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CN102250409A - 一种协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料及其制备方法 - Google Patents

一种协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，该电缆料的配方包括以下几种原料及重量分数：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20％～30％，线性低密度聚乙烯10％～20％，相容剂3％～6％，无机阻燃剂50％～60％，协效阻燃剂2％～5％，偶联剂0.5％～1％，润滑剂0.2％～0.5％，抗氧剂0.2％～0.5％；该电缆料的制备包括无机阻燃剂的表面处理、配料、混料、混炼、挤出造粒等工艺步骤。与现有技术相比，本发明具有优越的阻燃性能，低烟、无毒、无熔滴，并且具有良好的加工性能，无机阻燃剂分散性更好，材料的均匀度与表面光洁性更好。

Description

一种协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电线电缆用聚合物，尤其涉及一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法。
背景技术
现有常规无卤阻燃聚烯烃电缆料仍沿用传统添加大量无机阻燃材料这一技术路线，但由于添加大量无机阻燃剂，会影响材料本身的力学、电气性能，使材料缺乏柔软性，易开裂，抗张强度和断裂伸长率显著下降，体积电阻率、击穿强度下降，介质损耗大幅度升高，因而限制了其在特殊环境中的应用。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种不含卤素，低烟，低毒，无熔滴，阻燃性好，机械及加工性能好，表面光洁的聚烯烃电缆料。
本发明的另一目的是提供该聚烯烃电缆料的制备方法。
本发明先通过挤出造粒将超高分子量有机硅聚合物、聚磷酸铵、季戊四醇等制成协效阻燃剂母料，然后以此协效阻燃剂与普通无机阻燃剂复配制备具有更加良好阻燃性能的聚烯烃电缆料，从而实现本发明的目的。
本发明的具体实现方案如下：
一种协效阻燃的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由以下质量分数组分组成：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20％～30％，
线性低密度聚乙烯10％～20％，相容剂3％～6％，
无机阻燃剂50％～60％，协效阻燃剂2％～5％，偶联剂0.5％～1％，
润滑剂0.2％～0.5％，抗氧剂0.2％～0.5％。
所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中醋酸乙烯酯的质量百分比含量为12％～28％。
所述的相容剂选自马来酸酐接枝乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中的一种。
所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种，并且氢氧化铝和氢氧化镁的粒径小于或等于200nm。
所述的协效阻燃剂是由线性低密度聚乙烯、超高分子量有机硅聚合物、聚磷酸铵和季戊四醇组成，各组分质量百分比为：线性低密度聚乙烯30～40％，超高分子量有机硅聚合物40～50％，聚磷酸铵10～20％，季戊四醇5～10％，所述的超高分子量有机硅聚合物分子量60万以上，优选80万以上。有机硅与聚磷酸铵、季戊四醇并用，能有效的促进成炭，防止烟的生成和火焰的发展。有机硅产品还能作为加工助剂，提高无机阻燃剂在体系中的分散性，增加制品的均匀度和表面光洁性。
所述的偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种。
于所述的润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、低分子蜡中的一种。
所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、4，4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、β，β′-硫化二丙酸二硬脂酸酯中的一种或两种。
制备本发明所述一种协效阻燃的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的方法包括以下步骤：
(1)无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂加入高速混合机中，高速搅拌下将偶联剂以雾状喷入进行表面改性；
(2)协效阻燃剂制备：协效阻燃剂按原料配比质量分数进行配料，放入高速混合机中，室温下高速搅拌5次，每次间隔15秒，然后加入同向双螺杆挤出热切造粒，螺杆各段温度如下：加料段90～100℃，输送段120～125℃，熔融段125～130℃，机头130～140℃，造粒后干燥，干燥温度70℃，干燥时间1小时。
(3)电缆料制备：将处理后的无机阻燃剂、协效阻燃剂以及其他原料按照组分配比的质量分数进行配料，放入高速混合机中混合均匀，，然后加入同向双螺杆挤出热切造粒，螺杆各段温度如下：加料段115～125℃，输送段125～130℃，熔融段130～145℃，机头135～140℃，造粒后干燥，干燥温度70℃，干燥时间1小时，最后称量包装得到产品。
与现有技术相比，本发明由于采用以上技术方案，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料具有更优越的阻燃性能，材料体系的均匀度及表面光洁性更好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
表1 协效阻燃的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料配方
Figure BSA00000515779700041
Figure BSA00000515779700051
其中，
实施例1：相容剂采用马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，偶联剂采用γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，润滑剂采用硬脂酸镁，抗氧剂采用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，不加协效阻燃剂。
实施例2：相容剂采用马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，协效阻燃剂质量百分比组成为：线性低密度聚乙烯35％，80万分子量的超高分子量有机硅聚合物45％，聚磷酸铵15％，季戊四醇5％，偶联剂采用γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，润滑剂采用硬脂酸镁，抗氧剂采用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
实施例3：相容剂采用马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，协效阻燃剂质量百分比组成为：线性低密度聚乙烯35％，80万分子量的超高分子量有机硅聚合物45％，聚磷酸铵10％，季戊四醇10％，偶联剂采用γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，润滑剂采用硬脂酸镁，抗氧剂采用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
实施例4：相容剂采用马来酸酐接枝聚乙烯，协效阻燃剂质量百分比组成为：线性低密度聚乙烯35％，80万分子量的超高分子量有机硅聚合物40％，聚磷酸铵20％，季戊四醇5％，偶联剂采用γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，润滑剂采用低分子蜡，抗氧剂采用四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
表1中四种阻燃电缆料的制备方法相同，包括以下工艺步骤：
(1)无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂加入高速混合机中，高速搅拌下将偶联剂以雾状喷入进行表面改性；
(2)协效阻燃剂制备：协效阻燃剂按原料配比质量分数进行配料，放入高速混合机中，室温下高速搅拌5次，每次间隔15秒，然后加入同向双螺杆挤出热切造粒，螺杆各段温度如下：加料段90～100℃，输送段120～125℃，熔融段125～130℃，机头130～140℃，造粒后干燥，干燥温度70℃，干燥时间1小时。
(3)电缆料制备：将处理后的无机阻燃剂、协效阻燃剂以及其他原料按照组分配比的质量分数进行配料，放入高速混合机中混合均匀，，然后加入同向双螺杆挤出热切造粒，螺杆各段温度如下：加料段115～125℃，输送段125～130℃，熔融段130～145℃，机头135～140℃，造粒后干燥，干燥温度70℃，干燥时间1小时。
各实施例制备得到的电缆料的性能列于表2中。
表2 四种实施例电缆料的性能
  性能   单位   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
  密度   g/cm3   1.36   1.34   1.34   1.35
  拉伸强度   MPa   11.3   12.4   12.1   12
  断裂伸长率   ％   368   403   395   400
  氧指数   ％   31   37   36   36.5
  老化性能   ℃×h   100×168   100×168   100×168   100×168
  拉伸强度变化率   ％   1   -4   -5   -5
  断裂伸长率变化率   ％   2   -15   -18   -20
  20℃时体积电阻率   Ω·m   8×1012   6.5×1012   5.8×1012   6×1012
  介电强度   MV/m   30   31   31   31
  烟密度(无焰)   134   127   128   126
  卤酸气体含量   Mg/g   3.0   2.5   2.5   2.5
  毒性指数   2.2   1.9   2   2
  PH值   5   5.6   5.5   5.7   5.7
  电导率   μs/mm   2.0   1.8   1.9   1.9

Claims (10)

1.一种协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于，以质量百分比计，由以下组分组成：
Figure FSA00000515779600011
2.根据权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中醋酸乙烯酯的质量百分比含量为12％～28％。
3.根据权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中的一种。
4.根据权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种混合；并且氢氧化铝和氢氧化镁的粒径小于或等于200nm。
5.根据权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于所述的协效阻燃剂是由线性低密度聚乙烯、超高分子量有机硅聚合物、聚磷酸铵和季戊四醇组成；各组分质量百分比为：线性低密度聚乙烯30～40％，超高分子量有机硅聚合物40～50％，聚磷酸铵10～20％，季戊四醇5～10％，所述的超高分子量有机硅聚合物分子量60万以上。
6.根据权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于所述的偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种。
7.根据权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、低分子蜡中的一种。
8.根据权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、4，4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、β，β′-硫化二丙酸二硬脂酸酯中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料，其特征在于由下列质量分数的组分组成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20％，线性低密度聚乙烯20％，相容剂3％，无机阻燃剂50％，协效阻燃剂5％，偶联剂0.5％，润滑剂1％，抗氧剂0.5％；
其中：无机阻燃剂为氢氧化铝30％，氢氧化镁20％，相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物，偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，润滑剂为硬脂酸镁，抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。协效阻燃剂质量百分比组成为：线性低密度聚乙烯35％，80万分子量的超高分子量有机硅聚合物45％，聚磷酸铵15％，季戊四醇5％。
10.权利要求1所述的协效阻燃的低烟无卤聚烯烃电缆料的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂加入高速混合机中，高速搅拌下将偶联剂以雾状喷入进行表面改性；
(2)协效阻燃剂制备：协效阻燃剂按原料配比质量分数进行配料，放入高速混合机中，室温下高速搅拌5次，每次间隔15秒，然后加入同向双螺杆挤出热切造粒，螺杆各段温度如下：加料段90～100℃，输送段120～125℃，熔融段125～130℃，机头130～140℃，造粒后干燥，干燥温度70℃，干燥时间1小时；
(3)电缆料制备：将处理后的无机阻燃剂、协效阻燃剂以及其他原料按照组分配比的质量分数进行配料，放入高速混合机中混合均匀，，然后加入同向双螺杆挤出热切造粒，螺杆各段温度如下：加料段115～125℃，输送段125～130℃，熔融段130～145℃，机头135～140℃，造粒后干燥，干燥温度70℃，干燥时间1小时，最后称量包装得到产品。
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