本發明屬于絕緣材料領域，涉及一種電纜料及其制備方法和應用。
背景技術：
目前，世界各國都在大力發展電動汽車，我國更是將其列入到七大戰略性新興產業之中。節能與電動汽車的發展是我國減少石油消耗和降低二氧化碳排放的重要舉措之一，中央和地方各級政府對其發展高度關注，陸續出臺了各種扶持培育政策，為電動汽車的發展營造了良好的政策環境。近年來，我國電動汽車產業在行業標準、產業聯盟、企業布局、技術研發等方面也取得了明顯進展，有望肩負起中國汽車工業“彎道超車”的歷史重任。
電線電纜是電動汽車的重要部件之一，電動汽車的動力系統、控制系統和安全系統都是通過電傳輸完成的，電線電纜的可靠性對行車安全至關重要。目前對于電動汽車內部使用高壓線纜的國家標準還沒有出臺，國內各電纜廠家參考標準不一致，導致國內電動汽車車內高壓線纜質量參差不齊。近年來發生的電動汽車安全事故，其中相當一部分事故原因是線纜的開裂造成的。電動汽車內高壓電纜的開裂一方面是因為電纜的抗撕裂強度不夠，在車內小于5d的彎曲半徑下長時間的應力引起的；另一方面是材料的耐溫等級不夠，長時間高溫引起的(比如市場上常用的tpe材料)。為了防止電動汽車車內高壓線纜的開裂，研發耐撕裂交聯型無鹵電動汽車車內線纜材料對電動汽車行業的發展有極大的促進作用。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種電纜料及其制備方法和應用，所述電纜料具有高耐撕裂性、高耐磨性、高耐溫等級、較好的絕緣性、良好的阻燃性、耐油性和耐寒性。
為達到上述目的，本發明提供一下技術方案：
本發明目的之一在于提供一種電纜料，所述電纜料的制備原料按重量份數計包括：
其中，三元乙丙橡膠的質量份可以是10份、12份、15份、18份、20份、22份、25份、28份或30份等，乙烯-醋酸乙烯共聚物的質量份可以是5份、6份、7份、8份、9份或10份等，聚氨酯的質量份可以是2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等，改性羥基磷灰石納米晶須的質量分可以是2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等，無機阻燃填料50份、52份、55份、58份、60份、62份或65份等，助劑的質量份可以是4.2份、4.5份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等，但并不僅限于所列舉的數值，上述各數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發明優選的技術方案，所述三元乙丙橡膠的合成單體為乙烯、丙烯和乙叉降冰片烯。
優選地，所述乙烯與所述丙烯的質量比為(60～70):(30～40)，如60:30、61:31、62:32、63:33、64:34、65:35、66:36、67:37、68:38、69:39或70:40等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述三元乙丙橡膠的合成單體中所述乙叉降冰片烯的質量百分含量為1～3％，如1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％或3％等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述三元乙丙橡膠的數均分子量為5～15萬，如5萬、6萬、7萬、8萬、9萬、10萬、11萬、12萬、13萬、14萬或15萬等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
其中，所述三元乙丙橡膠的門尼粘度為30～70，邵氏a硬度為20～50。所述門尼粘度可以是30、40、50、60或70等，所述邵氏a硬度可以是20、25、30、35、40、45或50等，但并不僅限于所列舉的數值，上述各數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
三元乙丙橡膠具有良好的化學穩定性和絕緣性，且耐老化、耐磨、耐油；但其用量過多時會使成本上升，且相應影響其他基體材料性能的體現；用量過少時則會使制得的電纜料絕緣性、柔韌性等性能降低。
作為本發明優選的技術方案，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的質量半分含量為30～35％，如30％、30.5％、31％、31.5％、32％、32.5％、33％、33.5％、34％、34.5％或35％等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述聚氨酯包括聚酯型聚氨酯和/或聚醚型聚氨酯。
作為本發明優選的技術方案，所述改性羥基磷灰石納米晶須的直徑為0.2-5μm，如0.2μm、0.3μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm或5μm等，但并不僅限于所列舉的數值，上述各數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述改性羥基磷灰石納米晶須的長度為1～20μm，如1μm、2μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm或20μm等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
其中，在上述改性羥基磷灰石納米晶須規定的直徑和長度范圍內，所述改性羥基磷灰石納米晶須的長徑比≥5，如5、6、7、8、9或10等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發明優選的技術方案，所述無機阻燃填料為氫氧化鋁和/或氫氧化鎂。
優選地，所述氫氧化鋁為經過表面活化處理的氫氧化鋁。
優選地，所述氫氧化鎂為經過表面活化處理的氫氧化鎂。
其中，無機阻燃填料兼具填料和阻燃劑的作用；其用量過多時，會使制得的電纜料加工性能和機械強度下降，柔韌性下降；用量過少時，會使制得的電纜料的阻燃性下降。
作為本發明優選的技術方案，所述助劑包括抗氧劑、潤滑劑、交聯劑和相容劑。
優選地，所述抗氧劑包括2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、雙(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)硫醚或四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實例有：2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和雙(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)硫醚的組合、雙(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)硫醚和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯的組合、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚的組合或2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、雙(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)硫醚和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯的組合等。
優選地，所述抗氧劑的質量分為2～5份，如2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述潤滑劑包括為硅酮粉和/或硅酮母粒。
優選地，所述潤滑劑的質量份為2～5份，如2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述交聯劑包括三烯丙基異氰脲酸酯和/或三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
優選地，所述交聯劑的質量份為0.1～2份，如0.1份、0.2份、0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份或2份等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，所述相容劑包括硬脂酸和/或硬脂酸改性的母粒。
優選地，所述相容劑的質量份為0.1～2份，如0.1份、0.2份、0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份或2份等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
本發明選用硬脂酸改性的羥基磷灰石晶須作為填充劑，這種晶須的加入大大提高了材料的抗撕裂強度和抗張強度。在材料開裂時緊靠裂紋尖端處存在晶須與基體界面的開裂區域。在此區域，晶須把裂紋橋接起來，在裂紋表面上施加閉合應力，減小裂紋尖端所承受到的力，抑制裂紋繼續擴展，達到增韌的作用。同樣在裂紋擴展過程中，由剪切應力引起晶須拔出。晶須從基體中被拔出消耗能量，材料抗張強度提高。晶須與基體材料的界面強度是晶須增韌的關鍵。本發明采用了硬脂酸改性的羥基磷灰石晶須，這種晶須相對于未改性的晶須有很好的界面活性，增大了晶須與基體材料的界面力，這使得晶須的增韌效果進一步加大。
本發明目的之二在于提供一種上述電纜料的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將所有原料加入到密煉機中密煉，得到料團；
(2)將步驟(1)得到的料團通過第一擠出機擠出造粒，得到料粒；
(3)將步驟(2)得到的料粒通過第二擠出機擠出，得到線材；
(4)將步驟(3)得到的線材進行輻照交聯，得到所述電纜料。
作為本發明優選的技術方案，步驟(1)所述密煉機溫度達到160～180℃時停止密煉，如160℃、162℃、165℃、168℃、170℃、172℃、175℃、178℃或180℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
其中，所述密煉機溫度達到125～135℃后，翻轉物料，密煉停止前將料倉和加料口清理干凈，如125℃、128℃、130℃、133℃或135℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。翻轉物料可使其均勻受熱，保證制得的電纜料性質均一；清理料倉和加料口是為了防止密煉得到的料團中混入雜質或生料，導致制得的電纜料中存在缺陷，從而影響電纜料的性能。
優選地，步驟(1)所述密煉的時間為15～25min，如15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min或25min等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
作為本發明優選的技術方案，步驟(2)所述第一擠出機的加料區溫度為115～120℃，如115℃、116℃、117℃、118℃、119℃或120℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(2)所述第一擠出機的輸送區溫度為115～120℃，如115℃、116℃、117℃、118℃、119℃或120℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(2)所述第一擠出機的加熱區溫度為120～125℃，如120℃、121℃、122℃、123℃、124℃或125℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(2)所述第一擠出機的機頭溫度為125～130℃，如125℃、126℃、127℃、128℃、129℃或130℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
有限地，步驟(3)所述第二擠出機的加料區溫度為150～160℃，如151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃或160℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(3)所述第二擠出機的輸送區溫度為165～175℃，如165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃或175℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(3)所述第二擠出機的加熱區溫度為165～175℃，如165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃或175℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(3)所述第二擠出機的機頭溫度為170～180℃，如170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
優選地，步驟(4)所述輻照通過電子加速器進行。
優選地，所述輻照的劑量為5～15mrad，如5mrad、6mrad、7mrad、8mrad、9mrad、10mrad、11mrad、12mrad、13mrad、14mrad或15mrad等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
輻照會使高分子材料發生降解或交聯，本發明提供的電纜料可以使用輻照交聯的方法制備；輻照劑量過低時，電纜料的交聯密度較低，會使制得的電纜料的力學性能下降；輻照劑量過高時，電纜料會因過度交聯而變脆，材料的抗撕裂強度下降。
本發明目的之三在于提供一種上述電纜料的應用，所述電纜料用于電動汽車車內高壓線絕緣材料。
與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：
(1)本發明提供一種電纜料，所述電纜料的抗張強度為11～14mpa，斷裂伸長率為300～500％，抗撕裂強度大于25n/mm，具有較高的柔韌性；
(2)本發明提供一種電纜料，所述電纜料的體積電阻率為(1-8.5)×1015ω·m，具有較好的絕緣性；
(3)本發明提供一種電纜料，所述電纜料能通過單根垂直燃燒試驗，氧指數為30-33％，具有良好的阻燃性；
(4)本發明提供一種電纜料，所述電纜料在汽油、柴油或機油中浸泡20h，外徑變化率≤12％，具有耐油性；
(5)本發明提供一種電纜料，所述電纜料可在-40℃低溫彎曲試驗和-40℃低溫沖擊試驗中保持無裂痕，不擊穿，耐寒性良好；
(6)本發明提供一種電纜料，所述電纜料在150℃熱老化168h后，抗張強度變化率≤17％，斷裂伸長變化率≤16％，仍能保持良好的力學性能，具有良好的耐熱老化性；
(7)本發明提供一種電纜料的制備方法，所述制備方法工藝簡單，可用于工業化生產。
具體實施方式
為便于理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。
實施例1
一種電纜料的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將20份三元乙丙橡膠、8份乙烯-醋酸乙烯共聚物、4份聚酯型聚氨酯、5份改性羥基磷灰石納米晶須、55份表面活化處理的氫氧化鋁、3份2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、3份硅酮粉、1份三烯丙基異氰脲酸酯以及1份硬脂酸加入到密煉機中密煉，密煉機溫度達到125℃后，翻轉物料，密煉停止前將料倉和加料口清理干凈，溫度達到160℃時密煉停止，密煉時間為25分鐘，得到料團；
(2)將步驟(1)得到的料團通過第一擠出機擠出造粒，第一擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區115℃、輸送區120℃、加熱區120℃、機頭130℃，得到料粒；
(3)將步驟(2)得到的料粒通過第二擠出機擠出，第二擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區150℃、輸送區165℃、加熱區165℃、機頭170℃，得到線材；
(4)將步驟(3)得到的線材進行輻照交聯，輻照劑量為5mrad，得到所述電纜料。
其中，所述三元乙丙橡膠的分子量為5萬，門尼粘度為30，邵氏a硬度為20。
實施例2
一種電纜料的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將15份三元乙丙橡膠、10份乙烯-醋酸乙烯共聚物、5份聚醚型聚氨酯、8份改性羥基磷灰石納米晶須、55份表面活化處理的氫氧化鎂、2份雙(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)硫醚、3份硅酮母粒、1份三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以及1份硬脂酸改性的母粒加入到密煉機中密煉，密煉機溫度達到128℃后，翻轉物料，密煉停止前將料倉和加料口清理干凈，溫度達到165℃時密煉停止，密煉時間為20分鐘，得到料團；
(2)將步驟(1)得到的料團通過第一擠出機擠出造粒，第一擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區117℃、輸送區118℃、加熱區123℃、機頭128℃，得到料粒；
(3)將步驟(2)得到的料粒通過第二擠出機擠出，第二擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區153℃、輸送區167℃、加熱區168℃、機頭175℃，得到線材；
(4)將步驟(3)得到的線材進行輻照交聯，輻照劑量為5mrad，得到所述電纜料。
其中，所述三元乙丙橡膠的分子量為10萬，門尼粘度為40，邵氏a硬度為30。
實施例3
一種電纜料的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將13份三元乙丙橡膠、10份乙烯醋酸乙烯共聚物、5份聚酯型聚氨酯、10份改性羥基磷灰石納米晶須、55份表面活化處理的氫氧化鋁、3份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2份硅酮粉、1份三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以及1份硬脂酸加入到密煉機中密煉，密煉機溫度達到130℃后，翻轉物料，密煉停止前將料倉和加料口清理干凈，溫度達到170℃時密煉停止，密煉時間為15分鐘，得到料團；
(2)將步驟(1)得到的料團通過第一擠出機擠出造粒，第一擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區120℃、輸送區120℃、加熱區125℃、機頭130℃，得到料粒；
(3)將步驟(2)得到的料粒通過第二擠出機擠出，第二擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區155℃、輸送區170℃、加熱區170℃、機頭178℃，得到線材；
(4)將步驟(3)得到的線材進行輻照交聯，輻照劑量為8mrad，得到所述電纜料。
其中，所述三元乙丙橡膠的分子量為15萬，門尼粘度為70，邵氏a硬度為50。
實施例4
一種電纜料的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將30份三元乙丙橡膠、10份乙烯-醋酸乙烯共聚物、5份聚酯型聚氨酯、10份改性羥基磷灰石納米晶須、65份表面活化處理的氫氧化鋁、5份四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、5份硅酮粉、2份三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以及2份硬脂酸加入到密煉機中密煉，密煉機溫度達到135℃后，翻轉物料，密煉停止前將料倉和加料口清理干凈，溫度達到180℃時密煉停止，密煉時間為15分鐘，得到料團；
(2)將步驟(1)得到的料團通過第一擠出機擠出造粒，第一擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區120℃、輸送區120℃、加熱區125℃、機頭130℃，得到料粒；
(3)將步驟(2)得到的料粒通過第二擠出機擠出，第二擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區160℃、輸送區175℃、加熱區175℃、機頭180℃，得到線材；
(4)將步驟(3)得到的線材進行輻照交聯，輻照劑量為15mrad，得到所述電纜料。
其中，所述三元乙丙橡膠的分子量為15萬，門尼粘度為70，邵氏a硬度為50。
實施例5
一種電纜料的制備方法，所述方法包括以下步驟：
(1)將10份三元乙丙橡膠、5份乙烯-醋酸乙烯共聚物、2份聚酯型聚氨酯、2份改性羥基磷灰石納米晶須、50份表面活化處理的氫氧化鎂、2份2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2份硅酮粉、0.1份三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以及0.1份硬脂酸加入到密煉機中密煉，密煉機溫度達到125℃后，翻轉物料，密煉停止前將料倉和加料口清理干凈，溫度達到170℃時密煉停止，密煉時間為15分鐘，得到料團；
(2)將步驟(1)得到的料團通過第一擠出機擠出造粒，第一擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區115℃、輸送區115℃、加熱區120℃、機頭125℃，得到料粒；
(3)將步驟(2)得到的料粒通過第二擠出機擠出，第二擠出機各個區的工作溫度分別為：加料區150℃、輸送區165℃、加熱區165℃、機頭170℃，得到線材；
(4)將步驟(3)得到的線材進行輻照交聯，輻照劑量為12mrad，得到所述電纜料。
其中，所述三元乙丙橡膠的分子量為5萬，門尼粘度為30，邵氏a硬度為20。
對比例1
一種電纜料的制備方法，所述方法除了步驟(1)加入的表面活化處理的氫氧化鋁為60份且不加入改性羥基磷灰石納米晶須外，其他條件均與實施例1相同。
對比例2
一種電纜料的制備方法，所述方法除了步驟(1)加入的表面活化處理的氫氧化鋁為30份外，其他條件均與實施例1相同。
對比例3
一種電纜料的制備方法，所述方法除了步驟(1)加入的表面活化處理的氫氧化鋁為80份外，其他條件均與實施例1相同。
對比例4
一種電纜料的制備方法，所述方法除了步驟(1)不加入1份三烯丙基異氰脲酸酯以及1份硬脂酸外，其他條件均與實施例1相同。
上述實施例2，3所用經過表面活化處理的氫氧化鋁的來源為德國馬丁公司，型號martinal(r)ol-104i；經過表面活化處理的氫氧化鎂的來源為美國雅寶公司，型號為h-5iv。
上述實施例1-5和對比例1-4制得的電纜料的性能數據及測試標準如下表1所示。
表1
根據表1可以看出，實施例1-5制備得到的電纜料的抗張強度可達11.5～13.4mpa，斷裂伸長率可達315～431％，抗撕裂強度26～32n/mm，體積電阻率為4.2～6.7×1015ω·m，可通過單根垂直燃燒試驗，氧指數在31～33％，在汽油、柴油和機油中浸泡20h，外徑變化率小于12％，在-40℃進行彎曲試驗和沖擊試驗無裂痕不擊穿，且在150℃下放置168h，抗張強度變化率在+11～17％，而斷裂伸長變化率在-4～16％，上述數據證明實施例1-5制備得到的電纜料具有高耐撕裂性、高耐磨性、高耐溫等級、較好的絕緣性、良好的阻燃性、耐油性和耐寒性。
對比例1為添加改性羥基磷灰石納米晶須，導致電纜料的耐撕裂性以及絕緣性均有所下降，對比例2表面活化處理的氫氧化鋁的添加量小于規定值，導致電纜料的阻燃性能下降，對比例3活化處理的氫氧化鋁的添加量大于規定值，導致電纜料的絕緣性大幅下降，對比例4不加入1份三烯丙基異氰脲酸酯以及1份硬脂酸，導致電纜料的耐撕裂性下降。
申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。