒；然后将母粒加入到管材挤出机料斗中，挤出成型，即得到绝缘保护套；

[0054] 其中，复合导热材料的制备方法如下：

[0055] S1、将10g碳纤维加入到150mL浓硫酸和40mL硝酸的混合酸中，在120℃下搅拌反应4h，反应完成后，经离心分离、洗涤、干燥，得到羧基化碳纤维；

[0056] S2、将9g六方氮化硼分散在250mL去离子水中，然后向其中加入6g聚乙烯亚胺和4.5g环氧氯丙烷，在70℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硼；

[0057] S3、将7g羧基化碳纤维分散在250mL去离子水中，加入4g氨基改性氮化硼和4g环氧氯丙烷，分散均匀，然后在110℃下水热反应4h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到碳纤维接枝氮化硼材料；

[0058] S4、将5g碳纤维接枝氮化硼材料分散在150mL，80wt%乙醇水溶液中，然后向其中加入5g正硅酸乙酯和6g氨水，在30℃下搅拌3h，待反应完成后，经离心、洗涤、干燥，即得到复合导热材料。对比例1

[0059] 一种绝缘保护套的制备方法，包括如下步骤：

[0060] 按配比将700g聚丙烯树脂、70g碳纤维、25g相容剂SAG‑002、16g硬脂酸钙和8g抗氧剂1010搅拌混合均匀，得到预混料；再将预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母粒；然后将母粒加入到管材挤出机料斗中，挤出成型，即得到绝缘保护套。对比例2

[0061] 一种绝缘保护套的制备方法，包括如下步骤：

[0062] 按配比将700g聚丙烯树脂、70g复合导热材料、25g相容剂SAG‑002、16g硬脂酸钙和8g抗氧剂1010搅拌混合均匀，得到预混料；再将预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母粒；然后将母粒加入到管材挤出机料斗中，挤出成型，即得到绝缘保护套；

[0063] 其中，复合导热材料的制备方法如下：

[0064] S1、将10g碳纤维加入到150mL浓硫酸和40mL硝酸的混合酸中，在130℃下搅拌反应5h，反应完成后，经离心分离、洗涤、干燥，得到羧基化碳纤维；

[0065] S2、将8g六方氮化硼分散在250mL去离子水中，然后向其中加入5g聚乙烯亚胺和4g环氧氯丙烷，在75℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硼；

[0066] S3、将6g羧基化碳纤维分散在250mL去离子水中，加入4g氨基改性氮化硼和3g环氧氯丙烷，分散均匀，然后在120℃下水热反应3h，待反应完成后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到复合导热材料。

[0067] 将实施例1‑4和对比例1‑2所制备的绝缘保护套进行性能测试，其中拉伸强度按照GB/T 1040.2‑2022进行，试样为1A型，试验速度为50mm/min；热导率按照GB/T 3139‑2005标准进行测试；体积电阻率按照GB/T 31838.2‑2019标准进行测试，测试结果如下表所示：

[0068] 拉伸强度（MPa） 热导率（W/（m·k）） 体积电阻率（Ω·cm）16
实施例1 54.6 1.95 7.3×10
16
实施例2 57.3 2.03 8.4×10
16
实施例3 55.2 1.98 7.1×10
16
实施例4 57.8 2.02 8.8×10
14
对比例1 41.3 1.27 5.7×10
15
对比例2 53.1 1.96 1.6×10

[0069] 最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。