CN101817952A - 柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法 - Google Patents

柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，该电缆料的组成(质量份数比)为：乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物80～90，线性低密度聚乙烯10～20，经表面处理的无机阻燃剂65～130，高效阻燃增效剂10～30，高分子相容剂10～20，抗氧剂0.9～1.5，加工助剂1～2；该电缆料的制备方法包括树脂的共混挤出、无机阻燃剂的表面处理、配料、混合、挤出造粒等工艺步骤；与现有技术相比，本发明具有以下特性：优越的阻燃性能(氧指数达36)；优异的韧性、耐弯曲性；低密度(密度仅为1.28g/cm3)、低烟、低腐蚀、低毒、环境友好等，且具有良好的加工性能，挤出物表面光亮。

Description

柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及无卤阻燃材料领域，特别是一种柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法。
背景技术
现有常规的无卤阻燃聚烯烃材料是通过添加大量无机阻燃剂的方法达到高的阻燃性能，但是在大量添加阻燃剂的同时会影响材料本身的力学、电气性能，使得材料缺乏柔软性，易开裂，表现为抗拉强度和断裂伸长率显著下降；体积电阻率、击穿场强下降，介质损耗大幅度升高等。这些综合性能的降低限制了无卤阻燃聚烯烃材料在电缆材料中的应用。
发明内容
本发明需要解决现有无卤阻燃聚烯烃材料所存在的阻燃效果高但力学、电气性能显著降低的问题，为此提供一种阻燃性能高且力学、电气性能好的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料。
本发明的另一目的是提供一种柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法。
一种柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于由下列质量份数组份组成：
乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物 80～90，线性低密度聚乙烯  10～20，经表面处理的无机阻燃剂  65～130，增效剂  10～30，高分子相容剂  10～20，抗氧剂  0.9～1.5，加工助剂  1～2。
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％。
所述的增效剂是由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、有机硅高分子化合物和金属化合物组成，各组成成分质量百分比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20～25％，有机硅高分子化合物20～25％，金属化合物40～60％，所述的金属化合物是指二氧化硅、氧化镍、氧化镁、氧化锌、二茂铁、硬脂酸镁中一种或几种组成的混合物。有机硅高分子化合物的加入既有利于阻燃剂的分散，又能阻止基体树脂热熔化后的滴流，同时能在燃烧时与氢氧化镁生成玻璃状的无机层，阻隔热和氧的传输，从而抑制燃烧；金属化合物在含吸热氢氧化物的阻燃体系中作为催化剂，能促进阻燃剂与被阻燃聚合物间的化学反应，加速氢氧化物脱水和降低脱水温度，催化聚合物脱氢碳化。有机硅与金属化合物的阻燃协效作用大幅度提高了材料的氧指数。
所述增效剂中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中醋酸乙烯酯的质量百分比含量为40％。
所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、水滑石中的一种或两种。
所述高分子相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯中的一种。
所述抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、叔辛胺三嗪与乙二胺哌啶的聚合物、4，4′-硫代双(6-特丁基间甲酚)、硫代二丙酸二硬脂醇酯中的一种或两种并用。
所述加工助剂选自硬脂酸锌、高分子蜡、乙撑双硬脂酰胺的一种。
制备本发明所述柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的方法包括以下步骤：
1)制备基体树脂：将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与线性低密度聚乙烯按质量组份(80～90)∶(10～20)配比比例加入单螺杆挤出机共混、造粒，作为基体树脂；
2)无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂及占其质量1～2％的表面处理剂加入高速混合机中高速搅拌进行表面改性处理，所述表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸中的一种；
3)各原料按照组份配比的质量份数进行配料，放入高速混合机中，在室温下低速搅拌2～3分钟，待物料混匀后，放入脉动式单螺杆往复机或密炼机中进行混合，再经单螺杆挤出造粒，螺杆各段温度为加料段115～125℃，输送段125～130℃，熔融段130～145℃，机头135～140℃。
与现有技术相比，本发明具有以下特性：优越的阻燃性能(氧指数达36)；优异的韧性、耐弯曲性；低密度(密度仅为1.28g/cm3)、低烟、低腐蚀、低毒、环境友好等，且具有良好的加工性能，挤出物表面光亮。
本发明所提供的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料是一种突破性的技术产品，该产品是以共混改性的聚烯烃作基料，以无机阻燃剂和增效剂填充复合而成，独特的配方实现了低填充情况下的高效阻燃，本发明的重要贡献在于发明人经过数年研究得到的增效剂及其独特配方。本产品极限氧指数≥35，断裂伸长率≥500％，密度≤1.3g/cm3，适用于生产柔软的建筑用电缆，也可用于机械安装用电缆、控制电缆、小同轴电缆等。该电缆料具有以下特性：优越的阻燃性能；优异的韧性、耐弯曲性；低密度、低烟、低腐蚀、低毒、环境友好等，且具有良好的加工性能，挤出物表面光亮。
附图说明
图1为本发明柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料热老化前(a)和热老化后(b)断面形貌的SEM照片，老化条件为100℃×168h；
图2为普通型无卤阻燃聚烯烃电缆料热老化前(a)和热老化后(b)断面形貌的SEM照片，老化条件为100℃×168h。
具体实施方式
本发明实施例，其原材料配方见表1。
表1柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料配方
其中：
实施例1：无机阻燃剂采用氢氧化镁，高分子相容剂采用马来酸酐接枝聚乙烯；抗氧剂采用4，4′-硫代双(6-特丁基间甲酚)，加工助剂采用硬脂酸锌。不增加任何增效材料。
实施例2：无机阻燃剂为氢氧化镁。高分子相容剂采用马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯；增效剂组成(质量百分比)为：硅橡胶20％，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40％)25％，二氧化硅25％，氧化镍10％，硬脂酸镁20％。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；加工助剂采用高分子蜡。
实施例3：无机阻燃剂采用氢氧化镁75份和水滑石20份(质量份数)并用；高分子相容剂采用马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯；增效剂组成(质量百分比)为：硅橡胶20％，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40％)20％，二氧化硅20％，二茂铁15％，硬脂酸镁25％；抗氧剂采用四[β-(3.5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和叔辛胺三嗪与乙二胺哌啶的聚合物并用；加工助剂采用乙撑双硬脂酰胺。
实施例4：无机阻燃剂采用氢氧化镁50份和氢氧化铝15份(质量份数)并用；高分子相容剂采用马来酸酐接枝聚乙烯；增效剂组成(质量百分比)为：硅橡胶25％，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40％)25％，二氧化硅20％，氧化镁15％，氧化镍15％；抗氧剂采用4，4′-硫代双(6-特丁基间甲酚)和硫代二丙酸二硬脂醇酯并用。加工助剂采用硬脂酸锌。
实施例5：无机阻燃剂采用氢氧化铝；高分子相容剂采用马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯；阻燃增效剂组成(质量百分比)为：硅橡胶25％，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20％，二氧化硅15％，氧化锌20％，硬脂酸镁20％。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。加工助剂采用高分子蜡。
实施例6：无机阻燃剂采用氢氧化镁50份和氢氧化铝30份(质量份数)并用；高分子相容剂采用马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯；抗氧剂采用4，4′-硫代双(6-特丁基间甲酚)和硫代二丙酸二硬脂醇酯并用。加工助剂采用乙撑双硬脂酰胺。添加硅粉作为增效材料。
表1中六种电缆护套料的制备方法相同，包括以下工艺步骤：
1)制备基体树脂：将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与线性低密度聚乙烯按重量组份(80～90)∶(20～10)配比比例加入单螺杆挤出机共混、造粒，作为基体树脂；
2)无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂及占其质量1～2％的表面处理剂加入高速混合机中高速搅拌进行表面改性处理，所述表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸中的一种；
按总重量50kg进行配料，将共混改性好的聚烯烃基体树脂，抗氧剂，高分子相容剂，表面处理后的阻燃增效剂加入到高速混合机中，再加入无机阻燃剂和高分子蜡，在室温下低速搅拌2～3分钟。待物料混匀后，放入往复机进行混合，经单螺杆挤出，风冷切粒，螺杆各段的温度如下：
位置    加料段    输送段    熔融段    机头
温度    120℃     130℃     145℃     140℃
各实施例制备得到的电缆料性能列于表2中。
表2不同实施例电缆料的性能
根据实施例2生产的成品材料经国家电线电缆质量监督检验中心进行全面性能检测，其结果列于表3。
表3  柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的性能指标
序号 检验项目 单位 技术要求 检验结果   单项评定
  1   密度(23℃)   g/cm3   不大于1.40   1.28   P
  2   原始拉伸强度   MPa   不小于9.0   9.5   P
  3   原始断裂伸长率   ％   不小于400   522   P
4   空气烘箱热老化试验后(100℃，168h)
  4.1   拉伸强度变化率   ％   不超出±30   -1.1   P
  4.2   断裂伸长率变化率   ％   不超出±30   -3.5   P
  5   介电强度   MV/m   不小于20   33   P
  6   20℃时体积电阻率   Ω·m   不小于1.0×1012   2.0×1012   P
  7   氧指数   ％   不小于32   36.6   P
  8   烟密度Dm(无焰)   不大于150   150   P
  9   pH值   不小于4.3   6.0   P
  10   电导率   μS/mm   不大于10   0.24   P
  11   毒性指数   不大于5   1.2   P
12   冲击脆化温度(-25℃)破裂数/试样数 个 不大于15/30 0/30 P

Claims (10)

1.一种柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于由下列质量份数组份组成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物80～90，线性低密度聚乙烯10～20，经表面处理的无机阻燃剂65～130，增效剂10～30，高分子相容剂10～20，抗氧剂0.9～1.5，加工助剂1～2。
2.根据权利要求1所述的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，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所述的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于所述的增效剂是由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、有机硅高分子化合物和金属化合物组成，各组成成分质量百分比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20～25％，有机硅高分子化合物20～25％，金属化合物40～60％，所述的金属化合物是指二氧化硅、氧化镍、氧化镁、氧化锌、二茂铁、硬脂酸镁中一种或几种组成的混合物。
4.根据权利要求3所述的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于所述增效剂中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中醋酸乙烯酯的质量百分比含量为40％。
5.根据权利要求1所述的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、水滑石中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于所述高分子相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯中的一种。
7.根据权利要求1所述的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于所述抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、叔辛胺三嗪与乙二胺哌啶的聚合物、4，4′-硫代双(6-特丁基间甲酚)、硫代二丙酸二硬脂醇酯中的一种或两种并用。
8.根据权利要求1所述的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于所述加工助剂选自硬脂酸锌、高分子蜡、乙撑双硬脂酰胺的一种。
9.根据权利要求1～8中任一所述的柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于由下列质量份数组份组成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物90，线性低密度聚乙烯10，经表面处理的无机阻燃剂95，增效剂15，高分子相容剂15，抗氧剂1，加工助剂2；
其中：无机阻燃剂为氢氧化镁，高分子相容剂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯，抗氧剂为四[β-(3.5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，加工助剂为高分子蜡，增效剂质量百分比组成为：硅橡胶20％，含质量百分比40％醋酸乙烯酯的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物25％，二氧化硅25％，氧化镍10％，硬脂酸钙20％。
10.一种制备权利要求1所述柔软型低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)制备基体树脂：将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与线性低密度聚乙烯按重量组份(80～90)∶(10～20)配比比例加入单螺杆挤出机共混、造粒，作为基体树脂；
2)无机阻燃剂的表面处理：将无机阻燃剂及占其质量1～2％的表面处理剂加入高速混合机中高速搅拌进行表面改性处理，所述表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸中的一种；
3)各原料按照组份配比的质量份数进行配料，放入高速混合机中，在室温下低速搅拌2～3分钟，待物料混和均匀后，放入脉动式单螺杆往复机或密炼机中进行混合，再经单螺杆挤出造粒，螺杆各段温度为：加料段115～125℃，输送段125～130℃，熔融段130～145℃，机头135～140℃。
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