CN101914236A - 一种辐照交联无卤高阻燃电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种辐照交联无卤高阻燃电缆料及其制备方法，所述电缆料包括：基础树脂45～90份、功能化聚烯烃树脂10～55份、氢氧化物类阻燃剂45～125份、成炭剂30～50份、阻燃润滑剂30～50份、甲基硅橡胶成壳剂0.3～3份、硅烷表面改性剂0.5～2份、交联敏化剂2～5份、抗氧剂0.2～3份、润滑剂1～4份、引发剂0.1～1.0份。所述电缆料制备方法是将氢氧化物类阻燃剂、成炭剂、阻燃润滑剂高速搅拌2分钟后，加入成壳剂继续高速搅拌升温至100℃以上，使成壳剂对其进行表面包覆；再加入硅烷偶联剂搅拌5～8分钟，进行二次表面处理；然后加入引发剂-乙醇溶液，混合后出料；挤出造粒；最后干燥、冷却，得到电缆料产品，产品阻燃性能明显提高，燃烧时成壳性好，无滴落物。

Description

一种辐照交联无卤高阻燃电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电线电缆材料，尤其涉及一种辐照交联无卤高阻燃电缆料的配方和制备方法，可广泛应用于汽车、电子电气、建筑工程等领域。
背景技术
普通的阻燃型电线电缆材料大多含有卤素阻燃剂，在燃烧时会释放出大量的有害气体和黑烟，给环境和人类的健康带来了危害。目前，世界上很多国家都出台法律法规来限制含卤类阻燃剂在电线电缆材料中的使用，低烟无卤电缆料将逐步取代含卤类电缆料。低烟无卤阻燃电缆料可分为热塑型和交联型，热塑型低烟无卤电缆料主要应用于电力电缆、控制电缆、通讯电缆等电缆中；交联型低烟无卤阻燃电缆料大多应用于舰船用电缆、核电工业用电缆、机车车辆用电缆、汽车电线及电器装备用电线等领域中。
低烟无卤电缆料目前主要采用聚烯烃基材添加无机阻燃填料的复合体系，无机阻燃材料主要是氢氧化铝或氢氧化镁，但由于氢氧化铝或氢氧化镁的阻燃效率低，材料自熄效果差，很难通过VW-1阻燃实验要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种性能优异、阻燃效果好、环保的辐照交联无卤高阻燃电缆料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种辐照交联无卤高阻燃电缆料，包括以下组分及含量(重量份)：
基础树脂                45～90份；
功能化聚烯烃树脂        10～55份；
氢氧化物类阻燃剂        45～125份；
成炭剂                  30～50份；
阻燃润滑剂              30～50份；
甲基硅橡胶成壳剂        0.3～3份；
硅烷表面改性剂          0.5～2份；
交联敏化剂              2～5份；
抗氧剂                  0.2～3份；
润滑剂                  1～4份；
引发剂                  0.1～1.0份。
所述基础树脂为以下物质的一种或者多种的混合物：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、三元乙丙胶(EPDM)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物(POE)、热塑性弹性体(TPE)。
所述功能化聚烯烃树脂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚烯烃弹性体。
所述氢氧化物类阻燃剂为以下物质的一种或多种的混合物：氢氧化铝、氢氧化镁。
所述成炭剂为以下物质的一种或多种的混合物：硼酸锌、三氧化二锑、高岭土、聚磷酸胺。
所述阻燃润滑剂为以下物质的一种或多种的混合物：三聚氰胺(MC)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)、硼酸三聚氰胺(MB)。
所述交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)或1，1，1-三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)。
所述抗氧剂为以下物质的一种或多种的混合物：四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、N，N’-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼；
所述润滑剂为以下物质的一种或多种的混合物：硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、硅油、硅酮、乙撑双硬脂酰胺。
所述引发剂为以下物质的一种或多种的混合物：过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过氧化醋酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯。
一种辐照交联无卤高阻燃电缆料制备方法，包括以下步骤：
A、将氢氧化物类阻燃剂、成炭剂、阻燃润滑剂在高速混合机中高速搅拌2分钟后，加入成壳剂继续高速搅拌升温至100℃以上，使成壳剂对氢氧化物类阻燃剂、成炭剂和阻燃润滑剂进行表面包覆；
B、再加入硅烷偶联剂搅拌5～8分钟，进行二次表面处理；
C、然后加入引发剂-乙醇溶液，在高速混合机中混合4～6分钟后出料；
D、使用带有温控装置和抽真空装置的混炼型双螺杆挤出机挤出造粒；
E、最后干燥、冷却，得到辐照交联无卤高阻燃电缆料产品；
所述引发剂-乙醇溶液的制备方法是将引发剂与无水乙醇以1∶10的比例搅拌混合成溶液；
所述混炼型双螺杆挤出机的挤出温度为130℃～165℃。
本发明的辐照交联无卤高阻燃电缆料具有如下优点：产品性能与加工工艺明显提高，具体体现在：(1)阻燃性能明显提高，产品具有快速自熄的特点；(2)产品燃烧时成壳性好，无滴落物；(3)产品加工性能优异，主机电流稳定；(4)产品外观细腻、光滑。
与现有技术相比，本发明工艺合理，克服了现有低烟无卤阻燃电缆料阻燃性能差的缺点，采用新型高效的无卤阻燃复配协效技术，通过采用成炭剂、成壳剂，使有机、无机阻燃剂之间高效协同作用，在提高聚烯烃树脂原优良性能基础上，赋予树脂高阻燃性。
应用本发明的电缆料制作成的电线，可通过单根垂直燃烧、VW-1等阻燃实验要求，且具有广阔的应用前景。
附图说明
附图是本发明的一种辐照交联无卤高阻燃电缆料制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供一种辐照交联无卤高阻燃电缆料，包括以下组分及含量(重量份)：基础树脂45～90份、功能化聚烯烃树脂10～55份、氢氧化物类阻燃剂45～125份、成炭剂30～50份、阻燃润滑剂30～50份、甲基硅橡胶成壳剂0.3～3份、硅烷表面改性剂0.5～2份、交联敏化剂2～5份、抗氧剂0.2～3份、润滑剂1～4份、引发剂0.1～1.0份。其中基础树脂和功能化聚烯烃树脂为主料，其组分配比为重量百分比。
所述基础树脂为以下物质的一种或者多种的混合物：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、三元乙丙胶(EPDM)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物(POE)、热塑性弹性体(TPE)。
所述功能化聚烯烃树脂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚烯烃弹性体。
所述氢氧化物类阻燃剂为以下物质的一种或多种的混合物：氢氧化铝、氢氧化镁。所述成炭剂为以下物质的一种或多种的混合物：硼酸锌、三氧化二锑、高岭土、聚磷酸胺。所述阻燃润滑剂为以下物质的一种或多种的混合物：三聚氰胺(MC)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)、硼酸三聚氰胺(MB)。所述交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)或1，1，1-三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)。
所述抗氧剂为以下物质的一种或多种的混合物：四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、N，N’-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼。所述润滑剂为以下物质的一种或多种的混合物：硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、硅油、硅酮、乙撑双硬脂酰胺。
所述引发剂为以下物质的一种或多种的混合物：过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过氧化醋酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯。
参看附图，本发明还提供一种辐照交联无卤高阻燃电缆料制备方法，包括以下步骤：
A、将氢氧化物类阻燃剂、成炭剂、阻燃润滑剂在高速混合机中高速搅拌2分钟后，加入成壳剂继续高速搅拌升温至100℃以上，使成壳剂对氢氧化物类阻燃剂、成炭剂和阻燃润滑剂进行表面包覆。
B、再加入硅烷偶联剂搅拌5～8分钟，进行二次表面处理。
C、然后加入引发剂-乙醇溶液，在高速混合机中混合4～6分钟后出料。
D、使用带有温控装置和抽真空装置的混炼型双螺杆挤出机挤出造粒。
E、最后干燥、冷却，得到辐照交联无卤高阻燃电缆料产品。
所述引发剂-乙醇溶液的制备方法是将引发剂与无水乙醇以1∶10的比例搅拌混合成溶液。
所述混炼型双螺杆挤出机的挤出温度为130℃～165℃。
实施例1：
电缆料各组分名称及各组分重量份数配比为：
EVA                        80kg；
马来酸酐接枝聚乙烯         20kg；
氢氧化镁                   75kg；
硼酸锌                     20kg；
三氧化二锑                 20kg
三聚氰胺氰尿酸盐           40kg；
甲基硅橡胶                 1kg；
硅烷                       1kg；
交联敏化剂TAIC             3kg；
抗氧剂                     2kg；
润滑剂                     2kg；
引发剂                     0.2kg。
电缆料制备方法：将氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑和三聚氰胺氰尿酸盐在高速搅拌2分钟后，加入甲基硅橡胶继续高速搅拌升温至100℃以上，再加入硅烷偶联剂搅拌8分钟，进行二次表面包覆处理，然后按照上述各组分的重量份数加入这些组分，在高速混合机中混合5分钟后出料，使用混炼型双螺杆挤出机挤出造粒，干燥后冷却，得到辐照交联无卤高阻燃电缆料，再加工成电线，经辐照交联而成辐照交联无卤高阻燃电线。
对本实施例中制得的产品辐照交联后进行检测，各性能数值表示如下，指标值为国家规定应达到的标准值，典型值为检测本实施例中制备的产品性能值。
  实验项目名称   单位   指标值  实施例1典型值
  拉伸强度   MPa   ≥9.0  13.2
  断裂伸长率   ％   ≥150  330
  空气热老化
  实验条件：热老化温度   ℃   158±2
  持续时间   h   168
  拉伸强度变化率：不超过   ％   ±20  12
  断裂伸长率变化率：不超过   ％   ±20  -10
  冲击脆化温度
  实验温度   ℃   -25
  冲击脆化性能   实效数   ≤15/30   0/30
  热延伸
  实验条件：200℃，0.2MPa，15min
  负荷下伸长率   ％   ≤175   35
  冷却后永久变形   ％   ≤15   5
  体积电阻率(20℃)   Ω·m   ≥1×1012   2.5×1013
  介电强度   MV/m   ≥20   23
  燃烧实验
  氧指数   ％   ≥32   38
  单根垂直燃烧实验   -   通过   通过
  VW-1燃烧   -   通过   通过
  pH值   -   ≥4.3   6.2
  电导率   μS/mm   ≤10   0.4
实施例2：
电缆料各组分名称及各组分重量份数配比为：
EVA                               40kg；
POE                               40kg；
马来酸酐接枝EVA                   20kg；
氢氧化铝                          100kg；
氢氧化镁                          50kg；
三氧化二锑                        30kg；
三聚氰胺                          40kg；
甲基硅橡胶                        1kg；
硅烷                              2kg；
交联敏化剂TAIC                    3kg；
抗氧剂                            2kg；
润滑剂                            2kg；
引发剂                            0.4kg。
电缆料制备方法与实施例1相同。
对本实施例中制得的产品辐照交联后进行检测，各性能数值表示如下，指标值为国家规定应达到的标准值，典型值为检测本实施例中制备的产品性能值。
  实验项目名称   单位   指标值  实施例2典型值
  拉伸强度   MPa   ≥9.0  11.5
  断裂伸长率   ％   ≥150  220
  空气热老化
  实验条件：热老化温度   ℃   158±2
  持续时间   h   168
  拉伸强度变化率：不超过   ％   ±20  8
  断裂伸长率变化率：不超过   ％   ±20  -13
  冲击脆化温度
  实验温度   ℃   -25
  冲击脆化性能   实效数   ≤15/30  1/30
  热延伸
  实验条件：200℃，0.2MPa，15min
  负荷下伸长率   ％   ≤175  40
  冷却后永久变形   ％   ≤15  5
  体积电阻率(20℃)   Ω·m   ≥1×1012  1.2×1013
  介电强度   MV/m   ≥20  25
  燃烧实验
  氧指数   ％   ≥32  44
  单根垂直燃烧实验   -   通过  通过
  VW-1燃烧   -   通过  通过
  pH值   -   ≥4.3  6.3
  电导率   μS/mm   ≤10  0.3
实施例3：
电缆料各组分名称及各组分重量份数配比为：
EMA 1125(美国杜邦公司)            75kg；
马来酸酐接枝EMA                   25kg；
氢氧化镁                          80kg；
高岭土                            10kg；
三氧化二锑                        30kg；
硼酸三聚氰胺                      40kg；
甲基硅橡胶                        0.5kg；
硅烷                              1kg；
交联敏化剂TAIC                    3kg；
抗氧剂                            2kg；
乙撑双硬脂酰胺                    2kg；
引发剂                            0.4kg。
电缆料制备方法与实施例1相同。
对本实施例中制得的产品辐照交联后进行检测，各性能数值表示如下，指标值为国家规定应达到的标准值，典型值为检测本实施例中制备的产品性能值。
  实验项目名称   单位   指标值  实施例3典型值
  拉伸强度   MPa   ≥9.0  14.2
  断裂伸长率   ％   ≥150  330
  空气热老化
  实验条件：热老化温度   ℃   158±2
  持续时间   h   168
  拉伸强度变化率：不超过   ％   ±20  8
  断裂伸长率变化率：不超过   ％   ±20  -9
  冲击脆化温度
  实验温度   ℃   -25
  冲击脆化性能   实效数   ≤15/30  0/30
  热延伸
  实验条件：200℃，0.2MPa，15min
  负荷下伸长率   ％  ≤175   45
  冷却后永久变形   ％  ≤15   5
  体积电阻率(20℃)   Ω·m  ≥1×1012   5.3×1013
  介电强度   MV/m  ≥20   25
  燃烧实验
  氧指数   ％  ≥32   41
  单根垂直燃烧实验   -  通过   通过
  VW-1燃烧   -  通过   通过
  PH值   -  ≥4.3   6.0
  电导率   μS/mm  ≤10   0.4
实施例4：
电缆料各组分名称及各组分重量份数配比为：
EVA                            40kg；
EPDM                           40kg；
马来酸酐接枝EVA                20kg；
氢氧化镁                       80kg；
三氧化二锑                     20kg；
硼酸锌                         20kg；
三聚氰胺氰尿酸盐               40kg；
甲基硅橡胶                     1kg；
硅烷                           2kg；
交联敏化剂                     3kg；
抗氧剂                         2kg；
润滑剂                         2kg；
引发剂                         0.4kg。
电缆料制备方法与实施例1相同。
实施例5：
电缆料各组分名称及各组分重量份数配比为：
EVA                              80kg；
马来酸酐接枝聚乙烯               20kg；
氢氧化镁                         50kg；
聚磷酸胺                         30kg；
三聚氰胺氰尿酸盐                 30kg；
甲基硅橡胶                       1kg；
硅烷                             1kg；
交联敏化剂                       3kg；
抗氧剂                           2kg；
润滑剂                           2kg；
引发剂                           0.3kg。
电缆料制备方法与实施例1相同。
综上所述，采用本发明的辐照交联无卤高阻燃电缆料及其制备方法，可明显提高产品性能与加工工艺，电缆料产品具有如下优点：阻燃性能明显提高，产品具有快速自熄的特点；产品燃烧时成壳性好，无滴落物；产品加工性能优异，主机电流稳定；产品外观细腻、光滑。应用本发明的电缆料制作成的电线，可通过单根垂直燃烧、VW-1等阻燃实验要求，且具有广阔的应用前景。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，包括以下组分及含量(重量份)：
基础树脂             45～90份；
功能化聚烯烃树脂     10～55份；
氢氧化物类阻燃剂     45～125份；
成炭剂               30～50份；
阻燃润滑剂           30～50份；
甲基硅橡胶成壳剂     0.3～3份；
硅烷表面改性剂       0.5～2份；
交联敏化剂           2～5份；
抗氧剂               0.2～3份；
润滑剂               1～4份；
引发剂               0.1～1.0份。
2.根据权利要求1所述的辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，所述基础树脂为以下物质的一种或者多种的混合物：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、三元乙丙胶(EPDM)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物(POE)、热塑性弹性体(TPE)。
3.根据权利要求1所述的辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，所述功能化聚烯烃树脂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚烯烃弹性体。
4.根据权利要求1所述的辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，所述氢氧化物类阻燃剂为以下物质的一种或多种的混合物：氢氧化铝、氢氧化镁。
5.根据权利要求1所述的辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，所述成炭剂为以下物质的一种或多种的混合物：硼酸锌、三氧化二锑、高岭土、聚磷酸胺。
6.根据权利要求1所述的辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，所述阻燃润滑剂为以下物质的一种或多种的混合物：三聚氰胺(MC)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)、硼酸三聚氰胺(MB)。
7.根据权利要求1所述的辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，所述交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)或1，1，1-三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)。
8.根据权利要求1所述的辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，所述抗氧剂为以下物质的一种或多种的混合物：四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、N，N’-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼；
所述润滑剂为以下物质的一种或多种的混合物：硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、硅油、硅酮、乙撑双硬脂酰胺。
9.根据权利要求1所述的辐照交联无卤高阻燃电缆料，其特征在于，所述引发剂为以下物质的一种或多种的混合物：过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过氧化醋酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯。
10.一种辐照交联无卤高阻燃电缆料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将氢氧化物类阻燃剂、成炭剂、阻燃润滑剂在高速混合机中高速搅拌2分钟后，加入成壳剂继续高速搅拌升温至100℃以上，使成壳剂对氢氧化物类阻燃剂、成炭剂和阻燃润滑剂进行表面包覆；
B、再加入硅烷偶联剂搅拌5～8分钟，进行二次表面处理；
C、然后加入引发剂-乙醇溶液，在高速混合机中混合4～6分钟后出料；
D、使用带有温控装置和抽真空装置的混炼型双螺杆挤出机挤出造粒；
E、最后干燥、冷却，得到辐照交联无卤高阻燃电缆料产品；
所述引发剂-乙醇溶液的制备方法是将引发剂与无水乙醇以1∶10的比例搅拌混合成溶液；
所述混炼型双螺杆挤出机的挤出温度为130℃～165℃。
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