本发明属于电线制造，特别涉及一种节能防火耐用的铜合金电线。
背景技术：
1、电线电缆是传递电能、信息的基础产品，广泛应用于电能传输、信号传递等用途。电线结构包括导体、护套，其中导体一般由铜铝合金制成，护套材料一般由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、硅橡胶等材料制成。目前聚乙烯电线是产量最大的类型，聚乙烯制备而成的护套，具有化学性质稳定、耐低温性能较好、能抵御大部分酸碱的侵蚀等优点。
2、聚乙烯电线在长期使用过程中，环境中的水分、工作温度、机械力等因素长期作用，会造成护套不可避免地发生老化，老化后的电线会容易造成绝缘失效、电力系统及设备故障。目前聚乙烯护套的老化类型主要分为电老化、热老化、化学老化等，其中以热老化为主。为解决护套的老化问题，现有技术中有使用受阻酚类、亚磷酸酯类等抗氧剂，如申请公布号为cn118290841a的中国发明专利申请公开了一种高阻燃低烟气毒性新能源电缆，其使用的抗氧剂就为受阻酚类抗氧剂。
3、受阻酚类抗氧剂属于小分子抗氧剂，在电线使用过程尤其是高温下工作时，存在容易流失的问题，导致抗老化效果并不理想。目前，现有技术中有较多研究使用纳米材料来提高聚乙烯材料的抗老化性能，相比于受阻酚类抗氧剂，纳米材料抗氧剂不易流失，且抗氧化性能较好。但电线本身作为非常成熟的基础产品，市场竞争尤其是价格竞争十分激烈，受限于纳米材料较高的成本，纳米材料作为抗氧化剂的使用，大部分仅限于理论以及试验研究，难以在产业上规模化应用推广。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种节能防火耐用的铜合金电线，具有抗老化、耐用、制造成本低、具备在产业上推广应用价值的效果。
2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种节能防火耐用的铜合金电线，包括护套、导体，按重量份数计，护套原料包括以下组分，聚乙烯原料95～98份；复合抗氧化剂1～3份；阻燃剂1～3份；复合氧化剂包括氧化铝-氧化镁-复合干凝胶、附着于氧化铝-氧化镁-复合干凝胶的受阻酚类抗氧剂。
3、通过采用上述技术方案：受阻酚类抗氧剂是具有空间受阻结构的酚类化合物，受阻酚类抗氧剂具备抗氧化效率高、化学性质稳定、光稳定性好的优点，因此，本发明选用受阻酚类抗氧剂，起到抗热氧老化的作用。但受阻酚类抗氧剂分子量小，电线工作尤其是在高温环境下工作时，受阻酚类抗氧化剂易挥发。
4、基于上述情形，本发明独创性地研究开发了氧化铝-氧化镁-复合干凝胶，干凝胶又为气凝胶，干凝胶外表呈固态，内部具备孔洞结构。本发明制备的这种新型的金属凝胶材料，其内部具有大量的孔隙结构和基团，能够为受阻酚类抗氧剂提供附着位点，在不影响受阻酚抗氧剂发挥抗热老化功能的同时，能对受阻酚类抗氧剂起到束缚、限制作用，有效地减少了受阻酚类抗氧剂的挥发。
5、本发明的进一步设置为：复合氧化剂制备方法如下：取氯化铝投放到乙醇水溶液内，再与壳聚糖溶胶混匀，加入1,2-环氧丙烷、n,n-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后进行超声处理，待溶胶形成凝胶后，将形成的凝胶室温老化后投放到含有氧化镁粉末的无水乙醇内，搅拌均匀后在室温下静置10～12h，重复搅拌、静置步骤3～5次后，投入受阻酚类抗氧剂并混匀，在40～45℃下干燥后得到复合氧化剂。
6、通过采用上述技术方案，壳聚糖又名脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳素、聚氨基葡萄糖，为类白色粉末，无臭，无味。溶解后的壳聚糖呈凝胶状态，含有羟基、氨基等大量基团，具有良好的吸附能力。
7、本发明先用氯化铝与壳聚糖溶胶制备的到凝胶，再与氧化镁、受阻酚类抗氧剂共同制备复合氧化剂，壳聚糖溶胶与氯化铝溶液先形成壳聚糖-氧化铝复合物，进而制备得到复合干凝胶，氧化镁起到提高干凝胶材料高温稳定性的作用。复合氧化剂内，受阻酚类抗氧剂被复合干凝胶材料有效地吸附住，从而能够有效减少受阻酚类抗氧剂的挥发，使护套的抗热老化性能更为持久，更耐用。
8、本发明的进一步设置为：复合抗氧化剂制备方法中，加入1,2-环氧丙烷、n,n-二甲基甲酰胺的同时加入受阻酚类抗氧剂，再搅拌均匀后超声处理，超声处理时间为6～8min。
9、通过采用上述技术方案，1,2-环氧丙烷为凝胶促进剂，n,n-二甲基甲酰胺为干燥促进剂。在加入1,2-环氧丙烷、n,n-二甲基甲酰胺的同时加入受阻酚类抗氧剂，即意味着受阻酚类抗氧剂的添加次数为两次，第一次添加的受阻酚类抗氧剂被束缚、限制的力度更大，随着电线使用时间的不断延长，第二次添加的受阻酚类抗氧剂不可避免会存在少量流失的情形，第一次添加的受阻酚类抗氧剂会逐步脱离束缚和限制进而发挥更大的抗热老化功效，起到缓慢释放的作用，保障长期服役的电线仍然具备较好的抗热氧老化性能，保障电力系统及电力设备的稳定。
10、本发明的进一步设置为：按重量份数计，取1份壳聚糖分散于30份去离子水中，然后逐滴加入乙酸溶液，再搅拌20～30min，得到壳聚糖溶胶。
11、通过采用上述技术方案，由于壳聚糖为溶于水，几乎不溶于乙醇，因此本发明采用先将壳聚糖分散在去离子水中，再逐滴加入乙酸溶液，经搅拌后得到壳聚糖溶胶，以便制备复合干凝胶。需要指出的是，乙酸的添加量需要根据实际情况来添加适量即可，只需要保证能够得到淡黄色的壳聚糖溶胶即可。
12、本发明的进一步设置为：壳聚糖溶胶内壳聚糖、氯化铝、氧化镁、受阻酚类抗氧剂的质量比为1：4～8：3～6：4～8。
13、本发明的进一步设置为：聚乙烯原料包括ldpe、hdpe，ldpe与hdpe的质量比为20：1。
14、通过采用上述技术方案，聚合物如遇具有侵入性的环境导致开裂，即环境应力开裂。由于电线护套采用的聚乙烯材质，为防止护套在侵入性环境中开裂，因此需要具备较好的耐环境开裂能力。
15、聚乙烯作为结晶度较高的聚合物，同时存在晶区与非晶区结构。聚乙烯晶层间具有两种连接，一种是桥状系带分子，其两端分别连接不同晶层，通过分子间共价键来实现连接。另一种是分子链缠绕。而桥状系带分子与分子量相关。
16、首先，本发明的聚乙烯原料中配置hdpe，hdpe分子量大，赋予聚乙烯桥状系带分子，提高护套的耐环境开裂能力。其次，本发明的氧化铝-氧化镁-复合干凝胶内由于使用了壳聚糖，壳聚糖含有羟基、氨基等大量基团，容易与聚乙烯分子链接触，提高了聚乙烯晶层的分子链解缠的阻力，也能进一步提供护套的耐环境开裂能力，使护套材料以及电线更加耐用。
17、本发明的进一步设置为：阻燃剂为氢氧化铝阻燃剂和/或氢氧化镁阻燃剂。
18、通过采用上述技术方案，电线使用过程中出现短路、过载等情形时，很容易引起电线护套产生过热而燃烧，造成火灾的发生。电线引起的火灾屡见不鲜，非常容易造成生命伤亡以及财产损失。因此，电线需要具备良好的阻燃性能。
19、护套燃烧是一个复杂的物理化学过程，护套过热后其聚合物材料发生降解，降解包括热降解和热氧降解，降解过程中生成可燃气体，可燃气体扩散到气相中并与氧气接触，直至可燃气体达到可燃浓度，并暴露在热源之下，可燃气体温度升高至临界燃烧温度以上，可燃气体被点燃，产生大量热量，这些热量一部分扩散到周围环境中，一部分作用于护套上，使护套继续发生降解反应，从而不断地提供可燃气体。
20、本发明选用的阻燃剂为氢氧化铝阻燃剂、氢氧化镁阻燃剂，均为低烟无卤阻燃剂。氢氧化铝阻燃剂和氢氧化镁阻燃剂同属于金属阻燃剂，受热时分解产生氧化物、大量水蒸汽，水蒸汽稀释可燃气体并形成气体隔离层。分解产生的氧化物在材料表面形成绝热保护层。从而起到阻燃作用。
21、本发明的独特之处在于，第一，复合干凝胶内包含氧化铝、氧化镁这些氧化物，在护套燃烧时能配合金属阻燃剂形成绝热保护层，提高阻燃性能。第二，护套燃烧过程中，受阻酚类抗氧剂由于受到束缚、限制，不易挥发出去，能够在一定程度上延缓热氧降解过程。第三，复合干凝胶热导率较低，且高温稳定性较高，也能起到一定的阻燃作用。
22、本发明的进一步设置为：阻燃剂包括氢氧化铝阻燃剂、氢氧化镁阻燃剂，氢氧化铝阻燃剂与氢氧化铝阻燃剂的质量比为1：1。
23、通过采用上述技术方案，为改善金属阻燃剂的阻燃效果，现有技术中一般由表面改性、超细化法、协效阻燃等思路。协效阻燃又分为添加协效阻燃剂和金属阻燃剂相互配合两种方法来实现。
24、经过研究以及考虑到复合干凝胶的材质，本发明采用金属阻燃剂相互配合的方法来实现协效阻燃，在氢氧化铝阻燃剂与氢氧化铝阻燃剂的质量比为1：1时，本发明能够取得较高的阻燃效果。
25、本发明的进一步设置为：护套制备方法如下：取ldpe颗粒、hdpe颗粒在110℃、转速为80r/min进行密炼，熔融后加入复合抗氧化剂、阻燃剂继续混炼5～10min，再加入dcp混炼3～5min后，通过螺杆挤出机挤出得到护套。
26、本发明的进一步设置为：导体包括内芯、包覆内芯的包覆层，内芯材质为铜铝合金，包覆层材质为铜。
27、通过采用上述技术方案，导体采用包覆拉伸工艺，其内芯采用8030铝合金杆，比普通铝杆抗拉性更好。外层采用铜包覆，避免铝与铜插座开关接触而导致接触点氧化产生短路。
28、本发明的有益效果是：
29、1、本发明选用受阻酚类抗氧剂，受阻酚类抗氧化剂具有具备抗氧化效率高、化学性质稳定、光稳定性好的优点。但由于受阻酚类抗氧剂分子量小，易挥发，因此本发明研究制备了氧化铝-氧化镁-复合干凝胶，这种新型金属凝胶材料具有孔隙结构和大量活性基团，能对受阻酚类抗氧剂起到吸附、束缚、限制的同时，也不影响受阻酚抗氧剂发挥抗氧化作用，有效地减少了电线工作时，尤其在高温环境下工作时受阻酚抗氧剂的挥发，极大地克服了受阻酚类抗氧剂易挥发的不足。
30、2、本发明的氧化铝-氧化镁-复合干凝胶的制备过程中，受阻酚类抗氧剂分为两次添加，氧化铝-氧化镁-复合干凝胶对第一次添加的受阻酚类抗氧剂的限制作用，要大于对第二次添加的受阻酚类抗氧剂的限制作用。因此，第二次添加的受阻酚类抗氧剂在电线长期工作时不可避免地发生挥发时，第一次添加的受阻酚类抗氧剂也能发挥作用，起到分阶段缓释的作用，保障电线长期服役时也能具备较高的抗氧化性能。
31、3、本发明的氧化铝-氧化镁-复合干凝胶，具有孔隙结构，导热系数低，且含有氧化铝、氧化镁，在护套燃烧时能够配合金属阻燃剂起到阻燃作用，有利于金属氧化物绝热隔离层的形成，提高电线的阻燃性能，使电线更防火。
32、4、本发明护套内的阻燃剂选用的低烟无卤的金属阻燃剂，通过金属阻燃剂之间的配合实现协效阻燃，使护套材料具备良好的阻燃性能。
33、5、本发明护套材料通过聚乙烯原料内ldpe和hdpe的配比以及氧化铝-氧化镁-复合干凝胶的作用，能够有效提高护套材料的耐环境开裂能力，使电线更耐用，使用寿命更长。
34、6、相比于使用纳米材料的抗氧化剂，本发明护套材料的原料，如壳聚糖、氧化铝、氧化镁等均易于获取，成本较低，更易于在产业上应用和推广。
1.一种节能防火耐用的铜合金电线，包括导体、护套，其特征在于：按重量份数计，护套原料包括以下组分，聚乙烯原料95~98份；复合抗氧化剂1~3份；阻燃剂1~3份；复合氧化剂包括氧化铝-氧化镁-复合干凝胶、附着于氧化铝-氧化镁-复合干凝胶的受阻酚类抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：复合氧化剂制备方法如下：取氯化铝投放到乙醇水溶液内，再与壳聚糖溶胶混匀，加入1,2-环氧丙烷、n,n-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后进行超声处理，待溶胶形成凝胶后，将形成的凝胶室温老化后投放到含有氧化镁粉末的无水乙醇内，搅拌均匀后在室温下静置10~12h，重复搅拌、静置步骤3~5次后，投入受阻酚类抗氧剂并混匀，在40~45℃下干燥后得到复合氧化剂。
3.根据权利要求1所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：复合抗氧化剂制备方法中，加入1,2-环氧丙烷、n,n-二甲基甲酰胺的同时加入受阻酚类抗氧剂，再搅拌均匀后超声处理，超声处理时间为6~8min。
4.根据权利要求2所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：按重量份数计，取1份壳聚糖分散于30份去离子水中，然后逐滴加入乙酸溶液，再搅拌20~30min，得到壳聚糖溶胶。
5.根据权利要求4所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：壳聚糖溶胶内壳聚糖、氯化铝、氧化镁、受阻酚类抗氧剂的质量比为1：4~8：3~6：4~8。
6.根据权利要求2所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：聚乙烯原料包括ldpe、hdpe，ldpe与hdpe的质量比为20：1。
7.根据权利要求1所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：阻燃剂为氢氧化铝阻燃剂和/或氢氧化镁阻燃剂。
8.根据权利要求7所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：阻燃剂包括氢氧化铝阻燃剂、氢氧化镁阻燃剂，氢氧化铝阻燃剂与氢氧化铝阻燃剂的质量比为1：1。
9.根据权利要求1所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：护套制备方法如下：取ldpe颗粒、hdpe颗粒在110℃、转速为80r/min进行密炼，熔融后加入复合抗氧化剂、阻燃剂继续混炼5~10min，再加入dcp混炼3~5min后，通过螺杆挤出机挤出得到护套。
10.根据权利要求1所述的一种节能防火耐用的铜合金电线，其特征在于：导体包括内芯、包覆内芯的包覆层，内芯材质为铝合金杆，包覆层材质为铜。
