CN101418102B - 高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料及其制备方法 - Google Patents
高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料及其制备方法，该电缆料包括以下重量份数的组分：聚丙烯10～25份；三元乙丙橡胶25～40份；聚磷酸铵30～40份；硅酮1～3份；橡胶油5～20份；交联剂0.3～1.0份；交联助剂0.2～2.5份，加工助剂0.5～1.5份。该电缆料通过双螺杆挤出机动态硫化挤出造粒得到。该电缆料能够通过150℃的热空气老化试验，能够在125℃的环境下长期使用，并且柔软，环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆料及其制备方法，特别涉及一种柔软的环保型高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料及其制备方法。
背景技术
阻燃电线电缆料通常可以分为：普通阻燃电线电缆料、低卤阻燃电线电缆料和无卤阻燃电线电缆料。目前，我国阻燃电线电缆料产品以含卤阻燃为主，这种电线电缆料在燃烧时释放出大量的浓烟和腐蚀性卤化物，造成人员伤亡并腐蚀各种设备，造成所谓的“二次灾害”。为达到低烟、低毒及阻燃的目的，国内外许多厂家都致力于低烟低卤，低烟无卤阻燃材料的开发。这类材料在燃烧时发烟量少，释放出有毒气体少，从而减少了对人体及仪器设备的损害。
国内开展无卤阻燃研究的起步较晚，还没有统一的无卤阻燃电缆料的国家标准，只有一个国家机械行业标准“热塑性无卤低烟阻燃电缆料”(JB/T10707-2007)，该标准只有两个产品牌号：WDZ-H和WDZ-J，分别只能在90℃和70℃下使用，这是因为该标准的电缆料是以聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为基材而制成的，聚乙烯和EVA的软化点较低，限制了该类材料在100℃以上的环境中使用。同时该类电缆料的硬度普遍较高，约40邵氏硬度D左右，手感僵硬。
授权公告号为CN1546561中国发明专利，公开了一种采用氢氧化镁/红磷阻燃体系制备无卤阻燃三元乙丙橡胶/聚丙烯热塑性弹性体的方法，可得到氧指数30％的弹性体材料，但是由于氢氧化镁/红磷添加量较多，占到总材料量的55％左右，导致材料硬度较大，而且由于使用了深红色的红磷，导致产品颜色太深，只能制备黑色产品，影响该材料在电线电缆方面的广泛应用。
由于世界各国环保意识的增强，越来越多的国家对电线电缆材料都有环保要求，规定某些产品在一定时间内逐渐取代PVC电缆料。如欧盟要求电子电气产品的线缆必须满足ROHS或REACH规范。因此，迫切需要开发一种柔软的力学性能优良的无卤阻燃弹性体电缆料来满足市场的需要。
发明内容
本发明提供一种柔软的高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料，目的是解决现有的无卤低烟阻燃电缆料硬度高和耐热温度不高的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料，原料配方主要由下列重量份的材料组成：
三元乙丙橡胶 25～40份；
聚丙烯 10～25份；
聚磷酸铵 30～40份；
硅酮 1～3份；
橡胶油 5～20份；
交联剂 0.3～1.0份；
交联助剂 0.2～1.5份；
其中：
(1)所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为20～100(ML 1+4，125℃)门尼值；三元乙丙橡胶由三种单体经共聚反应合成，其中，第一单体为乙烯，其重量含量为三种单体总重量的50％～75％；第二单体为丙烯，其重量含量为三种单体总重量的20％～40％；第三单体为乙叉降冰片烯(ethylidenenorbornene，ENB)或者乙烯降冰片烯(Vinyl norbornene，VNB)，其重量含量为三种单体总重量的2％～10％；
(2)所述聚丙烯的熔融指数为0.2～30.0；
(3)所述聚磷酸铵中，磷元素的重量含量大于或等于聚磷酸铵总重量的20％；
(4)所述硅酮是聚二甲基硅氧烷；
(5)所述橡胶油在40℃条件下，运动粘度为50～200mm2/S，橡胶油采用环烷油或/和直链烷烃油；
(6)所述交联剂选自下列四种化合物中的一种：
2，5-双(特丁基过氧化)-2，5-二甲基-3-己炔；
2，5-双(特丁基过氧化)-2，5-二甲基己烷；
过氧化二异丙苯；
过氧化异丙基碳酸叔丁酯；
(7)所述交联助剂选自下列两种化合物中的一种：
二苯甲烷双马来酰亚胺；
1，6-己二醇双丙烯酸酯。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料的制备方法，将所述原料配方中的材料按照各自的重量份数配好后送入双螺杆挤出机中，聚丙烯与三元乙丙橡胶在交联剂和助交联剂的作用下，在双螺杆挤出机内进行动态硫化反应；其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：双螺杆挤出机的螺杆长径比为36～58∶1；螺杆的转速为200～500转/分钟；螺杆温度为140℃～200℃。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述聚磷酸铵的粒径小于或等于100微米。
2、上述方案中，原料配方中还包含0.5～1.5重量份的抗氧剂，所述抗氧剂选择下列材料中的一种：
四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)；
β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯(抗氧剂1076)；
2，6-二叔丁基对甲酚(抗氧剂264)；
1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷(抗氧剂CA)；
2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(抗氧剂2246)。
3、上述方案中，原料配方中还包含0.5～1.5重量份的抗紫外线剂，所述抗紫外线剂选择下列材料中的一种：
2-(2’-羟基-3’5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑；
(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑；
2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮；
2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。
4、上述方案中，原料配方中还包含0.5～1.5重量份的润滑剂，所述润滑剂选择石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的一种。
5、上述方案中，门尼粘度是衡量橡胶平均分子量及可塑性的一个指标，门尼粘度用门尼粘度计测量。门尼粘度计是一个标准的转子，以恒定的转速(一般2转/分)，在试样中转动。转子转动所受到的剪切阻力大小与试样在硫化过程中的粘度变化有关，可通过测力装置显示在以门尼为单位的刻度盘上，以相同时间间隔读取数值可作出门尼硫化曲线。门尼粘度的单位为(Z1+4，125℃)，按照GB 1232标准规定，门尼(转动)粘度以符号Z125℃ 1+4表示。其中Z表示转动粘度值；1表示预热时间为1min；4表示转动时间为4min；125℃表示试验温度为125℃，习惯上常以ML125℃ 1+4表示门尼粘度(GB/T 1233-2008《未硫化橡胶初期硫化特性的测定用圆盘剪切黏度计进行测定》)。
6、上述方案中，硬度是物质受压变形程度或抗刺穿能力的一种物理度量 方式。硬度常用邵氏(也叫肖氏，邵尔，英文SHORE)、洛氏和布氏三种标示方法。邵氏硬度一般用于橡胶类材料上。邵氏硬度的测试方法：用邵氏硬度计插入被测材料，表盘上的指针通过弹簧与一个刺针相连，用针刺入被测物表面，表盘上所显示的数值即为硬度值。邵氏硬度的描述方法分A、D两种，分别代表不同的硬度范围，90度以下的用邵氏A硬度计测试，并得出数据，90度及以上用邵氏D硬度计测试并得出数据。
7、上述方案中，在国际单位制中，运动粘度单位为斯，即每秒平方米(m2/S)，实际测定中常用厘斯(cst)，表示厘斯的单位为每秒平方毫米(即1cst＝1mm2/S)。运动粘度广泛用于测定喷气燃料油、柴油、润滑油等液体石油产品深色石油产品、使用后的润滑油、原油等的粘度，运动粘度的测定采用逆流法。
8、上述方案中，熔融指数(Melting Index，MI)：热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在十分钟内通过标准毛细管的重量值，以(g/10min)来表示。
9、上述方案中，所述动态硫化是指橡塑共混体系在一定温度和高剪切速率之下，边共混边进行硫化的过程，这种新型硫化工艺所制得的橡塑共混体既能保持树脂的热塑性，又能保持橡胶的弹性。
10、上述方案中，乙烯降冰片烯又名5-乙烯基-2-降冰片烯，其结构式如下：
乙叉降冰片烯又名5-亚乙基-2-降冰片烯。
本发明所提出的125℃无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶弹性体电缆料的主要物理机械性能如下：
硬度(邵氏A)(ASTM D2240) 80A～90A；
拉伸强度(ASTM D412) 7.0Mpa；
伸长率(ASTM D412) 300％；
150℃168小时老化试验(ASTM D573)：
拉伸强度变化率 30％；
伸长率变化率 30％；
阻燃性(UL94) V-0。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明的电缆料可通过150℃168小时的热空气耐温老化试验，即：可在125℃的环境下长期使用，而且硬度低，柔软性好，极大地扩展了无卤阻燃电缆料的使用范围，可广泛用于电力电缆/控制电缆护套、通信电缆及光缆、电子电器用线等的绝缘和护套。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料及其制备方法
实施例1～4：
制备方法：根据表1中的配方将聚丙烯，三元乙丙橡胶，聚磷酸铵，硅酮，交联剂等助剂在塑料混合锅中混合5分钟，将该混和物从双螺杆挤出机的主喂料口加入，喂料速率50公斤/小时，橡胶油从双螺杆的中间区加入调节产品硬度到设定值。双螺杆挤出机的直径为65毫米，长径比为48，温度控制范围为140℃～200℃，螺杆转速控制在290转/分。得到的产品性能如表2所示。
比较例：
制备方法：将聚乙烯10份，EVA25份，氢氧化铝65份，硼酸锌10份，1010抗氧剂0.5份在塑料混合锅中混合5分钟，将该混和物从双螺杆挤出机的主喂料口加入，喂料速率50公斤/小时。双螺杆挤出机的直径为65毫米，长径比为48，温度控制范围为130℃～150℃，螺杆转速控制在270转/分。得到的产品性能如表2所示。
表1：
| 项目 | 实施 例1 | 实施 例2 | 实施 例3 | 实施 例4 |
| 三元乙丙橡胶 | 26 | 37 | 33 | 40 |
| 聚丙烯 | 10 | 24 | 19 | 25 |
| 聚磷酸铵 | 30 | 40 | 37 | 34 |
| 聚二甲基硅氧烷 | 1 | 2.5 | 3 | 2 |
| 环烷油 | 11 | 6 | 7 | / |
| 直链烷烃油 | / | 9 | 12 | 7 |
| 2，5-双(特丁基过氧化) | 0.7 | / | / | / |
| -2，5-二甲基-3-己炔 | ||||
| 2，5-双(特丁基过氧化) -2，5-二甲基己烷 | / | 0.4 | / | / |
| 过氧化二异丙苯 | / | / | 0.9 | / |
| 过氧化异丙基碳酸叔丁酯 | / | / | / | 0.5 |
| 二苯甲烷双马来酰亚胺 | / | / | 1.3 | 0.2 |
| 1，6-己二醇双丙烯酸酯 | 0.35 | 1.4 | / | / |
| 抗氧剂1010 | / | 0.6 | / | / |
| 抗氧剂1076 | 1.5 | / | / | / |
| 抗氧剂264 | / | / | 0.5 | / |
| 抗氧剂CA | / | / | / | 0.9 |
| 抗氧剂2246 | / | / | / | / |
| 2-(2’-羟基-3’5’-二叔丁基 苯基)-5-氯代苯并三唑 | 1.2 | / | / | / |
| (2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲 基苯基)-5-氯代苯并三唑 | / | 0.7 | / | / |
| 2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮 | 0.8 | / | / | / |
| 2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮 | / | / | / | 1.4 |
| 石蜡 | 0.5 | / | / | / |
| 硬脂酸 | / | 1.5 | / | / |
| 硬脂酸钙 | / | / | / | |
| 硬脂酸锌 | / | / | / | 1.2 |
表2：
| 项目 | 检测方法 | 实施 例1 | 实施 例2 | 实施 例3 | 实施 例4 | 比较 例 |
| 邵氏硬度 | ASTMD2240 | 85A | 87A | 85A | 78A | 42D |
| 拉伸强度，MPa | ASTD412 | 9.8 | 9.2 | 8.1 | 7.2 | 10.6 |
| 伸长率，％ | ASTMD412 | 700 | 620 | 560 | 650 | 150 |
| 拉伸强度保持 率％ | ASTMD573 | 95 | 95 | 94 | 93 | 70 |
| 伸长率保持率％ | ASTMD573 | 87 | 85 | 84 | 85 | 61 |
| 阻燃性 | UL 94 | V-1 | V-0 | V-0 | V-1 | V-0 |
从表2中可以看出，用本发明的技术制备的弹性体电缆料与比较例中聚乙烯/EVA电缆料相比，本发明的电缆料硬度小于90A，伸长率大于550％，柔韧性极好，同时在150℃168小时老化试验后，强度性能能够保持80％以上，可以在125℃的环境下长期使用，而常规的聚乙烯/EVA电缆料强度性能保持率太小，耐热性无法与本发明的电缆料相比。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料，其特征在于：原料配方主要由下列重量份的材料组成：
三元乙丙橡胶 25～40份；
聚丙烯 10～25份；
聚磷酸铵 30～40份；
硅酮 1～3份；
橡胶油 5～20份；
交联剂 0.3～1.0份；
交联助剂 0.2～1.5份；
其中：
(1)所述三元乙丙橡胶由三种单体经共聚反应合成，其中，第一单体为乙烯，其重量含量为三种单体总重量的50％～75％；第二单体为丙烯，其重量含量为三种单体总重量的20％～40％；第三单体为乙叉降冰片烯或者乙烯降冰片烯，其重量含量为三种单体总重量的2％～10％；
(2)所述聚丙烯的熔融指数为0.2～30.0g/10min；
(3)所述聚磷酸铵中，磷元素的重量含量大于或等于聚磷酸铵总重量的20％；
(4)所述硅酮是聚二甲基硅氧烷；
(5)所述橡胶油在40℃条件下，运动粘度为50～200mm2/S，橡胶油采用环烷油或/和直链烷烃油；
(6)所述交联剂选自下列四种化合物中的一种：
2，5-双(特丁基过氧化)-2，5-二甲基-3-己炔；
2，5-双(特丁基过氧化)-2，5-二甲基己烷；
过氧化二异丙苯；
过氧化异丙基碳酸叔丁酯；
(7)所述交联助剂选自下列两种化合物中的一种：
二苯甲烷双马来酰亚胺；
1，6-己二醇双丙烯酸酯。
2.根据权利要求1所述的高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料，其特征在于：所述聚磷酸铵的粒径小于或等于100微米。
3.根据权利要求1所述的高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料，其特征在于：原料配方中还包含0.5～1.5重量份的抗氧剂，所述抗氧剂选择下列材料中的一种：
四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；
β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯；
2，6-二叔丁基对甲酚；
1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷；
2，2-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
4.根据权利要求1所述的高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料，其特征在于：原料配方中还包含0.5～1.5重量份的抗紫外线剂，所述抗紫外线剂选择下列材料中的一种：
2-(2’-羟基-3’5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑；
(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑；
2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮；
2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。
5.根据权利要求1所述的高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料，其特征在于：原料配方中还包含0.5～1.5重量份的润滑剂，所述润滑剂选择石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌和硬脂酸钙中的一种。
6.一种高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料的制备方法，其特征在于：根据权利要求1～5之一所述的高温无卤阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶电缆料，将所述原料配方中的材料按照各自的重量份数配好后送入双螺杆挤出机中，聚丙烯与三元乙丙橡胶在交联剂和助交联剂的作用下，在双螺杆挤出机内进行动态硫化反应；其中，双螺杆挤出机的工艺参数为：双螺杆挤出机的螺杆长径比为36～58∶1；螺杆的转速为200～500转/分钟；螺杆温度为140℃～200℃。
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- 2008-12-03 CN CN2008101363863A patent/CN101418102B/zh active Active
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| CN101418102A (zh) | 2009-04-29 |
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