CN102076778A - 阻燃性组合物、使用所述阻燃性组合物的绝缘电线和线束 - Google Patents

阻燃性组合物、使用所述阻燃性组合物的绝缘电线和线束 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有优异耐磨性和耐寒性的阻燃性组合物以及使用所述阻燃性组合物的绝缘电线和线束。所述阻燃性组合物包含基础树脂和阻燃剂，所述基础树脂具有500MPa以上的弯曲模量并在-20℃下具有1kJ/m2以上的却贝冲击强度，所述阻燃剂为包含氢氧化镁作为主成分的天然矿物的粉碎物。所述基础树脂优选包含聚丙烯作为主成分，且相对于100质量份的所述基础树脂，所述氢氧化镁的含量优选为30～250质量份。所述绝缘电线包含导体和包覆所述导体的所述阻燃性组合物。所述线束包含所述绝缘电线。

Description

阻燃性组合物、使用所述阻燃性组合物的绝缘电线和线束
技术领域
本发明涉及阻燃性组合物以及使用所述阻燃性组合物的绝缘电线和线束。
背景技术
通常，关于优选用于车辆如汽车用部件和电气/电子设备用部件的布线的绝缘电线，已经广泛使用一种绝缘电线，在所述绝缘电线中利用添加了含卤阻燃剂的氯乙烯树脂组合物对导体进行包覆。
然而，这种氯乙烯树脂组合物包含卤元素，使得在汽车燃烧的情况中或通过焚烧来处理电气/电子设备时会排放有害的含卤气体，从而造成环境污染。
从降低全球环境负担的观点来看，近来已经使用在燃烧期间不排放有害含卤气体的所谓的非卤阻燃性组合物来代替氯乙烯树脂组合物，所述非卤阻燃性组合物包含烯烃树脂且向其中添加了金属氢氧化物如氢氧化镁以作为非卤阻燃剂。
在这种阻燃性组合物中，添加了大量的氢氧化镁以赋予足够的阻燃性。从海水合成的合成氢氧化镁比较昂贵，因此近期已经使用低价的天然氢氧化镁以降低制造成本。
例如，专利文献1公开了一种绝缘电线，其中利用一种阻燃性组合物对所述绝缘电线进行包覆，所述阻燃性组合物通过向树脂或橡胶如乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、聚乙烯和乙烯丙烯橡胶中添加作为阻燃剂的氢氧化镁而制备。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本特许第3339154号公报
发明内容
本发明要解决的问题
然而，烯烃树脂基本上是易燃的，且与含卤阻燃剂相比，非卤阻燃剂的阻燃效果较差。因此，为了实现充分的阻燃性，应在非卤阻燃性组合物中添加大量的金属氢氧化物。然而，添加大量金属氢氧化物的常规绝缘电线具有使机械性能如耐磨性和耐寒性显著下降的问题。
本发明的目的是提供一种具有优异耐磨性和耐寒性的阻燃性组合物以及使用所述阻燃性组合物的包覆电线和线束。
解决问题的手段
根据本发明的阻燃性组合物包含基础树脂和阻燃剂，所述基础树脂具有500MPa以上的弯曲模量并在-20℃下具有1KJ/m2以上的却贝(Charpy)冲击强度，且所述阻燃剂为含有氢氧化镁作为主成分的天然矿物的粉碎物。
优选的是，所述基础树脂含有聚丙烯作为主成分。
优选的是，相对于100质量份的基础树脂，所述氢氧化镁的含量为30～250质量份。
本发明的绝缘电线包含导体和包覆所述导体的上述阻燃性组合物。
本发明的线束包含上述绝缘电线。
发明效果
本发明的阻燃性组合物含有弯曲模量为500MPa以上的基础树脂，所以提高了耐磨性。因为所述基础树脂在-20℃下具有1KJ/m2以上的却贝冲击强度，所以获得了足够的耐寒性。
当所述基础树脂含有聚丙烯作为主成分时，优势明显。
当相对于100质量份的基础树脂，氢氧化镁的含量为30～250质量份时，获得了更优异的耐磨性和耐寒性。
在本发明的绝缘电线和包含所述绝缘电线的线束中，利用上述阻燃性组合物对所述导体进行包覆。因此，防止了绝缘包覆材料的劣化，从而实现了长期的高可靠性。
具体实施方式
下文将提供本发明优选实施方式的详细说明。
本发明的阻燃性组合物包含特定的基础树脂、以及作为阻燃剂的氢氧化镁。从提高耐磨性的观点来看，所述基础树脂的弯曲模量为500MPa以上。如果所述基础树脂的弯曲模量小于500MPa，则组合物不能充分固化，且不能提高耐磨性。所述基础树脂的弯曲模量优选为600MPa以上、更优选为700MPa以上。所述基础树脂的弯曲模量的上限不受特别限制。然而，考虑到柔软性，所述基础树脂的弯曲模量优选为5000MPa以下、更优选为4800MPa以下、还更优选为4500MPa以下。优选通过使用张力试验仪来对基础树脂的弯曲模量进行测量。
从获得足够的耐寒性的观点来看，所述基础树脂在-20℃下具有1KJ/m2以上的却贝冲击强度。所述却贝冲击强度优选为1.2KJ/m2以上，更优选为1.5KJ/m2以上。所述却贝冲击强度的上限不受特别限制。然而，从获得充分的柔软性的观点来看，所述却贝冲击强度优选为100KJ/m2以下，更优选为98KJ/m2以下，还更优选为95KJ/m2以下。根据ISO 179来测量基础树脂的却贝冲击强度。
所述基础树脂优选含有聚丙烯作为主成分，因为聚丙烯价格低廉且易于获得高的弯曲模量。关于含聚丙烯作为主成分的树脂，可以使用可商购的树脂。包含聚丙烯作为主成分、弯曲模量为500MPa以上、在-20℃下具有1KJ/m2以上的却贝(Charpy)冲击强度且可商购的树脂的实例包括由日本聚丙烯株式会社(JAPAN POLYPROPYLENE CORPORATION)制造的“BC8”、“BC6C”、“BC6DR”、“BC4ASW”和“BC3F”；由蒙泰昭和株式会社(SUNALLOMER LTD.)制造的“PB370A”、“PB270A”和“PB170”；以及由普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.)制造的“BJS-MU”、“J704LB”、“J704UG”、“J705UG”、“J356HP”、“J452HP”、“J466HP”、“J762HP”、“40300J”、“45200”和“1108J”。为了控制弯曲模量和却贝冲击强度，上述树脂可含有橡胶成分。
作为阻燃剂的氢氧化镁优选源自天然矿物。所述氢氧化镁源自所谓的天然水镁石且通过对含氢氧化镁作为主成分的天然水镁石进行湿式粉碎或干式粉碎来制造。通过对天然矿物进行粉碎来制备氢氧化镁，因此与使用合成的氢氧化镁相比，制造成本下降。
相对于组合物中100质量份的聚合物成分，氢氧化镁的含量优选在30～250质量份的范围内，更优选在40～230质量份的范围内，还更优选在50～200质量份的范围内。如果氢氧化镁的含量小于30质量份，则阻燃性易于下降，且如果氢氧化镁的含量超过250质量份，则难以获得足够的机械性能。
通过粉碎处理将氢氧化镁制成粒子。所述粉碎的氢氧化镁的平均粒度优选在0.1～20μm的范围内。如果平均粒度小于0.1μm，则易于发生二次凝聚，且包含阻燃剂和有机聚合物的组合物的机械性能易于下降。如果平均粒度大于20μm，则当将氢氧化镁用作阻燃剂时电线包覆材料的外观易于劣化。所述平均粒度优选在0.2～10μm的范围内，更优选在0.5～5μm的范围内。
由于粉碎的氢氧化镁具有大的表面粗糙度，所以与树脂的粘附容易下降。因此，可以对氢氧化镁进行表面处理。关于表面处理剂，优选使用脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸酯、硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。它们可以单独使用或者组合使用。
相对于100质量份的氢氧化镁，表面处理剂的含量优选在0.1～20质量份的范围内，更优选在0.3～10质量份的范围内，还更优选在0.5～5质量份的范围内。如果表面处理剂的含量小于0.1质量份，则提高电线特性的效果易于下降，且如果表面处理剂的含量超过20质量份，则由此添加的过量表面处理剂易于作为杂质而残留，从而使得电线的性能易于下降。
当使用表面处理过的氢氧化镁时，可以将预先利用表面处理剂进行过表面处理的氢氧化镁共混入组合物中，或者可以将未处理的氢氧化镁与组合物中的表面处理剂共混以进行表面处理，这不受特别限制。
如果需要，本发明的阻燃性树脂组合物可包含其它添加剂，条件是不损害所述阻燃性树脂组合物的性能。所述添加剂不受特别限制，例如可使用通常用作电线包覆材料的填料、颜料、抗氧化剂和防老化剂。
本发明阻燃性树脂组合物的制造方法包括对阻燃剂和基础树脂进行捏合的步骤。优选通过使用常用的捏合机如班伯里(Banbury)混合机、加压捏合机、捏合挤出机、双螺杆挤出机和滚筒来进行阻燃剂和基础树脂的捏合步骤。
可以这样进行捏合步骤，预先将基础树脂放入捏合机中，并将阻燃剂添加至正在搅拌的基础树脂中；或者可以这样进行捏合步骤，预先将阻燃剂放入捏合机中，并将基础树脂添加至正在搅拌的阻燃剂中。另外优选的是，在捏合之前通过使用翻斗机对基础树脂和阻燃剂进行干燥共混，然后将共混的组合物放入捏合机中以进行捏合。
在捏合期间的温度优选为使得阻燃剂易于分散在基础树脂中的温度。所述温度优选在100℃～300℃的范围内，更优选在120℃～280℃的范围内。在捏合之后，将阻燃性组合物从捏合机中取出。在这种情况下，优选通过使用造粒机来将所述阻燃性组合物成形为小球状。
接下来，将提供本发明的绝缘电线和本发明的线束的说明。
本发明的绝缘电线包含作为绝缘包覆材料的上述阻燃性树脂组合物。在所述绝缘电线中，所述绝缘包覆材料可直接包覆导体，或者可以在导体与绝缘包覆材料之间插入其它中间材料如屏蔽导体或其它绝缘体。
所述导体的尺寸和材料不受特别限制，并可以根据预期用途来确定。所述绝缘包覆材料的厚度不受特别限制，且可以根据诸如导体尺寸的因素来确定。
通过使用常用的挤出成形装置，利用本发明的阻燃性树脂组合物对导体进行挤出包覆可以制备上述绝缘电线，其中通过使用常用的捏合机如班伯里混合机、加压捏合机、和滚筒来对所述阻燃性树脂组合物进行捏合。
本发明的线束包含上述绝缘电线。可将所述线束构造为仅由上述绝缘电线构成的电线束，或者可将其构造为包含由有机聚合物组合物包覆的绝缘电线如氯乙烯绝缘电线和不含卤元素的绝缘电线的电线束。例如，优选利用线束保护材料对所述电线束进行包覆。所述线束的数目不受特别限制且可以任意确定。
例如，线束保护材料对其中将多根绝缘电线捆成一束的电线束进行包覆以保护所述电线束不受外部环境的影响。尽管所述线束保护材料的基础材料不受特别限制，但是优选使用聚烯烃树脂组合物如聚乙烯和聚丙烯。优选的是，合适地向树脂组合物中添加阻燃剂。
根据预期用途，所述线束保护材料可选自在其至少一侧上涂布有粘合剂的带状基础材料、以及管状或片状基础材料。
实施例
现在将参考实施例对本发明进行具体的更详细的说明。然而，本发明不限于此。
1.所使用的材料、制造商和其它信息
下面提供了在实施例和比较例中使用的材料及其制造商、商品名称和其它信息。
(A)基础树脂
(A-1)聚乙烯[制造商：普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.).，商品名称：40300J]
(A-2)聚乙烯[制造商：普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.)，商品名称：45200]
(A-3)聚乙烯[制造商：普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.)，商品名称：1108J]
(A-4)聚丙烯[制造商：普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.)，商品名称：BJS-MU]
(A-5)聚丙烯[制造商：蒙泰昭和株式会社(SUNALLOMER LTD.)，商品名称：PB270A]
(A-6)聚丙烯[制造商：蒙泰昭和株式会社(SUNALLOMER LTD.)，商品名称：PB371A]
(A-7)聚乙烯[制造商：普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.)，商品名称：3550R]
(A-8)聚乙烯[制造商：普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.)，商品名称：4570]
(A-9)聚乙烯[制造商：普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.)，商品名称：25100J]
(A-10)聚丙烯[制造商：日本聚丙烯株式会社(JAPAN POLYPROPYLENE CORPORATION)，商品名称：NF4103]
(A-11)聚丙烯[制造商：日本聚丙烯株式会社(JAPAN POLYPROPYLENE CORPORATION)，商品名称：BX8HR]
(A-12)聚丙烯[制造商：普瑞曼聚合物株式会社(PRIME POLYMER CO.，LTD.)，商品名称：J108M]
(B)阻燃剂
氢氧化镁[制造商：非迈特克株式会社(FIMATEC LTD.)，商品名称：JUNMAG C]
(C)抗氧化剂
抗氧化剂[制造商：汽巴精化株式会社(CIBA SPECIALTY CHEMICALS INC.)，商品名称：IRGANOX 1010]
阻燃性组合物和绝缘电线的制备
首先，使用双螺杆挤出机在200℃的混合温度下对下表中所示的成分进行捏合并通过使用造粒机来进行造粒。由此，获得了实施例的阻燃性树脂组合物和比较例的阻燃性树脂组合物。然后，通过使用挤出机利用得到的组合物对导体(横截面积：0.5mm2)进行挤出包覆至具有0.2mm的厚度，制备了实施例和比较例的绝缘电线，所述导体为通过将七根退火铜线捆成一束而制备的退火铜绞合线。
试验方法
对按上述制备的绝缘电线进行耐寒性试验和耐磨性试验。在下文中，将提供试验程序和评价标准的说明。
耐寒性试验
根据JIS C3005进行了耐寒性试验。具体来说，将绝缘电线切割成38mm长的试验样品。将五个试验样品放入试验机中，并在冷却的同时通过打击器具对所述试验样品进行打击。将所有五个试验样品都断裂时的温度定义为耐寒温度。将耐寒温度为-20℃以下的绝缘电线视为合格。
耐磨试验
通过根据JASO D611-94的刮刀往复法来进行耐磨性试验。更具体地说，将非卤绝缘电线切割成750mm长的试验样品，然后在23℃±5℃的室温下，在固定于台上的各试验样品的绝缘包覆材料表面上，使刮刀在其轴向上以10mm以上的长度进行往复运动，并对因绝缘包覆材料的磨损而导致刮刀与导体接触之前的往复次数进行计数。此时，将施加到刮刀上的负荷设定为7N，并使得刮刀在50次/分钟的速度下进行往复运动。然后，将所述试验样品移动100mm并顺时针旋转90°，并重复上述测试。对于一个试验样品总共进行四次测试，将最小往复次数为200次以上的样品视为合格，并将最小往复次数小于200次的样品视为不合格。
表1示出了制备的绝缘电线的组合物的成分构成和评价结果(单位：质量份)。
表1表明，比较例的绝缘电线在阻燃性、耐磨性和耐寒性的任一评价项中都较差。
具体来说，在-20℃下的却贝冲击强度为1KJ/m2以上但弯曲模量小于500MPa的比较例1、3和5的绝缘电线具有优异的耐寒性但耐磨性较差。
弯曲模量为500MPa以上，但在-20℃下的却贝冲击强度小于1KJ/m2的比较例2、4和6的绝缘电线具有优异的耐磨性但耐寒性较差。
与此相反，弯曲模量为500MPa以上且在-20℃下的却贝冲击强度为1KJ/m2以上的实施例的绝缘电线具有优异的耐寒性和耐磨性两者。
尽管上面已经对本发明的优选实施方式和实施例进行了描述，但是应理解，在不背离本发明的范围和主旨的情况下，对于本领域的技术人员，各种变化和修改将显而易见。

Claims (5)

1.一种阻燃性组合物，其包含：
基础树脂，所述基础树脂具有500MPa以上的弯曲模量并在-20℃下具有1KJ/m2以上的却贝冲击强度；和
阻燃剂，所述阻燃剂为包含氢氧化镁作为主成分的天然矿物的粉碎物。
2.如权利要求1所述的阻燃性组合物，其中所述基础树脂含有聚丙烯作为主成分。
3.如权利要求1或2所述的阻燃性组合物，其中相对于100质量份的所述基础树脂，所述氢氧化镁的含量为30～250质量份。
4.一种绝缘电线，其包含：
导体；和
包覆所述导体的如权利要求1～3中任一项所述的阻燃性组合物。
5.一种线束，其包含如权利要求4所述的绝缘电线。
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