本發(fā)明涉及一種鋁合金電力電纜，特別涉及一種抗長期紫外老化的鋁合金電線。
背景技術：
目前的電線電纜行業(yè)中主導產(chǎn)品是銅芯電纜，這種電纜原料價格高，資源短缺，并且銅合金還有一些缺陷，比如造價較高、機械性能較差等。而鋁礦資源和稀土資源相對較為豐富，為了緩解銅資源的緊張局面，利用鋁合金等材料制作高性能的電纜可以作為一種很好的解決方案。鋁合金的導電率是最常用基準材料銅IACS的61.8％，載流量是銅的79％，優(yōu)于純鋁標準。在同樣體積下，鋁合金的實際重量大約是銅的三分之一，因此，相同載流量時鋁合金電纜的重量大約是銅纜的一半。采用鋁合金電纜取代銅纜，可以減輕電纜重量，降低安裝成本，減少設備和電纜的磨損，使安裝工作更輕松。鋁合金電力電纜所具備的良好的機械性能和電性能，使得它可以廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域，如普通民宅、高層建筑、電梯、大小型超市商場、地鐵、機場、車站、醫(yī)院、銀行、寫字樓、賓館酒店、郵政電信大樓、展覽館、圖書館、博物館、古代建筑、學校、電力大樓、公共娛樂場所、隧道、地下建筑、倉庫等，還可以用于冶金、鋼鐵、焦炭、煤礦、電廠、輸變電站、造船、石油、化工、醫(yī)藥、核電站、航空航天、軍事、造紙等行業(yè)，以及家電、汽車、公共交通設施等等。
戶外環(huán)境使用的鋁合金電線，面臨著長期紫外輻射和高溫的共同侵蝕，導致電纜表面開裂變形，嚴重影響著鋁合金電線的使用壽命。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種抗長期紫外老化的鋁合金電線，在戶外具有優(yōu)異的抗紫外老化性能，使用壽命長。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
一種抗長期紫外老化的鋁合金電線，由內(nèi)至外依次包括鋁合金導體、交聯(lián)聚乙烯絕緣層及PVC護套，按重量份計，所述PVC護套由以下組分混合制成：PVC樹脂100份，三元乙丙橡膠15-20份，耐熱增強劑10-15份，聚異丁烯5-10份，煅燒陶土20-30份，硬脂酸1-3份，石蠟油10-15份，熱穩(wěn)定劑1-2份，光穩(wěn)定劑1-3份，抗氧劑1-2份，增韌劑5-8份，紫外防護劑0.5-1份。
作為優(yōu)選，所述耐熱增強劑為納米二氧化鈦與凹凸棒土的混合物經(jīng)改性處理后而得，其中納米二氧化鈦與凹凸棒土質(zhì)量比為0.3-0.5:1。
本發(fā)明在材料中特別添加耐熱增強劑，納米二氧化鈦主要起到耐熱作用，同時納米二氧化鈦還是一種高效遮光劑，能增強抗紫外能力，凹凸棒土對材料體系有明顯增強和增韌作用，本發(fā)明將納米二氧化鈦與凹凸棒土配合，協(xié)同發(fā)揮作用，并進行特定的改性處理，使得耐熱增強劑對材料的耐熱及增強、增韌作用明顯提升，從而大大提升了產(chǎn)品的使用壽命。
煅燒陶土為補強材料，三元乙丙橡膠、聚異丁烯提供耐熱抗老化性能。
作為優(yōu)選，所述耐熱增強劑的具體制備步驟如下：
(1)將凹凸棒土在420-440℃下煅燒100-120min，冷卻后，粉碎，過篩得凹凸棒粉；
(2)將凹凸棒粉與納米二氧化鈦混勻后得混合物；
(3)將混合物與質(zhì)量濃度10-15％的二甲基亞砜溶液中，攪拌混合均勻得混合物分散液；
(4)向混合物分散液中加入酸溶液攪拌混勻后，超聲處理15-25min，過濾，分別用水和無水乙醇洗滌，然后在75-85下真空干燥2-4h得初級改性物；
(5)將質(zhì)量濃度為35-45％的鈦酸酯偶聯(lián)劑無水乙醇溶液與初級改性物混合25-35min，然后再加入質(zhì)量濃度為40-50％硅烷偶聯(lián)劑KH570的無水乙醇溶液混合35-45min，然后80-90℃下真空干燥30-60min，粉碎后得耐熱增強劑。
通過將混合物加入二甲基亞砜溶液中，能夠使得混合物分散均勻，這樣利于后續(xù)的酸溶液氧化改性。酸溶液能夠使得納米二氧化鈦、凹凸棒土親水性降低，親油性增加，從而提高納米二氧化鈦、凹凸棒土與PVC樹脂的結(jié)合力。初級改性物由于顆粒較細，容易團聚，這樣不利于后續(xù)加工，且對復合材料的性能有較大影響。發(fā)明人通過長期的實驗研究后發(fā)現(xiàn)，先通過使用鈦酸酯偶聯(lián)劑對初級改性物進行第一次表面處理，后再通過添加硅烷偶聯(lián)劑對處理過的初級改性物進行第二次表面處理，這樣能有效解決初級改性物團聚的問題，使硅烷偶聯(lián)劑有效的包裹初級改性物，進一步的防止了初級改性物的團聚，為與PVC樹脂的混合做好了有效的鋪墊作用，由于偶聯(lián)劑的處理，初級改性物與PVC樹脂混合的更均勻，結(jié)合強度更好，形成的復合材料成分均勻，力學性能佳。鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑均配成無水乙醇溶液的形式添加，這樣與初級改性物的混合均勻性好，起效好。
作為優(yōu)選，步驟(3)中質(zhì)量濃度10-15％的二甲基亞砜溶液用量為每克混合物使用10-15mL。
作為優(yōu)選，步驟(4)中所述酸溶液為質(zhì)量濃度為5-10％的硝酸溶液與質(zhì)量濃度為10-15％的乙酸溶液按照1:3-5體積比的混合物。本發(fā)明的特定酸溶液是針對凹凸棒土、納米二氧化鈦的改性設計的，能夠使得納米二氧化鈦、凹凸棒土親水性降低，親油性增加，從而提高納米二氧化鈦、凹凸棒土與氯化丁基橡膠的結(jié)合力。
作為優(yōu)選，步驟(5)中鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量為初級改性物重量的0.3-0.5％，硅烷偶聯(lián)劑KH570的用量為初級改性物重量的1-1.5％。
作為優(yōu)選，所述熱穩(wěn)定劑選自二甲基氯化錫、二月桂酸二丁基錫、甲基硫醇錫、馬來酸二丁基錫中的一種或幾種；所述抗氧劑選自抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑168中的一種或幾種。
作為優(yōu)選，所述光穩(wěn)定劑選自受阻胺類光穩(wěn)定劑Tinuvin 622、Tinuvin 770、chimassorb 944中的一種或幾種。
作為優(yōu)選，所述紫外防護劑按質(zhì)量百分比計由以下組分混合而成：納米硫酸鋇粉40-70％，納米氧化鋅粉30-60％；紫外防護劑預處理后使用，預處理方法為：將質(zhì)量濃度為50-60％的鈦酸酯偶聯(lián)劑無水乙醇溶液與紫外防護劑混合10-30min，鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為紫外防護劑重量的0.5-1％，然后再加入質(zhì)量濃度為50-60％的硅烷偶聯(lián)劑KH560無水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，硅烷偶聯(lián)劑KH560用量為紫外防護劑重量的1-1.5％。
納米硫酸鋇具有較強的抵抗紫外線作用，可以反射電磁波，起到防輻射的作用。添加的納米氧化鋅具有抗紫外線作用，同時，納米氧化鋅還能消炎殺菌，防止細菌在材料表面滋生，本發(fā)明將納米硫酸鋇粉、納米氧化鋅粉混合在一起，協(xié)同發(fā)揮作用，大大提高了材料的抗長期紫外老化性能。
紫外防護劑由于顆粒較細，容易團聚，這樣不利于后續(xù)加工，且對復合材料的性能有較大影響。發(fā)明人通過長期的實驗研究后發(fā)現(xiàn)，先通過使用鈦酸酯偶聯(lián)劑對紫外防護劑進行第一次表面處理，后再通過添加硅烷偶聯(lián)劑對處理過的紫外防護劑進行第二次表面處理，這樣能有效解決紫外防護劑團聚的問題，使硅烷偶聯(lián)劑有效的包裹紫外防護劑，進一步的防止了紫外防護劑的團聚，為后續(xù)與PVC的混合做好了有效的鋪墊作用，由于偶聯(lián)劑的處理，紫外防護劑與高密度聚乙烯混合的更均勻，結(jié)合強度更好，形成的復合材料成分均勻，力學性能佳。
作為優(yōu)選，所述增韌劑為改性竹纖維，改性竹纖維制備方法為：將竹纖維加水調(diào)節(jié)含水量至65-70％，再在竹纖維上噴灑均勻噴灑EM菌液，EM菌液用量為竹纖維重量的3-5％，建堆發(fā)酵，在溫度25-28℃的環(huán)境溫度下，發(fā)酵3-5天，發(fā)酵后的竹纖維放75-85℃下干燥至水分含量在3％以下。采用EM發(fā)酵竹纖維，能減少竹纖維中纖維素游離羥基數(shù)量，增強同PVC樹脂的結(jié)合強度。
本發(fā)明的有益效果是：在戶外具有優(yōu)異的抗紫外老化性能，使用壽命長，護套材料的機械性能良好。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、鋁合金導體，2、聯(lián)聚乙烯絕緣層，3、PVC護套。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的具體說明。
本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設備等均可從市場購得或是本領域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規(guī)方法。
實施例1：
如圖1所示的一種抗長期紫外老化的鋁合金電線，由內(nèi)至外依次包括鋁合金導體1、交聯(lián)聚乙烯絕緣層2及PVC護套3，按重量份計，所述PVC護套由以下組分混合制成：PVC樹脂100份，三元乙丙橡膠15份，耐熱增強劑10份，聚異丁烯5份，煅燒陶土20份，硬脂酸1份，石蠟油10份，熱穩(wěn)定劑(二甲基氯化錫)1份，光穩(wěn)定劑(Tinuvin 622)1份，抗氧劑(抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑168)1份，增韌劑5份，紫外防護劑0.5份。所述耐熱增強劑為納米二氧化鈦與凹凸棒土的混合物經(jīng)改性處理后而得，其中納米二氧化鈦與凹凸棒土質(zhì)量比為0.3:1。耐熱增強劑的具體制備步驟如下：
(1)將凹凸棒土在420℃下煅燒120min，冷卻后，粉碎，過篩得凹凸棒粉。
(2)將凹凸棒粉與納米二氧化鈦混勻后得混合物。
(3)將混合物與質(zhì)量濃度10％的二甲基亞砜溶液中，攪拌混合均勻得混合物分散液；質(zhì)量濃度10％的二甲基亞砜溶液用量為每克混合物使用15mL。
(4)向混合物分散液中加入酸溶液攪拌混勻后，超聲處理15min，過濾，分別用水和無水乙醇洗滌，然后在75下真空干燥4h得初級改性物；所述酸溶液為質(zhì)量濃度為5％的硝酸溶液與質(zhì)量濃度為15％的乙酸溶液按照1:3體積比的混合物。
(5)將質(zhì)量濃度為35％的鈦酸酯偶聯(lián)劑無水乙醇溶液與初級改性物混合25min，然后再加入質(zhì)量濃度為40％硅烷偶聯(lián)劑KH570的無水乙醇溶液混合35min，然后80℃下真空干燥60min，粉碎后得耐熱增強劑。鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量為初級改性物重量的0.3％，硅烷偶聯(lián)劑KH570的用量為初級改性物重量的1％。
所述紫外防護劑按質(zhì)量百分比計由以下組分混合而成：納米硫酸鋇粉40％，納米氧化鋅粉60％；紫外防護劑預處理后使用，預處理方法為：將質(zhì)量濃度為50％的鈦酸酯偶聯(lián)劑無水乙醇溶液與紫外防護劑混合10min，鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為紫外防護劑重量的0.5％，然后再加入質(zhì)量濃度為50％的硅烷偶聯(lián)劑KH560無水乙醇溶液混合10min，然后80℃下真空干燥60min，硅烷偶聯(lián)劑KH560用量為紫外防護劑重量的1％。
所述增韌劑為改性竹纖維，改性竹纖維制備方法為：將竹纖維加水調(diào)節(jié)含水量至65％，再在竹纖維上噴灑均勻噴灑EM菌液(市售)，EM菌液用量為竹纖維重量的3％，建堆發(fā)酵，在溫度25℃的環(huán)境溫度下，發(fā)酵5天，發(fā)酵后的竹纖維放75℃下干燥至水分含量在3％以下。
實施例2：
如圖1所示的一種抗長期紫外老化的鋁合金電線，由內(nèi)至外依次包括鋁合金導體1、交聯(lián)聚乙烯絕緣層2及PVC護套3，按重量份計，所述PVC護套由以下組分混合制成：PVC樹脂100份，三元乙丙橡膠20份，耐熱增強劑15份，聚異丁烯10份，煅燒陶土30份，硬脂酸3份，石蠟油15份，熱穩(wěn)定劑(甲基硫醇錫)2份，光穩(wěn)定劑(Tinuvin 770)3份，抗氧劑(抗氧劑1076)2份，增韌劑8份，紫外防護劑1份。
所述耐熱增強劑為納米二氧化鈦與凹凸棒土的混合物經(jīng)改性處理后而得，其中納米二氧化鈦與凹凸棒土質(zhì)量比為0.5:1。耐熱增強劑的具體制備步驟如下：
(1)將凹凸棒土在440℃下煅燒100min，冷卻后，粉碎，過篩得凹凸棒粉。
(2)將凹凸棒粉與納米二氧化鈦混勻后得混合物。
(3)將混合物與質(zhì)量濃度15％的二甲基亞砜溶液中，攪拌混合均勻得混合物分散液；質(zhì)量濃度15％的二甲基亞砜溶液用量為每克混合物使用10mL。
(4)向混合物分散液中加入酸溶液攪拌混勻后，超聲處理25min，過濾，分別用水和無水乙醇洗滌，然后在85下真空干燥2h得初級改性物；所述酸溶液為質(zhì)量濃度為10％的硝酸溶液與質(zhì)量濃度為10％的乙酸溶液按照1:5體積比的混合物。
(5)將質(zhì)量濃度為45％的鈦酸酯偶聯(lián)劑無水乙醇溶液與初級改性物混合35min，然后再加入質(zhì)量濃度為50％硅烷偶聯(lián)劑KH570的無水乙醇溶液混合45min，然后90℃下真空干燥30min，粉碎后得耐熱增強劑。鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量為初級改性物重量的0.5％，硅烷偶聯(lián)劑KH570的用量為初級改性物重量的1.5％。
所述紫外防護劑按質(zhì)量百分比計由以下組分混合而成：納米硫酸鋇粉70％，納米氧化鋅粉30％；紫外防護劑預處理后使用，預處理方法為：將質(zhì)量濃度為60％的鈦酸酯偶聯(lián)劑無水乙醇溶液與紫外防護劑混合30min，鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為紫外防護劑重量的1％，然后再加入質(zhì)量濃度為60％的硅烷偶聯(lián)劑KH560無水乙醇溶液混合30min，然后100℃下真空干燥30min，硅烷偶聯(lián)劑KH560用量為紫外防護劑重量的1.5％。
所述增韌劑為改性竹纖維，改性竹纖維制備方法為：將竹纖維加水調(diào)節(jié)含水量至70％，再在竹纖維上噴灑均勻噴灑EM菌液(市售)，EM菌液用量為竹纖維重量的5％，建堆發(fā)酵，在溫度28℃的環(huán)境溫度下，發(fā)酵3天，發(fā)酵后的竹纖維放85℃下干燥至水分含量在3％以下。
實施例3：
如圖1所示的一種抗長期紫外老化的鋁合金電線，由內(nèi)至外依次包括鋁合金導體1、交聯(lián)聚乙烯絕緣層2及PVC護套3，按重量份計，所述PVC護套由以下組分混合制成：PVC樹脂100份，三元乙丙橡膠18份，耐熱增強劑12份，聚異丁烯8份，煅燒陶土25份，硬脂酸2份，石蠟油12份，熱穩(wěn)定劑(馬來酸二丁基錫)1-2份，光穩(wěn)定劑(Tinuvin 770)1-3份，抗氧劑(抗氧劑168)1.5份，增韌劑7份，紫外防護劑0.8份。
所述耐熱增強劑為納米二氧化鈦與凹凸棒土的混合物經(jīng)改性處理后而得，其中納米二氧化鈦與凹凸棒土質(zhì)量比為0.4:1。耐熱增強劑的具體制備步驟如下：
(1)將凹凸棒土在430℃下煅燒110min，冷卻后，粉碎，過篩得凹凸棒粉。
(2)將凹凸棒粉與納米二氧化鈦混勻后得混合物。
(3)將混合物與質(zhì)量濃度12％的二甲基亞砜溶液中，攪拌混合均勻得混合物分散液；質(zhì)量濃度12％的二甲基亞砜溶液用量為每克混合物使用12mL。
(4)向混合物分散液中加入酸溶液攪拌混勻后，超聲處理20min，過濾，分別用水和無水乙醇洗滌，然后在80下真空干燥3h得初級改性物；所述酸溶液為質(zhì)量濃度為7％的硝酸溶液與質(zhì)量濃度為12％的乙酸溶液按照1:4體積比的混合物。
(5)將質(zhì)量濃度為40％的鈦酸酯偶聯(lián)劑無水乙醇溶液與初級改性物混合30min，然后再加入質(zhì)量濃度為45％硅烷偶聯(lián)劑KH570的無水乙醇溶液混合40min，然后85℃下真空干燥40min，粉碎后得耐熱增強劑。鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量為初級改性物重量的0.4％，硅烷偶聯(lián)劑KH570的用量為初級改性物重量的1.2％。
所述紫外防護劑按質(zhì)量百分比計由以下組分混合而成：納米硫酸鋇粉50％，納米氧化鋅粉50％；紫外防護劑預處理后使用，預處理方法為：將質(zhì)量濃度為55％的鈦酸酯偶聯(lián)劑無水乙醇溶液與紫外防護劑混合20min，鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為紫外防護劑重量的0.8％，然后再加入質(zhì)量濃度為55％的硅烷偶聯(lián)劑KH560無水乙醇溶液混合20min，然后90℃下真空干燥50min，硅烷偶聯(lián)劑KH560用量為紫外防護劑重量的1.2％。
所述增韌劑為改性竹纖維，改性竹纖維制備方法為：將竹纖維加水調(diào)節(jié)含水量至65％，再在竹纖維上噴灑均勻噴灑EM菌液(市售)，EM菌液用量為竹纖維重量的4％，建堆發(fā)酵，在溫度27℃的環(huán)境溫度下，發(fā)酵4天，發(fā)酵后的竹纖維放80℃下干燥至水分含量在3％以下。
本發(fā)明的PVC護套材料在0.6W/m2，340nm紫外光老化6000小后斷裂伸長率保持率＞70％。本發(fā)明的PVC護套材料的拉伸強度＞25MPa，斷裂伸長率＞350％，經(jīng)136℃×168h熱空氣老化后，拉伸強度保持率＞97％，斷裂伸長率保持率＞97％。經(jīng)1000小時的人工氣候老化試驗后，拉伸強度變化率為25±1％，斷裂伸長率變化率為27±1％。
以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。