本发明专利技术涉及一种包含纳米镁铝尖晶石电缆绝缘材料的制备方法，所述纳米镁铝尖晶石MgAl2O4具有特殊的结构，可以作为优质的无机纳米氧化物材料，添加到聚烯材料LDPE/EVA/PVC中，提高绝缘材料的耐热性和强度，降低绝缘材料的老化时间，可以保持高温作用下长时间不降解，而且还能保持较好的阻燃效果，增加残炭量，大幅提高LOI烧失量指数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种包含纳米镁铝尖晶石的阻燃电缆绝缘材料的制备方法，所述镁铝尖晶石具有特殊的结构，可以作为优质的无机材料，添加到聚烯LDPE/EVA材料中，提高绝缘材料的耐热性和强度，降低绝缘材料的老化时间，可以保持高温作用下长时间不降解，而且还能保持较好的阻燃效果，大幅提高LOI烧失量指数。
技术介绍
电缆中常用的绝缘材料有油浸纸、聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、橡皮等。在电工技术上，将体积电阻率大于109Ω·cm 的物质所构成的材料称为绝缘材料，也就是用来使器件在电气上能够阻止电流通过的材料。交联聚乙烯具有优良的介电性能和机械性能，己被广泛应用于高压和超高压塑料绝缘电力电缆中。随着超高压、特高压直流输变电系统的发展，运行过程中的绝缘老化问题越来越严重，己成为绝缘电缆向超高压发展的主要障碍。当绝缘聚合物的工作电场强度达到击穿电场强度的十分之一时，长时间工作的电力设备绝缘中会引起树枝化，降低电缆使用寿命。由低密度聚乙烯构成的高压电力电缆绝缘材料，在长期运行过程中受到各种老化因素的影响逐渐老化，导致材料的介电性能和机械性能的下降。根据老化因素的分类可分为电老化、热老化、机械老化和电化学老化。其中热老化是聚乙烯电缆绝缘损害的主要诱因，不同热老化时间及条件会导致聚乙烯内部分子结构的差异，进而影响其空间电荷特性。研究表明，在直流电场作用下，聚合物绝缘中容易形成空间电荷，而空间电荷会使电场分布发生畸变，加剧聚合物绝缘老化，材料的老化导致了材料电气性能的下降。聚合物中空间电荷主要由电极注入的入陷载流子或可迁移的载流的同极性空间电荷与绝缘体内有机或无机杂质在电场作用下电离产生的异极性电。为了抑制空间电荷的形成，需要对聚乙烯改性从而改变其中的陷阱能及分布，改变空间电荷分布，减低畸变几率，改善聚合物的介电性能，减少聚合物绝缘老化，并同时不影响聚合物的加工性能。低密度聚乙烯是本领域常用的电缆绝缘材料，但是阻燃性能不尽人意。目前对于绝缘材料的阻燃性能改进，加入适宜的阻燃剂是主要方式之一。成炭对聚合物的阻燃性具有很大影响。因此，研发高效的能够促进聚烯材料自身更多参与炭的阻燃剂或炭化剂具有重要意义。近年来，为了提高阻燃聚乙烯材料的成炭效率、改善碳层结构和提高炭成质量，对于协同阻燃、硅氧烷阻燃、聚合物纳米阻燃等方面出现重点研究。
技术实现思路
研究证明，空间电荷是造成电力电缆电场畸变，引发局部放电、电树枝和绝缘击穿事故的重要原因。目前对聚合物中的空间电荷的研究主要集中于抑制介质内空间电荷的产生及其迁移特性，一般情况下，绝缘材料（如聚乙烯）中的空间电荷主要由２部分组成：一是在较高场强作用下从与介质接触的电极注入的入陷载流子或可迁移的载流子，称为同极性电荷；另外一部分是在较低场强作用下，介质内的杂质在电场作用下电离并发生迁移而形成的空间电荷，称为异极性电荷。CNFS的掺杂并取向成功改变了载流子在介质内的输运方式，降低了陷阱能级，使载流子易于沿垂直于厚度方向输运，有效抑制了载流子沿厚度方向的注入和空间电荷在介质内的积聚．半导电层在样品厚度方向上一定程度地削弱了外加电场，减弱了半导电层与绝缘层界面处的场强，减少了阴极注入的空间电荷量，短路后样品内最终残余少量空间电荷．有助于阻燃，阻碍聚合物的电荷聚合，提高绝缘材料的使用寿命。磷和含磷化合物阻燃剂与卤系、无机系并列为三大阻燃体系。磷系化合物的阻燃效果较好，因为燃烧时生成的偏磷酸可聚合成稳定的多聚态，成为燃烧点的保护层，能隔绝被燃物与氧气的接触。生成的磷酸和聚偏磷酸则都是强酸，具有很强的脱水性，能够使聚合物脱水炭化，并在聚合物表面形成炭化层，达到隔绝氧气阻止燃烧的目的。含氮阻燃剂在发生火灾时燃烧时，受热易放出 HCN、N2、NH3、NO2和 NO等不燃性气体。这些气体稀释了空气中的氧和高聚物受热分解时产生的可燃性气体的浓度，同时含氮阻燃剂分解过程也吸收了一部分热量，另外氮气还能捕捉自由基，抑制高聚物的连锁反应，达到清除自由基的作用，从而达到了阻燃目的。双氰胺具有无卤、低毒、低烟的优点，含氮阻燃剂在聚酯塑料的阻燃效果较好，尤其是与磷系阻燃剂结合，可以形成膨胀型阻燃体系，通过二者的协同作用，可以大幅提高聚烯烃绝缘材料的阻燃效果。本申请采用了双氰胺与磷酸镧组合使用，并调整二者的比例，使其发挥协同作用，形成膨胀型阻燃体系，试验表明，双氰胺：磷酸镧的最佳的质量比为1:1。可以大幅提高阻燃效果。申请人认为主要是含磷酸镧中既含有含磷组分，还含有稀土元素，由于稀土元素的加入，可以进一步增加膨胀度，有利于聚烯绝缘材料的阻燃、强度等性能。纳米无机氧化物是阻燃剂的良好选择，比如纳米氧化镁，纳米氧化锌等都可以作为纳米无机氧化物阻燃剂加入到聚烯材料中。由于纳米效应，聚合物/无机纳米复合材料具有较常规聚合物/填料复合物无法比拟的有点，比如密度小、机械强度高、吸气性和透气性能第，特别是耐热性和阻燃性可以得到大幅度提高。进一步，也有学者研究凹凸棒、蒙脱土、分子筛等粘土类层状硅酸盐纳米复合材料的阻燃性能，上述无机材料均有不同程度的阻燃效果。尖晶石化合物具有独特的光学、电学和磁学性能，在生物及陶瓷方面有广泛的应用，具有热稳定性好、成本低等优点。目前还没有采用结构更加优异的镁铝尖晶石复合金属氧化物作为阻燃材料。高分子化合物在空气中的燃烧是一种非常激烈的氧化反应，属于连锁反应历程。燃烧过程中增殖大量活泼的羟基游离基，当羟基游离基和高分子化合物相遇时，生成碳氢化合物游离基和水，在氧的存在下，碳氢化合物游离基分解，又形成新的羟基游离基。如此循环，使燃烧反应不断延续。阻燃剂的作用机理比较复杂，包含许多因素，但主要是通过采用物理或化学方法来阻止燃烧循环。有人采用无机材料沸石作为绝缘材料的阻燃剂，但是沸石为刚性结构，桥氧键相对较短，且缺乏柔性，存在一定缺陷。将其与分子筛SBA-15与尖晶石一起加入聚烯材料，混合形成阻燃复配剂，还能进一步增加复配材料的强度，弥补了分子筛材料中柔性差的缺陷，形成刚柔互补，将无机材料进行骨架化或插层化，形成空间稳定结构，控制空间电荷的迁移速率，提高电荷运动速率，有利于捕获或者脱陷，避免了电荷的聚合，从而避免使其老化、易燃等电缆材料常常出现的问题，提高阻燃性能，增加强度，增加残炭量，从而提高LOI指数，耐老化。复合型导电高分子材料是将各种导电性填料以不同的方式和加工工艺(如分散复合、层积复合、形成表面电膜等)填充到聚合物基体中。导电复合材料常用的基体树脂有:EVA, PS, PE(LDPE, HDPE), PP, PVC, ABS, PA, PBT,PET, PC, PI, PPS,酚醛树脂、环氧树脂、聚芳飒、聚丙烯酸醋、丁睛橡胶、有机硅橡胶等聚合物。复合型导电高分子材料在技术上比结构型导电高分子材料具有更加成熟的优势，与金属相比，导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。EVA是由乙烯-醋酸乙烯共聚得到的共聚物。高分子材料的加工特性和导电填充物的导电性两者的功能共同决定了高分子基导电复合材料具有可在较大范围内根据使用需要调节其电学、力学和其他性能，化学稳定性较好，成本低廉，易于成型和大规模生产等，常作抗静电和电磁屏蔽材料，广泛应用于电子、电器、纺织、煤矿等工业。此外，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含镁铝尖晶石的阻燃电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述电缆绝缘材料是按照如下步骤制备得到：（1）制备镁铝尖晶石MgAl2O4：（2）取LDPE 80‑100份、EVA60‑80份、聚氯乙烯PVC40‑50份、碳化硅10‑20份、环氧树脂10‑20份、双氰胺5‑15份、磷酸镧5‑15份、抗氧剂3‑5份、云母片5‑15份、聚二氧基硅氧烷10‑20份、海泡石5‑10份、硼酸锌5‑10份、碳化钼5‑10份、分子筛SBA‑15 5‑10份和步骤（1）制备的MgAl2O410‑20份混合，加入离心机中，在800‑1000r/min条件下搅拌10‑20分钟，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后用注射机将熔融体快速注入模具中，冷却定型，开模后成品进入副模，切割。
【技术特征摘要】
1.一种含镁铝尖晶石的阻燃电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述电缆绝缘材料是按照如下步骤制备得到：（1）制备镁铝尖晶石MgAl2O4：（2）取LDPE 80-100份、EVA60-80份、聚氯乙烯PVC40-50份、碳化硅10-20份、环氧树脂10-20份、双氰胺5-15份、磷酸镧5-15份、抗氧剂3-5份、云母片5-15份、聚二氧基硅氧烷10-20份、海泡石5-10份、硼酸锌5-10份、碳化钼5-10份、分子筛SBA-15 5-10份和步骤（1）制备的MgAl2O410-20份混合，加入离心机中，在800-1000r/min条件下搅拌10-20分钟，混合均匀后，进入双螺杆挤出机挤压成熔融状态，然后用注射机将熔融体快速注入模具中，冷却定型，开模后成品进入副模，切割。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MgAl2O4制备方法为：分别称取0.02molMg(NO3)2 ·6H2O、0.04molAl(NO3)3 ·9H2O溶于50ml去离子水肿，配得混合盐溶液，取0.04molNa2CO3、0.06molNaOH溶于50ml去离子水中，然后快速搅拌，将盐溶液加入碱溶液，使pH保持在9-11，混合均匀...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶澄，
申请(专利权)人：温州泓呈祥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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