技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力电缆技术领域，尤其涉及一种超高压阻燃电缆料及其制备方法。
背景技术
[0002] 近年来，随着科技的进步及社会的发展，我国电力事业发展迅速，
电网系统运行
电压等级不断提高，网络规模逐步扩大。超高或特高压输电网络是国家电网正在全力打造的
智能电网的骨架和核心，建设特高压输电网络能够大幅度提升我国电网的输送能力，降低长距离电力输送损耗，但是更高的电压等级及直流输电对广泛应用于电气设备的电缆料的安全可靠性提出了重大挑战。高性能电缆料是是构成高压、特高压输变电设备和网路的技术核心与关键，其电气性能的高低与稳定直接关系到了整个输电网络的电压等级与安全。
[0003]
阻燃性是超高压电缆料性能的一项重要指标，随着安全意识和环保意识的增强，人们对超高压电缆料的阻燃及其燃烧时的发烟量要求越来越高。不仅要求其阻燃，而且还要求其在发生火灾时能保证人员安全逃生。此外，超高压电缆由于承载的电压高，电缆线路正常输电时，空间存在分布电荷，为了保证电缆周围人员的安全，超高压电缆料的绝缘性比普通电缆料要高一个数量级。
[0004]
现有技术中用量较大的超高压电缆料是添加有阻燃剂的聚烯
烃类材料，这类材料质轻无卤，优良的电绝缘性能和耐化学
腐蚀性能以及价格低廉、成型加工容易，但因其耐燃性差，当其被制成电缆使用时，常会在高压、发热、放电等条件下燃烧而引起火灾，且离火不熄，形成带火熔滴引燃周围其他物体，导致火灾规模扩大。
[0005] 因此，开发一种综合性能优异，阻燃性和绝缘性佳，性能
稳定性好，使用安全环保的超高压阻燃电缆料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进超高压电缆行业的发展具有非常重要的意义。
发明内容
[0006] 本发明旨在解决上述问题，提供一种超高压阻燃电缆料及其制备方法，该制备方法简单易行，原料来源丰富，价格低廉，适于大规模生产，具有较高的推广使用价值；制备得到的超高压阻燃电缆料综合性能优异，阻燃性和绝缘性佳，性能稳定性好，使用寿命长，生产和使用过程安全环保。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008] 一种超高压阻燃电缆料的制备方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤S1、3,3'-(2,4-二
氨基-6,7-蝶啶二基)二
苯酚与端羧基聚氨酯缩聚：将3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚、端羧基聚氨酯、N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶溶于高沸点
溶剂中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气或惰性气体置换釜内空气，然后在常压下130-150℃反应3-5小时，后向反应体系内加入催化剂，再升温至240-270℃，在300-500Pa下进行缩聚反应15-20小时，后冷却至室温，调至常压，在
水中析出，将析出的
聚合物用
乙醇洗涤3-6次后，最后置于
真空干燥箱80-90℃下干燥至恒重，得到聚氨酯基缩聚物；
[0010] 步骤S2、中间体的制备：将4-氯苯
甲酸、3-[双(4-氟苯基)磷酰基]苯胺溶于
有机溶剂中，再向其中加入2-乙
氧基-1-乙氧
碳酰基-1,2-二氢喹啉，在暗室中30-40℃下搅拌反应15-20小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间体；
[0011] 步骤S3、改性聚氨酯基缩聚物：将经过步骤S2制备得到的中间体、经过步骤S1制备得到的聚氨酯基缩聚物、
碱性催化剂加入到接有分水器的三口瓶中，再向其中加入N,N-二甲基甲酰胺和
甲苯，将反应体系加热到120-140℃，氮气保护下搅拌反应3-5小时，通过分水器除去反应过程中生成的水和甲苯，反应结束后将反应体系冷却至室温，在水中沉出，并用乙醇洗涤产物3-5次，最后置于真空干燥箱80-90℃下干燥至恒重，得到改性聚氨酯基缩聚物；
[0012] 步骤S4、电缆料成型：将经过步骤S3制备得到的改性聚氨酯基缩聚物、聚酰胺
纤维、纳米
硅粉、
偶联剂加入到双螺杆
挤出机中挤出成型，切粒，得到超高压电缆料。
[0013] 进一步地，步骤S1中所述3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚、端羧基聚氨酯、N,N-二异丙基乙胺、4-二甲氨基吡啶、高沸点溶剂、催化剂的物质的量之比为1:1:0.6:0.3:(8-12)：0.5。
[0014] 进一步地，所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷
酮中的至少一种；所述催化剂为硫代膦酸酯、硫代磷酰胺、
亚磷酸中的至少一种；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种。
[0015] 进一步地，步骤S2中所述4-氯
苯甲酸、3-[双(4-氟苯基)磷酰基]苯胺、有机溶剂、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉的
质量比为1:2.1:(10-15):(0.2-0.4)。
[0016] 进一步地，所述有机溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮中的至少一种。
[0017] 进一步地，步骤S3中所述中间体、聚氨酯基缩聚物、碱性催化剂、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯的质量比为1:(3-5):(0.2-0.4):(12-20):(5-8)。
[0018] 优选地，所述碱性催化剂为碳酸钠、碳酸
钾、氢氧化钾、氢氧化钠中的至少一种。
[0019] 进一步地，步骤S4中所述改性聚氨酯基缩聚物、聚酰胺纤维、纳米硅粉、偶联剂的质量比1:(0.2-0.4):0.1:(0.02-0.04)。
[0020] 进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中是至少一种。
[0021] 进一步地，所述挤出成型具体为，
温度控制参数为：供料段160-170℃，压缩段175-185℃，机头温度190-200℃，口模温度190-200℃，控制生产速度260-310m/min，控制螺杆转速50-70r/min。
[0022] 进一步地，一种超高压阻燃电缆料，采用上述超高压阻燃电缆料的制备方法制成。
[0023] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0024] (1)本发明提供的超高压阻燃电缆料，制备方法简单易行，原料来源丰富，价格低廉，适于大规模生产，具有较高的推广使用价值。
[0025] (2)本发明提供的超高压阻燃电缆料，克服了传统电缆料综合性能不佳，阻燃性和绝缘性有待进一步提高，性能稳定性差，使用和生产过程对环境污染大的技术
缺陷，具有综合性能优异，阻燃性和绝缘性佳，性能稳定性好，使用寿命长，生产和使用过程安全环保的优点。
[0026] (3)本发明提供的超高压阻燃电缆料，基材是由3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚与端羧基聚氨酯缩聚形成的缩聚物制成，具备了聚氨酯材料优异的耐候性和弹性，又能改善材料的其他综合性能；
侧链上的蝶啶结构有利于提高材料耐候性和抗紫外老化性能，还对绝缘性和阻燃性有较大改善；通过对缩聚物进行改性，引入含氟苯膦结构，提高了材料的阻燃性和机械力学性能，使得材料综合性能优异，耐候性佳，使用寿命长；分子主链为聚酰胺结构，与加入的聚酰胺纤维相容性好，加入聚酰胺纤维能
增强材料的机械力学性能；纳米硅粉的加入一方面能通过弥散强化机制提高电缆料的力学性能，另一方面，有利于改善材料的绝缘性能；加入偶联剂，能使得纳米硅粉分散均匀，提高其与聚合物基材的相容性，进而使得各组分形成一个有机整体，提高了材料的综合性能，使其性能稳定性更佳，使用寿命更长。
具体实施方式
[0027] 为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合
实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0028] 其中，实施例中涉及到的原料均为商业购买。
[0029] 实施例1
[0030] 一种超高压阻燃电缆料的制备方法，包括如下步骤：
[0031] 步骤S1、3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚与端羧基聚氨酯缩聚：将3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚1kg、端羧基聚氨酯1kg、N,N-二异丙基乙胺0.6kg、4-二甲氨基吡啶0.3kg溶于二甲亚砜8kg中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，然后在常压下130℃反应3小时，后向反应体系内加入硫代膦酸酯0.5kg，再升温至240℃，在300Pa下进行缩聚反应15小时，后冷却至室温，调至常压，在水中析出，将析出的聚合物用乙醇洗涤3次后，最后置于真空干燥箱80℃下干燥至恒重，得到聚氨酯基缩聚物；
[0032] 步骤S2、中间体的制备：将4-氯苯甲酸1kg、3-[双(4-氟苯基)磷酰基]苯胺2.1kg溶于二氯甲烷10kg中，再向其中加入2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉0.2kg，在暗室中30℃下搅拌反应15小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间体；
[0033] 步骤S3、改性聚氨酯基缩聚物：将经过步骤S2制备得到的中间体1kg、经过步骤S1制备得到的聚氨酯基缩聚物3kg、碳酸钠0.2kg加入到接有分水器的三口瓶中，再向其中加入N,N-二甲基甲酰胺12kg和甲苯5kg，将反应体系加热到120℃，氮气保护下搅拌反应3小时，通过分水器除去反应过程中生成的水和甲苯，反应结束后将反应体系冷却至室温，在水中沉出，并用乙醇洗涤产物3次，最后置于真空干燥箱80℃下干燥至恒重，得到改性聚氨酯基缩聚物；
[0034] 步骤S4、电缆料成型：将经过步骤S3制备得到的改性聚氨酯基缩聚物1kg、聚酰胺纤维0.2kg、纳米硅粉0.1kg、硅烷偶联剂KH5500.02kg加入到双
螺杆挤出机中挤出成型，切粒，得到超高压电缆料；所述挤出成型具体为，
温度控制参数为：供料段160℃，压缩段175℃，机头温度190℃，口模温度190℃，控制生产速度260m/min，控制螺杆转速50r/min。
[0035] 一种超高压阻燃电缆料，采用上述超高压阻燃电缆料的制备方法制成。
[0036] 实施例2
[0037] 一种超高压阻燃电缆料的制备方法，包括如下步骤：
[0038] 步骤S1、3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚与端羧基聚氨酯缩聚：将3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚1kg、端羧基聚氨酯1kg、N,N-二异丙基乙胺0.6kg、4-二甲氨基吡啶0.3kg溶于N,N-二甲基甲酰胺9kg中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氦气置换釜内空气，然后在常压下135℃反应3.5小时，后向反应体系内加入硫代磷酰胺0.5kg，再升温至250℃，在350Pa下进行缩聚反应17小时，后冷却至室温，调至常压，在水中析出，将析出的聚合物用乙醇洗涤4次后，最后置于真空干燥箱83℃下干燥至恒重，得到聚氨酯基缩聚物；
[0039] 步骤S2、中间体的制备：将4-氯苯甲酸1kg、3-[双(4-氟苯基)磷酰基]苯胺2.1kg溶于四氢呋喃12kg中，再向其中加入2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉0.25kg，在暗室中32℃下搅拌反应16.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间体；
[0040] 步骤S3、改性聚氨酯基缩聚物：将经过步骤S2制备得到的中间体1kg、经过步骤S1制备得到的聚氨酯基缩聚物3.5kg、碳酸钾0.25kg加入到接有分水器的三口瓶中，再向其中加入N,N-二甲基甲酰胺14kg和甲苯6kg，将反应体系加热到125℃，氮气保护下搅拌反应3.5小时，通过分水器除去反应过程中生成的水和甲苯，反应结束后将反应体系冷却至室温，在水中沉出，并用乙醇洗涤产物4次，最后置于真空干燥箱83℃下干燥至恒重，得到改性聚氨酯基缩聚物；
[0041] 步骤S4、电缆料成型：将经过步骤S3制备得到的改性聚氨酯基缩聚物1kg、聚酰胺纤维0.25kg、纳米硅粉0.1kg、硅烷偶联剂KH5600.025kg加入到
双螺杆挤出机中挤出成型，切粒，得到超高压电缆料；所述挤出成型具体为，温度控制参数为：供料段163℃，压缩段177℃，机头温度192℃，口模温度193℃，控制生产速度270m/min，控制螺杆转速55r/min。
[0042] 一种超高压阻燃电缆料，采用上述超高压阻燃电缆料的制备方法制成。
[0043] 实施例3
[0044] 一种超高压阻燃电缆料的制备方法，包括如下步骤：
[0045] 步骤S1、3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚与端羧基聚氨酯缩聚：将3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚1kg、端羧基聚氨酯1kg、N,N-二异丙基乙胺0.6kg、4-二甲氨基吡啶0.3kg溶于N-甲基吡咯烷酮10kg中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氖气置换釜内空气，然后在常压下140℃反应4小时，后向反应体系内加入亚磷酸0.5kg，再升温至255℃，在400Pa下进行缩聚反应17.5小时，后冷却至室温，调至常压，在水中析出，将析出的聚合物用乙醇洗涤5次后，最后置于真空干燥箱85℃下干燥至恒重，得到聚氨酯基缩聚物；
[0046] 步骤S2、中间体的制备：将4-氯苯甲酸1kg、3-[双(4-氟苯基)磷酰基]苯胺2.1kg溶于丙酮13kg中，再向其中加入2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉0.3kg，在暗室中35℃下搅拌反应18小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间体；
[0047] 步骤S3、改性聚氨酯基缩聚物：将经过步骤S2制备得到的中间体1kg、经过步骤S1制备得到的聚氨酯基缩聚物4kg、氢氧化钾0.3kg加入到接有分水器的三口瓶中，再向其中加入N,N-二甲基甲酰胺17kg和甲苯6.5kg，将反应体系加热到130℃，氮气保护下搅拌反应4小时，通过分水器除去反应过程中生成的水和甲苯，反应结束后将反应体系冷却至室温，在水中沉出，并用乙醇洗涤产物4次，最后置于真空干燥箱85℃下干燥至恒重，得到改性聚氨酯基缩聚物；
[0048] 步骤S4、电缆料成型：将经过步骤S3制备得到的改性聚氨酯基缩聚物1kg、聚酰胺纤维0.3kg、纳米硅粉0.1kg、硅烷偶联剂KH5700.03kg加入到双螺杆挤出机中挤出成型，切粒，得到超高压电缆料；所述挤出成型具体为，温度控制参数为：供料段165℃，压缩段179℃，机头温度195℃，口模温度196℃，控制生产速度290m/min，控制螺杆转速60r/min。
[0049] 一种超高压阻燃电缆料，采用上述超高压阻燃电缆料的制备方法制成。
[0050] 实施例4
[0051] 一种超高压阻燃电缆料的制备方法，包括如下步骤：
[0052] 步骤S1、3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚与端羧基聚氨酯缩聚：将3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚1kg、端羧基聚氨酯1kg、N,N-二异丙基乙胺0.6kg、4-二甲氨基吡啶0.3kg溶于高沸点溶剂11kg中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氩气置换釜内空气，然后在常压下145℃反应4.5小时，后向反应体系内加入催化剂0.5kg，再升温至265℃，在460Pa下进行缩聚反应19小时，后冷却至室温，调至常压，在水中析出，将析出的聚合物用乙醇洗涤5次后，最后置于真空干燥箱88℃下干燥至恒重，得到聚氨酯基缩聚物；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:3:2混合而成；所述催化剂为硫代膦酸酯、硫代磷酰胺、亚磷酸按质量比1:3:5混合而成；
[0053] 步骤S2、中间体的制备：将4-氯苯甲酸1kg、3-[双(4-氟苯基)磷酰基]苯胺2.1kg溶于有机溶剂14.5kg中，再向其中加入2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉0.35kg，在暗室中38℃下搅拌反应19小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间体；所述有机溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮按质量比2:4:1混合而成；
[0054] 步骤S3、改性聚氨酯基缩聚物：将经过步骤S2制备得到的中间体1kg、经过步骤S1制备得到的聚氨酯基缩聚物4.8kg、碱性催化剂0.38kg加入到接有分水器的三口瓶中，再向其中加入N,N-二甲基甲酰胺19kg和甲苯7.5kg，将反应体系加热到137℃，氮气保护下搅拌反应4.8小时，通过分水器除去反应过程中生成的水和甲苯，反应结束后将反应体系冷却至室温，在水中沉出，并用乙醇洗涤产物5次，最后置于真空干燥箱88℃下干燥至恒重，得到改性聚氨酯基缩聚物；所述碱性催化剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠按质量比1:1:3:5混合而成；
[0055] 步骤S4、电缆料成型：将经过步骤S3制备得到的改性聚氨酯基缩聚物1kg、聚酰胺纤维0.38kg、纳米硅粉0.1kg、偶联剂0.038kg加入到双螺杆挤出机中挤出成型，切粒，得到超高压电缆料；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比2:1:3混合而成；所述挤出成型具体为，温度控制参数为：供料段168℃，压缩段183℃，机头温度199℃，口模温度199℃，控制生产速度300m/min，控制螺杆转速65r/min。
[0056] 一种超高压阻燃电缆料，采用上述超高压阻燃电缆料的制备方法制成。
[0057] 实施例5
[0058] 一种超高压阻燃电缆料的制备方法，包括如下步骤：
[0059] 步骤S1、3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚与端羧基聚氨酯缩聚：将3,3'-(2,4-二氨基-6,7-蝶啶二基)二苯酚1kg、端羧基聚氨酯1kg、N,N-二异丙基乙胺0.6kg、4-二甲氨基吡啶0.3kg溶于N,N-二甲基甲酰胺12kg中形成溶液，再将溶液加入反应釜中，用氮气置换釜内空气，然后在常压下150℃反应5小时，后向反应体系内加入硫代膦酸酯0.5kg，再升温至270℃，在500Pa下进行缩聚反应20小时，后冷却至室温，调至常压，在水中析出，将析出的聚合物用乙醇洗涤6次后，最后置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重，得到聚氨酯基缩聚物；
[0060] 步骤S2、中间体的制备：将4-氯苯甲酸1kg、3-[双(4-氟苯基)磷酰基]苯胺2.1kg溶于四氢呋喃15kg中，再向其中加入2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉0.4kg，在暗室中40℃下搅拌反应20小时，后旋蒸除去溶剂，得到中间体；
[0061] 步骤S3、改性聚氨酯基缩聚物：将经过步骤S2制备得到的中间体1kg、经过步骤S1制备得到的聚氨酯基缩聚物5kg、氢氧化钠0.4kg加入到接有分水器的三口瓶中，再向其中加入N,N-二甲基甲酰胺20kg和甲苯8kg，将反应体系加热到140℃，氮气保护下搅拌反应5小时，通过分水器除去反应过程中生成的水和甲苯，反应结束后将反应体系冷却至室温，在水中沉出，并用乙醇洗涤产物5次，最后置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重，得到改性聚氨酯基缩聚物；
[0062] 步骤S4、电缆料成型：将经过步骤S3制备得到的改性聚氨酯基缩聚物1kg、聚酰胺纤维0.4kg、纳米硅粉0.1kg、硅烷偶联剂KH5600.04kg加入到双螺杆挤出机中挤出成型，切粒，得到超高压电缆料；所述挤出成型具体为，温度控制参数为：供料段170℃，压缩段185℃，机头温度200℃，口模温度200℃，控制生产速度310m/min，控制螺杆转速70r/min。
[0063] 一种超高压阻燃电缆料，采用上述超高压阻燃电缆料的制备方法制成。
[0064] 对比例1
[0065] 本例提供一种超高压阻燃电缆料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是聚氨酯基缩聚物没有改性。
[0066] 对比例2
[0067] 本例提供一种超高压阻燃电缆料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加聚酰胺纤维。
[0068] 对比例3
[0069] 本例提供一种超高压阻燃电缆料，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加纳米硅粉。
[0070] 对比例4
[0071] 本例提供一种超高压阻燃电缆料，其配方和制备方法与中国发明
专利CN 105949553 A实施例1相同。
[0072] 对上述实施例1-5以及对比例1-4所得样品进行相关性能测试，测试结果如表1所示。
[0073] 表1
[0074]
[0075] 从表1可以看出，本发明实施例公开的超高压阻燃电缆料，具有更加优异的机械力学性能、阻燃性和绝缘性。
[0076] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
