CN101323687A - 高效阻燃环保交联型塑料及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明具体是指一种用于电线电缆的高效阻燃环保交联型塑料及其制作工艺。含有乙烯－醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、Al(OH)₃、Mg(OH)₃、阻燃增效有机阻燃剂、季戊醇酯抗氧剂、季戊四醇抗氧剂、润滑剂、交联剂、纳米成炭母料，其配方组成重量份为：乙烯－醋酸乙烯共聚物 55－65，高密度聚乙烯 5－25，Al(OH)₃70－140Mg(OH)₃ 30－70，阻燃增效有机阻燃剂 6－10，马来酸酐相容剂 20－30，季戊醇酯抗氧剂 1－1.4，季戊四醇抗氧剂0.4－0.9，润滑剂 0.5－1，交联剂 4－5，纳米成炭母料3－10。本发明是以聚烯烃为基础树脂，氢氧化物为主阻燃剂，配以相溶剂、阻燃协效、成炭催化剂等助剂，通过塑化混合后造粒，制备出低烟无卤、机械强度高、阻燃性能好等综合性能良好的环保型PE电线电缆未用材料。

Description

高效阻燃环保交联型塑料及其制作工艺

技术领域：

本发明涉及高分子塑料技术领域，具体是指一种用于电线电缆的高效阻燃环保交联型塑料及其制作工艺。

背景技术：

随着国家倡导环保要求的进一步推进，环保型电缆塑料已经逐渐取代PVC等高能耗、高污染、低性能的电缆塑料，但是在环保型塑料的制作过程中，还有很多问题急需解决，例如由于环保型塑料不能含有卤族的阻燃剂，而只能使用氢氧化物等无机阻燃剂，需要添加50-60％(重量百分比)才能起到很好的最然性能，加之它们表面的高极性，会大幅度降低材料的机械性能，同时材料在燃烧时熔融物滴落，更易使火灾蔓延，加剧火情，还有加入大量的氢氧化物会导致电缆兰的电阻率增加，降低其绝缘性能、加剧老化，因此上述问题的解决就必须使配方及制作工艺能够保证机械性能和阻燃、绝缘、抗老化等性能的平衡，这也是本发明要解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有机械强度高、阻燃性能好等优点的高效阻燃环保交联型塑料及其制作工艺。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：高效阻燃环保交联型塑料，其特征在于：含有乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、Al(OH)₃、Mg(OH)₃、阻燃增效有机阻燃剂、季戊醇酯抗氧剂、季戊四醇抗氧剂、润滑剂、交联剂、纳米成炭母料，其配方组成重量份为：

成分                 用量份(重量份)

乙烯-醋酸乙烯共聚物     55-65

高密度聚乙烯            5-25

Al(OH)₃                 70-140

Mg(OH)₃                 30-70

阻燃增效有机阻燃剂      6-10

马来酸酐相容剂          20-30

季戊醇酯抗氧剂        1-1.4

季戊四醇抗氧剂        0.4-0.9

润滑剂0.5-1

交联剂4-5

纳米成炭母料3-10

一种制造上述高效阻燃环保交联型塑料的工艺，该工艺的具体步骤为，

1)按重量比称取原料；

2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、相容剂、抗氧剂、交联剂、润滑剂与配方量中Al(OH)₃、Mg(OH)₃配方量的50％倒入密炼机，让塑料助剂与粉化物充分混合，当料温达到80℃±5℃，机中物料将结团塑化时，加入剩余50％的Al(OH)₃、Mg(OH)₃以及纳米成炭母料，让塑料与粉体充分混合塑化，当料温达到100℃±5℃-110℃±5℃时，时间7-8分钟，把成团物料排出到物料箱。

3)将物料箱物料经输送机送到双螺杆挤出机料斗，经料斗双锥形螺杆破碎物料直接喂入到双螺杆挤出机中。

4)物料在双螺杆挤出机中挤出水冷拉条，然后切粒，烘干，称量，包装。

本发明配方的依据为：a、树脂配方的实验确认。为实现与粉体的良好相容性，通常需要将两种或者两种以上的聚烯烃类聚合物复合，以获得良好的综合性能。b、阻燃协效剂和成炭催化剂的选择。为了降低氢氧化物的添加量，需要加入阻燃协效剂和成炭催化剂，以达到相同的阻燃效果。c、相容剂的选择。添加适量的相容剂，以提高机械性能。为保证材料的耐热性，主要选择高分子相容剂。d、其它助剂的选择。主要包括：改善加工流动性抑制螺杆扭矩上升；提高材料的耐热耐老化性能；增加表面光滑性，改善表面质量；降低材料的电阻率；增加材料的抗酸能力等。

对各成份的选择的中试：

1基料的选择及共混特性：基料选用EVA(烯-醋酸乙烯共聚物)与HDPE(高密度聚乙烯)共混体系，或者选用EPDM与EVA共混体系。在EVA与HDPE共混体系中，HDPE的比例直接影响到产品的机械性能，在一定范围内，HDPE的添加量与抗拉强度成正比，与断裂伸长率成反比，为了兼顾产品的抗拉强度与断裂伸长率，必须把HDPE的添加量调节在一个适宜的范围。一般HDPE与EVA的比例在2∶3左右比较适合；在EPDM与EVA共混体系中，

随着EPDM与EVA比值的增加，抗拉强度与断裂伸长率均出现一个峰值，在配比为1∶6时，得到比较满意的结果，试验结果见表1主料的选择及配比对性。

在EVA/HDPE体系的探索过程中，也尝试用含有不同的醋酸乙烯(VA)含量及不同的融熔指数的EVA，但试验结果表明：VA含量过低，无机填料添加量对机械性能影响敏感，并限制了阻燃剂的添加量；VA含量过高则材质太软，耐高温性能差，拉伸强度偏低，融熔指数也不能太高，否则难以满足抗拉强度的要求。

2、相容剂的选用与用量

由于所添加的大量无机填料与高分子聚合物的相容性很差，在添加了本公司自制的相容剂后大大提高了它们之间的相容性，提高了材料的机械性能。相容剂的用量也直接影响到材料的机械性能，一般用量在8％-15％之间比较适宜，试验结果见表2。

表2相容剂的添加量对机械性能的影响

相容剂添加量/％	0	3.8	7	11	16
						拉伸强度/MPa	6.98	7.63	12.41	11.02	11.63
断裂伸长率/％	293	150.9	146.8	153.6	133

从表2结果可以看出，添加相容剂可大幅度提高材料的抗拉强度，同时降低断裂伸长率，这样只要添加适宜，便可使材料的机械性能满足于标准的要求，并能保证一定的阻燃剂添加量。

3、阻燃剂的选用及协效性研究

对于阻燃体系的选用搭配以及它们相互之间的协效性的研究，阻燃剂用量的研究，我们做了大量的工作。比较适宜于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的阻燃体系主要有：Al(OH)₃/Mg(OH)₂/阻燃剂A和Al(OH)₃/Mg(OH)₂/阻燃剂A/阻燃剂B等两种。Al(OH)₃与Mg(OH)₂比例一般为1∶1，它们共用有一定的协效作用，再加入协效型阻燃剂，也起着一定的协效作用，这样的加入不仅可提高阻燃性能，还可增加材料在燃烧时的成炭效果，在防止滴落方面有着较显著的效果，而协效型阻燃剂，与其一起加入后，可提高材料的3-4个百分点的氧指数，而且材料在燃烧时更不易产生滴落物。表3为不同体系阻燃剂用量对氧指数及燃烧现象的影响。

目前阻燃性能要求比较高的材料就是做成电线后要求通过UL标准的VW-1垂直燃烧试验。要通过这个试验，除了氧指数外，自熄性和成炭性对能否通过VW-1试验也起着至关重要的作用，选Al(OH)₃/Mg(OH)₂/阻燃剂A/阻燃剂B体系并适当加大阻燃剂量，可望通过VW-1试验。

表3不同体系阻燃剂用量对氧指数及燃烧现象的影响

4、抗氧剂的选用及协效性研究

抗氧剂选用是否得当，添加量是否恰到好处，都直接影响到产品的抗热老化性能。抗氧剂A/抗氧剂D有很好的协同作用，采用这一抗氧体系，可使材料具有比较优秀的抗热氧化性能。试验结果见表4。

表4抗氧剂的选用与材料老化性能的关系

抗氧剂体	抗A	抗B	抗A/抗C	抗A/抗D	抗B/抗C	抗B/抗C
							抗张强度变化率/％	-21.0	-25.7	-6.8	-1.9	-6.8	-12

断裂伸长率变化率/％

-45.0

-68

-32.6

-15

-53

-34.9

注：抗氧剂体系配方的配比为：抗A为1份，抗B为1份，抗C为0.5份，抗D为0.5份。

5加工助剂的选用

对于加工性能太差这一问题，我们选用道康宁公司生产的加工助剂，当添加0.5％-1％时明显降低挤出造粒过程中的主机电流及熔体压力，同时可将生产效率提高40％-50％。

本发明创新突破点：(1)我们设计和制备一种具有润滑功能和阻燃增效的有机高分子，通过水相化学反应，在氢氧化物粉体表面和微粒中形成有机高分子层。(2)将有机-无机的复合白色粉体，通过预分散在聚烯烃的载体中，然后加入3-4％到配方中，降低表面电阻率，增加材料的抗酸性。(3)通过阻燃增效和催化成炭进一步提高阻燃效率等催化燃烧过程的成炭量，防止融滴发生。(4)通过抗热老化和相容剂助剂的组合，改善材料的机械性能以及经过高温后的机械性能保持率。(5)对氢氧化物阻燃要求高填充量的特点，采用密炼和挤出造粒的组合工艺，以获得良好的塑化效果。

用本发明公开的配方身产的高效节能环保型电缆的各项指标均达到国内领先水平，以下是产品的检测报告：(转下页)

本发明是以聚烯烃为基础树脂，氢氧化物为主阻燃剂，配以相溶剂、阻燃协效、成炭催化剂等助剂，通过塑化混合后造粒，制备出低烟无卤、机械强度高、阻燃性能好等综合性能良好的环保型PE电线电缆未用材料。

具体实施方式：

实施例1

配方组成及其重量分如下：

成分                     用量份(重量份)

乙烯-醋酸乙烯共聚物            65

高密度聚乙烯                   20

Al(OH)₃                        100

Mg(OH)₃                        40

阻燃增效有机阻燃剂             7

马来酸酐相容剂                 25

季戊醇酯抗氧剂                 1.2

季戊四醇抗氧剂                 0.6

润滑剂                         0.8

交联剂                         4.5

纳米成炭母料                   6

实施例2

配方组成及其重量分如下：

成分                       用量份(重量份)

乙烯-醋酸乙烯共聚物            55

高密度聚乙烯                   20

Al(OH)₃                        80

Mg(OH)₃                        50

阻燃增效有机阻燃剂             10

马来酸酐相容剂                 28

季戊醇酯抗氧剂                 1.4

季戊四醇抗氧剂                 0.4

润滑剂                         1

交联剂                       5

纳米成炭母料                 3

实施例3

配方组成及其重量分如下：

成分                      用量份(重量份)

乙烯-醋酸乙烯共聚物          60

高密度聚乙烯                 22

Al(OH)₃                      90

Mg(OH)₃                      55

阻燃增效有机阻燃剂           8

马来酸酐相容剂               30

季戊醇酯抗氧剂               1

季戊四醇抗氧剂               0.8

润滑剂                       0.9

交联剂                       5

纳米成炭母料                 10

上述实施例1、实施例2、实施例3的具体制作工艺如下：

1)按重量比称取原料；

2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、相容剂、抗氧剂、交联剂、润滑剂与配方量中Al(OH)₃、Mg(OH)₃配方量的50％倒入密炼机，让塑料助剂与粉化物充分混合，当料温达到80℃±5℃，机中物料将结团塑化时，加入剩余50％的Al(OH)₃、Mg(OH)₃以及纳米成炭母料，让塑料与粉体充分混合塑化，当料温达到100℃±5℃-110℃±5℃时，时间7-8分钟，把成团物料排出到物料箱。

3)将物料箱物料经输送机送到双螺杆挤出机料斗，经料斗双锥形螺杆破碎物料直接喂入到双螺杆挤出机中。

4)物料在双螺杆挤出机中，以喂料频率在15-30HE，主电机频率在28-45HE，温度：一区135℃、二区145℃、三区150℃、四区155℃、五区155℃、模头温度165℃，在双螺杆挤出水冷拉条，随后切粒，烘干，称量，包装。

Claims (2)

1、高效阻燃环保交联型塑料，其特征在于：含有乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、Al(OH)₃、Mg(OH)₃、阻燃增效有机阻燃剂、季戊醇酯抗氧剂、季戊四醇抗氧剂、润滑剂、交联剂、纳米成炭母料，其配方组成重量份为：

成分                    用量份(重量份)

乙烯-醋酸乙烯共聚物     55-65

高密度聚乙烯            5-25

Al(OH)₃                 70-140

Mg(OH)₃                 30-70

阻燃增效有机阻燃剂      6-10

马来酸酐相容剂          20-30

季戊醇酯抗氧剂          1-1.4

季戊四醇抗氧剂          0.4-0.9

润滑剂                  0.5-1

交联剂                  4-5

纳米成炭母料            3-10

2、制造上述权利要求1所述的高效阻燃环保交联型塑料的工艺，其特征在于：该工艺的具体步骤为，

1)按重量比称取原料；

2)将乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、相容剂、抗氧剂、交联剂、润滑剂与配方量中Al(OH)₃、Mg(OH)₃配方量的50％倒入密炼机，让塑料助剂与粉化物充分混合，当料温达到80℃±5℃，机中物料将结团塑化时，加入剩余50％的Al(OH)₃、Mg(OH)₃以及纳米成炭母料，让塑料与粉体充分混合塑化，当料温达到100℃±5℃-110℃±5℃时，时间7-8分钟，把成团物料排出到物料箱。

3)将物料箱物料经输送机送到双螺杆挤出机料斗，经料斗双锥形螺杆破碎物料直接喂入到双螺杆挤出机中。

4)物料在双螺杆挤出机中挤出水冷拉条，然后切粒，烘干，称量，包装。