CN102295798B - 一种分支电缆用无卤低烟阻燃注塑料及其制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的一种分支电缆用无卤低烟阻燃注塑料及其制备与应用。本发明的无卤低烟阻燃注塑料，其主要原料包括无卤聚烯烃树脂、相容剂、磷氮类阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、加工润滑剂、抗氧剂和抗紫外线母料。本发明不含有卤元素，具有较高的断裂伸长率、氧指数和体积电阻率，并且流动性极好，在150-170℃下能迅速注满大型模具，注塑产品的表面光滑，特别适合用于制备无卤型分支电缆分支连接体。

Description

一种分支电缆用无卤低烟阻燃注塑料及其制备与应用
技术领域
本发明涉及材料，尤其涉及一种无卤低烟阻燃注塑料及其制备与应用。
背景技术
预分支电缆作为配电干线方式应用于城市高层建筑上，能使低压配电系统更安全、可靠、经济，已获得广泛的推广应用。随着世界各国环保和安全意识的提高，无卤低烟阻燃聚烯烃电缆得到了广泛应用并具有很大的发展潜力。无卤聚烯烃类预制分支电缆的电缆本体即主电缆和分支线采用无卤低烟阻燃聚烯烃电缆料，分支连接体从性能要求上亦应采用无卤低烟阻燃聚烯烃类材料。
对于普通聚氯乙烯(PVC)绝缘护套预制分支电缆，其注塑成型的关键是选择具有良好熔合性能的PVC注塑材料，由于聚氯乙烯模塑结构比较密实且熔合性能好，经高强度密闭处理，能形成良好的气密和防水性能。
无卤预制分支电缆分支连接体如果不采用无卤低烟阻燃聚烯烃类材料，而像制作普通预制分支电缆一样采用PVC注塑料，则因电缆本体是无卤聚烯烃类护套，分支连接体却是聚氯乙烯材料，两者不能充分粘接在一起，即使在电缆本体护套与分支连接体结合部位缠绕或涂抹如阻水带、阻水绳、自粘性橡胶带、热熔胶等处理措施，当在施工场地安装敷设时，粘接在一起的结合处就会出现间隙，出现严重的质量问题。
由于无卤低烟阻燃聚烯烃电缆料含有大量的填充料及无机阻燃剂，流动性差，挤出性能远不如普通PVC、PE材料。若用无卤低烟阻燃聚烯烃材料作为连接体的注塑料，解决的问题途径有：提高设备注塑加工能力、对模具进行适当设计或开发新型无卤注塑材料。相比较而言，开发新型无卤注塑材料是比较适合和可行的方案，很多电缆料生产厂家都在开发这种分支电缆用无卤注塑料了。但是，目前市场上性价比高的分支电缆用无卤注塑料很少，主要瓶颈技术是注塑料的流动性和其他机械性能、阻燃性能的平衡。用于注塑分支电缆连接体的模具比较大，在注塑过程中模具是不加热的，要使注塑的分支电缆连接体表面光滑，就必须要求使用的无卤注塑料具有极好的流动性。另外其他性能还需达到《JB/T10636-2006额定电压0.6/1kV(Um＝1.2kV)铜芯塑料绝缘预制分支电缆》对无卤聚烯烃注塑料性能的要求。
发明内容
本发明涉及的一种无卤低烟阻燃注塑料，本发明不含有卤元素，是一种环保型电缆注塑料，其流动性极好，在150-170℃下能迅速注满大型模具，注塑产品的表面光滑。
本发明的一种无卤低烟阻燃注塑料，采用包括下列组分及重量份的原料制得：
热塑性弹性体10-60份
乙烯-丙烯酸甲酯共聚物20-80
聚乙烯10-30份
相容剂10-30份
磷氮阻燃剂15-30份
无机阻燃剂50-130份
阻燃协效剂10-30份
消烟剂10-20份
抗氧剂0.4-0.6份
加工润滑剂1.5-2份
抗紫外线母料2.5-3份。
所述的热塑性弹性体为乙烯-丙烯-辛烯共聚物，其熔融指数(190℃×2.16kg即在190℃负荷2.16kg时)为2-30g/10min。
所述的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中的丙烯酸甲酯含量在13-18％，其熔融指数(190℃×2.16kg)为10-40g/10min。
所述的聚乙烯的熔指(190℃×2.16kg)为10-50g/10min。
所述的相容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、PE接枝马来酸酐或乙烯-醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐中的一种，其接枝率为1.5-2.0％，其熔融指数(190℃×2.16kg)为4-20g/10min。
所述的磷氮阻燃剂，磷的质量分数为23±1％，氮的质量分数为20±1％，平均粒径不大于5μm。如由东莞市道尔化工有限公司提供的磷氮阻燃剂Doher-6000
所述的无机阻燃剂为经硅烷偶联剂表面改性的、粒径为1.5-2μm的氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或两种组合。所述硅烷偶联剂优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷。硅烷偶联剂表面改性氢氧化铝或氢氧化镁的处理方法很多，常用的大致有干法和湿法两种，干法一般是将偶联剂配成水解溶液，喷洒至粉体中高速搅拌。硅烷偶联剂表面改性氢氧化铝或氢氧化镁也可经市购的方式获得。
所述的阻燃协效剂为三氧化二锑、硼酸锌和水滑石中的一种或多种组合。
所述的消烟剂包括钼酸钙、钼酸锌、八钼酸铵和氧化钼中的一种或多种组合。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010四〔β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)的搭配组合，其中抗氧剂1010与抗氧剂168的重量比为4∶1～1∶1；
所述的加工润滑剂为硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙和石蜡中一种或多种组合。
所述的抗紫外线母料的炭黑含量为45-48wt％。
本发明的无卤低烟阻燃注塑料，其有焰情况下的烟密度为150以下。
本发明的无卤低烟阻燃注塑料的制备原料中不含有卤元素。
本发明的无卤低烟阻燃注塑料的制备方法如下：
(1)将原料按照配比经高速混合机(转速为400～800rpm)混合均匀；
(2)将混合好的原料放入双螺杆机中挤出造粒。
双螺杆挤出机温度设置为：机筒一区140±5℃，机筒二区150±5℃，机筒三区155±5℃，机筒四区160±5℃，机筒五区165±5℃，机头和模具170±5℃。
本发明的无卤低烟阻燃注塑料可用于制备分支电缆分支连接体。
本发明的分支电缆用无卤低烟阻燃注塑料具有较高的断裂伸长率、氧指数和体积电阻率，并且流动性极好，在150-170℃下能迅速注满大型模具，注塑产品的表面光滑，特别适合用于制备无卤型分支电缆分支连接体，能达到《JB/T10636-2006额定电压0.6/1kV(Um＝1.2kV)铜芯塑料绝缘预制分支电缆》对无卤聚烯烃注塑料性能的要求。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
热塑性弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、相容剂、磷氮阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂、抗紫外线母料。具体配方如表1所示，性能如表2所示。
表1
  原料名称   重量份
  乙烯-丙烯-辛烯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为2g/10min)   60
  乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为40g/10min)   20
  聚乙烯(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为10g/10min)   20
  相容剂(乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐)(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为20g/10min)   10
  磷氮阻燃剂Doher-6000(磷的质量分数为23％，氮的质量分数为20％)   15
  氢氧化铝*   80
  三氧化二锑   10
  氧化钼   10
  1010   0.2
  168   0.2
  硬脂酸   0.8
  硬脂酸镁   0.8
  炭黑母料(炭黑含量为48wt.％)   2.5
*：硅烷偶联剂处理方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为1.5-2μm的氢氧化铝喷涂处理。
制备方法：将按重量比添加的热塑性弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、相容剂、磷氮阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂、抗紫外线母料。经高混机混合均匀，然后加入到双螺杆挤出机里挤出造粒，造粒需要两遍即将第一遍挤出的粒料重新加入到双螺杆挤出机里再塑化一遍。双螺杆挤出机温度设置为：机筒一区140±5℃，机筒二区150±5℃，机筒三区155±5℃，机筒四区160±5℃，机筒五区165±5℃，机头和模具170±5℃。
表2
  JB/T 10636-2006标准   实施例1
  拉伸强度(MPa)   ≥5.5   6.3
  断裂伸长率(％)   ≥120   220
  密度(g/cm3)   -   1.328
  熔指(150℃×2.16kg)g/10min   -   1.5
  氧指数(％)   ≥30   35
  体积电阻率(Ω·m)   ≥1.0×1010   5.5×1011
  烟密度(有焰法)   ≤150   60
  烟密度(无焰法)   -   140
实施例2
热塑性弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、相容剂、磷氮阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂、抗紫外线母料。具体配方如表3所示，性能如表4所示。
表3
  原料名称   重量份
  乙烯-丙烯-辛烯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为30g/10min)   50
  乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为10g/10min)   30
  聚乙烯(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为50g/10min)   20
  相容剂(乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐)(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为20g/10min)   15
  磷氮阻燃剂Doher-6000(磷的质量分数为23％，氮的质量分数为20％)   20
  氢氧化铝*   100
  三氧化二锑   15
  氧化钼   10
  1010   0.2
  168   0.2
  硬脂酸   1.2
  硬脂酸镁   0.8
  炭黑母料(炭黑含量为45wt.％)   2.5
*：硅烷偶联剂处理方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为1.5-2μm的氢氧化铝喷涂处理。
表4
  拉伸强度(MPa)   7.2
  断裂伸长率(％)   260
  密度(g/cm3)   1.412
  熔指(150℃×2.16kg)g/10min   2.3
  氧指数(％)   37
  体积电阻率(Ω·m)   2.8×1011
  烟密度(有焰法)   56
  烟密度(无焰法)   138
实施例3
热塑性弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、相容剂、磷氮阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂、抗紫外线母料。具体配方如表5所示，性能如表6所示。
表5
  原料名称   重量份
  乙烯-丙烯-辛烯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为2g/10min)   60
  乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为40g/10min)   20
  聚乙烯(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为10g/10min)   20
  相容剂(乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐)(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为20g/10min)   10
  磷氮阻燃剂Doher-6000(磷的质量分数为23％，氮的质量分数为20％)   15
  氢氧化镁*   80
  三氧化二锑   10
  氧化钼   10
  1010   0.2
  168   0.2
  硬脂酸   0.8
  硬脂酸镁   0.8
  炭黑母料(炭黑含量为48wt.％)   2.5
*：硅烷偶联剂处理方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为1.5-2μm的氢氧化镁经行喷涂处理。
表6
  拉伸强度(MPa)   6.5
  断裂伸长率(％)   240
  密度(g/cm3)   1.334
  熔指(150℃×2.16kg)g/10min   2.2
  氧指数(％)   37
  体积电阻率(Ω·m)   2.8×1012
  烟密度(有焰法)   50
  烟密度(无焰法)   120
实施例4
热塑性弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、相容剂、磷氮阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂、抗紫外线母料。具体配方如表7所示，性能如表8所示。
表7
  原料名称   重量份
  乙烯-丙烯-辛烯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为30g/10min)   50
  乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为10g/10min)   30
  聚乙烯(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为50g/10min)   20
  相容剂(乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐)(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为20g/10min)   15
  磷氮阻燃剂Doher-6000(磷的质量分数为23％，氮的质量分数为20％)   20
  氢氧化镁*   100
  三氧化二锑   15
  氧化钼   10
  1010   0.4
  168   0.1
  硬脂酸   1.2
  硬脂酸镁   0.8
  炭黑母料(炭黑含量为45wt.％)   2.5
*：硅烷偶联剂处理方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为1.5-2μm的氢氧化镁经行喷涂处理。
表8
  拉伸强度(MPa)   7.8
  断裂伸长率(％)   250
  密度(g/cm3)   1.423
  熔指(150℃×2.16kg)g/10min   2.3
  氧指数(％)   39
  体积电阻率(Ω·m)   6.3×1012
  烟密度(有焰法)   48
  烟密度(无焰法)   100
实施例5
热塑性弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、相容剂、磷氮阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂、抗紫外线母料。具体配方如表9所示，性能如表10所示。
表9
  原料名称   重量份
  乙烯-丙烯-辛烯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为2g/10min)   10
  乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为40g/10min)   80
  聚乙烯(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为20g/10min)   10
  相容剂(乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐)(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为20g/10min)   30
  磷氮阻燃剂Doher-6000(磷的质量分数为23％，氮的质量分数为20％)   30
  氢氧化铝*   50
  三氧化二锑   30
  氧化钼   20
  1010   0.3
  168   0.3
  硬脂酸   1.2
  硬脂酸镁   0.8
  炭黑母料(炭黑含量为48wt.％)   3
*：硅烷偶联剂处理方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为1.5-2μm的氢氧化铝经行喷涂处理。
表10
  拉伸强度(MPa)   7.2
  断裂伸长率(％)   280
  密度(g/cm3)   1.128
  熔指(150℃×2.16kg)g/10min   2.7
  氧指数(％)   33
  体积电阻率(Ω·m)   7.3×1012
  烟密度(有焰法)   80
  烟密度(无焰法)   120
实施例6
热塑性弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、相容剂、磷氮阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂、抗紫外线母料。具体配方如表11所示，性能如表12所示。
表11
原料名称   重量份
乙烯-丙烯-辛烯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为30g/10min)   10
乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为10g/10min)   80
聚乙烯(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为50g/10min)   30
相容剂(乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐)(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为20g/10min)   30
磷氮阻燃剂Doher-6000(磷的质量分数为23％，氮的质量分数为20％)   30
氢氧化铝*   130
三氧化二锑   30
氧化钼   20
1010   0.3
168   0.3
硬脂酸   1.2
硬脂酸镁   0.8
炭黑母料(炭黑含量为48wt.％)   3
*：硅烷偶联剂处理方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为1.5-2μm的氢氧化铝经行喷涂处理。
表12
  拉伸强度(MPa)   6.5
  断裂伸长率(％)   200
  密度(g/cm3)   1.328
  熔指(150℃×2.16kg)g/10min   2.0
  氧指数(％)   36
  体积电阻率(Ω·m)   1.3×1012
  烟密度(有焰法)   68
  烟密度(无焰法)   106
实施例7
热塑性弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯、相容剂、磷氮阻燃剂、无机阻燃剂、阻燃协效剂、消烟剂、抗氧剂、加工润滑剂、抗紫外线母料。具体配方如表13所示，性能如表14所示。
表13
  原料名称   重量份
  乙烯-丙烯-辛烯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为30g/10min)   10
  乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为40g/10min)   80
  聚乙烯(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为10g/10min)   30
  相容剂(乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐)(熔融指数在190℃×2.16kg条件下为20g/10min)   30
  磷氮阻燃剂Doher-6000(磷的质量分数为23％，氮的质量分数为20％)   30
  氢氧化镁*   130
  三氧化二锑   30
  氧化钼   20
  1010   0.3
  168   0.3
  硬脂酸   1.2
  硬脂酸镁   0.8
  炭黑母料(炭黑含量为48wt.％)   3
*：硅烷偶联剂处理方法：用硅烷偶联剂KH550对粒径为1.5-2μm的氢氧化铝经行喷涂处理。
表14
  拉伸强度(MPa)   6.8
  断裂伸长率(％)   210
  密度(g/cm3)   1.388
  熔指(150℃×2.16kg)g/10min   2.0
  氧指数(％)   38
  体积电阻率(Ω·m)   5.3×1012
  烟密度(有焰法)   42
  烟密度(无焰法)   95

Claims (9)

1.一种无卤低烟阻燃注塑料，其制备原料包括以下重量份的组分：
Figure FSB00000921197000011
所述的热塑性弹性体为乙烯-丙烯-辛烯共聚物；所述的相容剂为乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、PE接枝马来酸酐或乙烯-醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐中的一种；所述的无机阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或两种组合；所述的阻燃协效剂为三氧化二锑；所述的消烟剂选自钼酸钙、钼酸锌、八钼酸铵和氧化钼中的一种或多种组合；所述的抗紫外线母料的炭黑含量为45-48％。
2.根据权利要求1所述的无卤低烟阻燃注塑料，其特征在于，所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的组合；所述的加工润滑剂为硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙和石蜡中一种或多种组合。
3.根据权利要求2所述的无卤低烟阻燃注塑料，其特征在于，所述乙烯-丙烯-辛烯共聚物的熔融指数在190℃负荷2.16kg时为2-30g/10min；所述的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中的熔融指数在190℃负荷2.16kg时为10-40g/10min；所述的聚乙烯的熔融指数在190℃负荷2.16kg时为10-50g/10min；所述乙烯-辛烯共聚物按枝马来酸酐、PE接枝马来酸酐或乙烯-醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐的熔融指数在190℃负荷2.16kg时为4-20g/10min。
4.根据权利要求2所述的无卤低烟阻燃注塑料，其特征在于，所述抗氧剂中，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯重量比为4∶1～1∶1。
5.根据权利要求1所述的无卤低烟阻燃注塑料，其特征在于，所述的磷氮阻燃剂中，磷质量分数为22-24％，氮质量分数为19-21％，平均粒径不大于5μm。
6.根据权利要求1所述的无卤低烟阻燃注塑料，其特征在于，所述的无机阻燃剂为经过硅烷偶联剂表面改性、粒径为1.5-2μm的氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或两种组合。
7.权利要求1-6任一权利要求所述无卤低烟阻燃注塑料的制备方法，为将原料按照配比经高速混合机混合均匀后放入双螺杆机中挤出造粒。
8.根据权利要求7所述无卤低烟阻燃注塑料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机温度设置为：机筒一区135-145℃，机筒二区145-155℃，机筒三区150-160℃，机筒四区155-165℃，机筒五区160-170℃，机头和模具165-175℃。
9.根据权利要求1-6任一所述无卤低烟阻燃注塑料用于制备分支电缆分支连接体的用途。
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