[发明专利]一种电缆用聚碳酸酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电缆材料领域，具体涉及一种电缆用聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

电缆是用一根或多根导线经过绞合制作成导体线芯，再在导体上施以相应的绝缘层，外面包上密封护套而形成的导线，主要由线芯、绝缘层、屏蔽层和护套层构成。电缆具有占用地面和空间少；供电安全可靠，触电可能性小；有利于提高电力系统的功率因数；运行、维护工作简单方便；有利于美化城市，具有保密性等诸多优点，被广泛应用于生活和生产中的各个领域。

电缆中绝缘层的作用是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，从而保证在输送电能时不发生相对地或相间击穿短路。经过实验和长期使用经验证明，高品质的电缆中，绝缘层的材料需要具有以下性能：耐压强度高；介质损耗角正切值低；耐电晕性能好；化学性能稳定；耐低温；耐热性能好；机械加工性能好；使用寿命长。现有的电缆绝缘层材料大致可分为油浸纸、橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯和交联聚乙烯复等几大类，虽然能满足常规电缆的性能需求，但在用于制备特殊环境下使用的电缆时，其性能略显不足。

聚碳酸酯是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯材料具有较好的综合性能，聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃性好，绝缘性能优异，介电常数小，成型尺寸稳定性好，在使用温度内具有良好的机械性能等诸多优点；但由于聚碳酸酯中存在酯基，在紫外线、电晕等条件下会快速老化，性能快速降低，因而，聚碳酸酯不能直接用于电缆的绝缘材料。

发明内容

本发明的目的在于克服聚碳酸酯材料存在的耐电晕性差、击穿电压低的缺陷，提供一种电缆用聚碳酸酯复合材料及其制备方法；本发明先将玄武岩纤维进行改性处理，并负载极少量石墨烯，最后与聚碳酸酯混合改性，显著的提高了聚碳酸酯的耐电晕性和击穿电压，该聚碳酸酯复合材料可用于电缆绝缘层。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种电缆用聚碳酸酯复合材料，包括以下重量份原材料制备而成：12-25份的玄武岩纤维、0.001-0.003份的石墨烯，15-25份的聚氧基苯甲酸乙酯、50-60份的聚碳酸酯、8-12份的改性剂、1-5份的稳定剂。

本发明一种电缆用聚碳酸酯复合材料，不仅利用玄武岩纤维的优异电性能和耐高温性，对聚碳酸酯复进行改性处理，提高了聚碳酸酯复的耐高温性和绝缘性；还将玄武岩纤维进行粗糙化处理，阻止击穿通道沿玄武岩纤维界面的快速生长，对提高绝缘材料的击穿电压有一定作用；并且，将极少量的石墨烯负载在玄武岩纤维表面，可有效阻止界面电晕和放电现象，降低击穿和电树枝化的可能，进而也对提高绝缘材料的电性能具有积极作用；因而，该聚碳酸酯复合材料具有优异的耐电晕性和耐击穿性，可用于电缆绝缘层。

上述一种电缆用聚碳酸酯复合材料，其中，所述的改性剂包括质量比为2-4︰1-3的双氧水和有机酸；所述改性剂能快速对玄武岩纤维表面进行腐蚀、活化，形成粗糙表面，并接枝大量活性基团，不仅提高了玄武岩纤维对石墨烯的负载能力，提高了玄武岩纤维与聚氧基苯甲酸乙酯之间的化学键合和机械铆合能力，还能阻止击穿通道沿玄武岩纤维界面的快速生长，提高了绝缘材料的击穿电压；所述的机械铆合是指基体材料通过收缩应力包紧粗糙表面的纤维而产生的摩擦结合。

其中，所述的聚氧基苯甲酸乙酯不仅与聚碳酸酯相容性好，而且能有效吸收活性离子，增加聚碳酸酯的抗老化性能，延长聚碳酸酯的使用寿命。

其中，石墨烯的量需要控制在规定范围内，用量过大，绝缘材料电阻率大幅降低，绝缘性降低；用量过少，对绝缘材料改性作用小，作用效果不明显；优选的，所述的石墨烯用量为0.002份。

其中，所述的有机酸为甲酸、乙酸、乙二酸、丁烯二酸、丙烯酸中的一种或多种。

上述一种电缆用聚碳酸酯复合材料，其中，所述的玄武岩纤维长度≤2mm，直径为1-5μm。

上述一种电缆用聚碳酸酯复合材料，其中，所述的玄武岩纤维中包括有重量百分数为0.1-1.5%的纳米氧化铝，纳米氧化铝可以阻挡击穿通道的发展，提高玄武岩纤维的击穿强度；所述的纳米氧化铝的含量必须控制在规定范围内，其用量过大，会导致纳米氧化铝在电场作用中起主导作用，反而降低了玄武岩纤维的击穿强度，用量过少，所起的作用小，对玄武岩纤维的击穿强度增加作用小；优选的，所述的纳米氧化铝的重量百分比为0.5-1.2%。其中，优选的，所述的纳米氧化铝的直径为2-10nm；直径过大，相容性降低，对击穿通道的阻挡作用降低，直径过小，不利于分散。