CN102964724B - 一种汽车用薄壁绝缘电线料及其制备方法 - Google Patents

一种汽车用薄壁绝缘电线料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽车用薄壁绝缘电线料及其制备方法，属于材料技术领域。它解决了现有技术中电缆线不能同时满足耐长期老化、耐低温、耐高温、高物理性能、燃烧不滴落及耐液体性好等问题。该线缆料由以下重量份的成分组成：基体树脂：100份；改性剂：30-40份；增塑剂：40-60份；填充剂：15-25份；阻燃剂：50-60份；稳定剂：5-10份；耐磨剂：1-5份；助剂：1-5份；其中，所述的增塑剂为卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己脂和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯的混合物，其重量比为5-10:3-6:1。本发明的汽车用薄壁绝缘低压电线料物理性能好，耐长期老化，成本低。

Description

一种汽车用薄壁绝缘电线料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电线料及其制备方法，尤其涉及一种汽车用薄壁绝缘电线料及其制备方法，属于新型材料技术领域。
背景技术
随着社会的进步，人们生活水平逐渐提高，不仅要求汽车线缆安全、环保、节能，还需耐高温、耐磨、耐油、耐寒、高强度等，还要求其逐渐向轻量化方向发展，即薄壁。为了实现薄壁绝缘，既可考虑采用新型材料，也可通过对材料的改性来提高其性能。一旦实现薄壁化，就有必要提高材料的物理性能，其原因是薄壁使单位体积的表面积比增大，容易受热和氧化的影响，增塑剂也有提早挥发掉的倾向，另外，与导体相接触的部分铜离子的扩散也会加速绝缘性能的劣化。为了使薄壁绝缘材料能维持其物理性能，就要对增塑剂、稳定剂、耐磨剂、加工助剂等的选择以及如何配伍的问题进行研究。如交联度过高对于高温下的强度来说是有利的，但挤出成形就会有些困难，很难发挥其原有的特性；使用挥发性小的增塑剂可提高耐热性，但是其增塑效率不高，且会降低其加工性和耐寒性；绝缘材料越薄，稳定剂、防氧化剂、加工助剂等的作用就越大，选择恰当的添加剂，可使绝缘薄壁汽车线缆料维持较高特性是现有技术中亟待解决的问题。
中国专利申请（公开号：CN 102604336A）公开了一种低烟无卤阻燃聚酯弹性体薄壁绝缘料及其制备方法，其采用聚酯弹性体60-80份、纳米复合阻燃剂20-30份、抗水解稳定剂2-5份、主抗氧剂1-2份、辅助抗氧剂0.3-0.5份、润滑剂2-5份为原料，其制备方法为125℃低烟无卤阻燃聚酯弹性体薄壁绝缘料各组分在混合机内混合均匀后在双螺杆挤出机内挤出造粒制成。虽然该方法用胺类抗水解稳定剂以解决聚酯弹性体在高热和湿热环境下产生的降解脆化，用聚烯烃树脂共混来提高绝缘等性能，但其仍然不能同时满足耐长期老化、耐低温、耐高温、燃烧不滴落及耐液体性等物理性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的缺陷，提供一种物理性能好，耐长期老化的汽车用薄壁绝缘电线料。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实施的：一种汽车用薄壁绝缘电线料，该线缆料由以下重量份的成分组成：
聚氯乙烯：100份；
改性剂：30-40份；
增塑剂：40-60份；
填充剂：15-25份；
阻燃剂：50-60份；
稳定剂：5-10份；
耐磨剂：1-5份；
助剂：1-5份；
其中，所述的增塑剂为卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己脂和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯的混合物，其重量比为5-10:3-6:1。
卤代双磷酸酯化合物FR-V6耐高温、稳定性及电绝缘性能好，且含有卤素及磷酸基团，具有阻燃效果。而癸二酸二正己脂具有良好的耐冲击性、低温挠曲性，且可塑性和流动性比一般增塑剂要好。卤代双磷酸酯化合物FR-V6为支链型酯类，癸二酸二正己脂为直链型脂肪二元酸酯，两者化学结构相差较大，使得互溶性较差，而2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯的结构中含有羰基，能与上述两者发生亲核反应，提高两者之间的互溶性，且2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯具有良好的加工性能。本发明经过大量改变各个成分的质量配比的实验，发现选用卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己脂和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯按重量比5-10:3-6:1混合形成的混合物作为增塑剂，可以得到耐长期老化、耐寒、耐液体、电绝缘性、燃烧结炭快不易滴落和增塑效果都较好的线缆料。经过实验得出，上述三种增塑剂通过适当的比例与本发明中的阻燃剂、改性剂、稳定剂等配伍使用，既保证了材料的增塑效果、耐长期老化及耐寒性等物理性能，又可以使线缆料拥有很好的加工性能。
在上述的汽车用薄壁绝缘电线料中，该线缆料由以下优选重量份的成分组成：
聚氯乙烯：100份；
改性剂：35-40份
增塑剂：45-55份；
填充剂：15-20份；
阻燃剂：55-60份；
稳定剂：6-9份；
耐磨剂：1-4份；
助剂：1-4份；
其中，所述的增塑剂为卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己脂和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯的混合物，其重量比为5-8:4-6:1。
最佳优选重量份的成分为：聚氯乙烯：100份；改性剂：35-38份；增塑剂：48-53份；填充剂：16-18份；阻燃剂：56-58份；稳定剂：7-8份；耐磨剂：2-3份；助剂：2-3份；其中，所述的增塑剂为卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己脂和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯的混合物，其重量比为6-8:5-6:1。
在上述的汽车用薄壁绝缘电线料中，所述的阻燃剂为改性粉煤灰玻璃体微粉和三氧化二锑、十溴二苯乙烷、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。
其中，所述的改性粉煤灰玻璃体微粉采用以下方法制备：将普通粉煤灰用粉体蝴蝶阀控制，使其均匀地通过球磨机粉碎，粉碎后用3000目过滤网的圆筒筛筛选，将筛选出的粉煤灰投入到高速沉降离心装置中进行分离，将分离出粒度为5-20μm的粉煤灰微粉投入到高速混合机内，边搅拌边升温至90℃-130℃，达到需要的温度后，将偶联剂三异硬脂酰基钛酸异丙酯通过自动喷淋装置呈雾状喷入高速混合机中，搅拌5-20分钟，待矿粉充分混合后即可得到改性粉煤灰玻璃体微粉。其中，所述的偶联剂三异硬脂酰基钛酸异丙酯与粉煤灰微粉的重量比为0.5-1.5:100。
现有技术中常用氢氧化铝作为阻燃剂，虽有一定的阻燃效果，但其要求用量极大，浪费资源，且氢氧化铝高温时易产生水汽，复合物材料易产生气孔出现发泡现象。现有技术中也常采用三氧化二锑及十溴二苯乙烷作为阻燃剂，虽阻燃效率高且无卤素释放，但是添加量稍多就会大幅提高成本，且锑有毒，易致爆，对环境有威胁，自然界中锑元素含量稀少，此外，十溴二苯乙烷中溴的加成条件极高，制取困难，不适宜大量应用。
针对这些情况，本发明采用了改性粉煤灰玻璃体微粉作为附配阻燃剂，粉煤灰的成分大多为煤粉中的不燃物，在高温烟气中急冷后呈玻璃体状态，含有部分空心微珠，是一种很好的耐高温防火材料。改性粉煤灰玻璃体微粉的主要成分含大量二氧化硅、三氧化二铝、氧化亚铁及氧化镁等氧化物，且含有丰富的氯、磷元素，使高分子复合材料燃烧时仍可保持较好的电绝缘性，高温燃烧时能有效防止烧焦，避免不必要的事故发生。同时，其中的氧化物一方面在材料燃烧时易结炭，不会产生大量浓烟，另一方面可与氢氧化铝发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，解决了氢氧化铝分解产生水汽的问题。本发明因添加了改性粉煤灰玻璃体微粉作附配阻燃剂，可适当提高氢氧化铝的添加量，减少昂贵的三氧化二锑及十溴二苯乙烷的用量，降低材料成本。此外，我国每年大约有3000多万吨的粉煤灰产生，有效利用还可解决很多环境问题及资源利用问题。经过偶联剂改性后的粉煤灰，表面形成了一层有机单分子层，可与合成树脂相互缠绕，形成网状结构，能大幅提高与高分子材料的相容性，也可提高材料的物理性能，如抗冲击性能、抗冻性、电绝缘性及强度。
在上述的汽车用薄壁绝缘电线料中，所述的改性剂为丁腈橡胶、顺丁橡胶、氯丁胶及丁苯胶中的一种或多种。
在上述的汽车用薄壁绝缘电线料中，所述的填充剂可为纳米碳酸钙、高岭土中的一种或多种，如没有特别的限制，可以为本技术领域常用的各种填充剂。
在上述的汽车用薄壁绝缘电线料中，所述的稳定剂为钙锌稳定剂，该钙锌稳定剂可通过商购获得。
在上述的汽车用薄壁绝缘电线料中，所述的耐磨剂为聚有机硅氧烷、聚氨酯橡胶、高耐磨炭黑、气相白炭黑中的一种或多种。
在上述的汽车用薄壁绝缘电线料中，所述的助剂可为聚乙烯蜡、硬脂酸、现有PVC常用的普通抗氧剂（如受阻酚类抗氧剂）中的一种或多种，可结合实际性能和用途添加，使之达到性能和加工的最佳效果。
本发明的另一个目的在于还提供了该汽车用薄壁绝缘电线料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）、制备增塑剂：按照一定重量比称取卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己脂和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯，将称好的原料混合均匀，得到增塑剂；
（2）、混配：将按一定重量比称取的聚氯乙烯倒入高混机搅拌均匀，倒入步骤（1）中制得的增塑剂，高速搅拌并加热，待增塑剂被聚氯乙烯完全吸收后，加入按一定重量比称取的改性剂、阻燃剂、填充剂、稳定剂、耐磨剂以及助剂，高速搅拌，搅拌温度为80℃~90℃，直至物料完全均匀；
（3）、加工造粒：将步骤（2）中混配好的物料从高混机中排出，投入密炼机内密炼，密炼温度为120℃-160℃，待物料完全塑化成团状后，趁热倒入喂料机中，由喂料机均匀加入到单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机温度为140℃-180℃，喂料频率为15-25HZ，主机转速为2800-3300r/min，最后由风机送入料仓包装即得到该汽车用薄壁绝缘电线料。
作为优选，步骤（3）中密炼温度设定为130℃~150℃，挤出机温度设定为150℃~170℃，喂料频率为20HZ，主机转速为3000r/min。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明各原料配伍合理，该汽车用薄壁绝缘电线料物理和机械性能好，耐长期老化，成本低。
2、本发明汽车用薄壁绝缘低压电线料的制备方法简单，工艺流程短，可适合大规模的工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；本发明并不限于这些实施例。
实施例1
按如下方法制备汽车用薄壁绝缘电线料：
配制增塑剂：按表1中实施例1增塑剂的重量份称取卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己脂和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二双异丁酸酯，将称好的原料混合均匀，得到增塑剂；
混配：按照表1中实施例1的重量份称取聚氯乙烯，将其倒入高混机中，搅拌均匀，然后倒入上述制备的增塑剂，高速搅拌并加热，待增塑剂被聚氯乙烯完全吸收后，加入按照表1中实施例1的重量份称取的改性剂、阻燃剂、填充剂、稳定剂、耐磨剂以及助剂，高速搅拌，搅拌温度为80℃，直至物料完全均匀；
加工造粒：将上述混配好的物料从高混机中排出，投入密炼机桶内密炼，密炼温度设定为120℃，待物料完全塑化成团状后，趁热倒入喂料机中，由喂料机均匀加入到单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机温度设定为150℃，喂料频率为20HZ，主机转速为3000r/min，最后由风机送入料仓包装即得到该汽车用薄壁绝缘电线料。
表1：汽车用薄壁绝缘电线料的实施例与比较例配方（重量份）
实施例2-4
按照实施例1的方法及表1中实施例2-4的原料成分及其重量份制备汽车用薄壁绝缘电线料A2-A4。
对比例1
按照实施例1的方法制备汽车用薄壁绝缘电线料DA1，区别在于将实施例1中的改性粉煤灰玻璃体微粉替换成等量的普通微米级粉煤灰。
对比例2
按照实施例1的方法制备汽车用薄壁绝缘电线料DA2，区别在于将实施例2中的改性粉煤灰玻璃体微粉替换成等量的普通微米级粉煤灰。
对比例3
按照实施例1的方法制备汽车用薄壁绝缘电线料DA3，区别在于将实施例3中的改性粉煤灰玻璃体微粉替换成等量的氢氧化铝。
对比例4
按照实施例1的方法制备汽车用薄壁绝缘电线料DA4，区别在于将实施例4中的改性粉煤灰玻璃体微粉替换成等量的氢氧化铝。
将本发明实施例1-4的样品A1-A4进行物理性能测试，结果见表2。
表2：本发明实施例1-4制备得的汽车用薄壁绝缘电线料的物理性能
将本发明实施例1-4的样品A1-A4及对比例1-4的样品DA1-DA4进行机械性能测试，结果见表3。
表3：实施例1-4和对比例1-4制备得的汽车用薄壁绝缘电线料的机械性能
从表3可以看出：本发明所得的汽车用薄壁绝缘电线料阻燃性能优，在普通线缆普遍难以通过的UL标准VW-1测试时均可顺利通过，且无任何滴落，其原因在于本发明采取的改性粉煤灰玻璃体微粉与氢氧化铝及基体树脂进行合理配比，再与其他阻燃剂结合使用。本发明实施例1-4制备的汽车用薄壁绝缘电线料的物理性能也大大超过了普通电缆料的平均水平。对比例1、2中的样品的物理性能有所下降，进行UL标准VW-1测试时不能通过，而对比例3、4样品均出现了滴落现象，且在VW-1测试中表现较差，均没有通过测试，这表明对比例中的样品抗滴落性和阻燃性均降低。此外，对比例3、4中样品的物理性能有明显下降，甚至达不到行业所需要求。
将所制得的线缆料拉成外径1.7mm，平均壁厚为0.24mm的2型薄壁绝缘电缆，实施例A1-A4的样品均能通过-40℃低温卷绕不开裂，且能通过3000h长期老化试验。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种汽车用薄壁绝缘电线料，该电线料由以下重量份的成分组成： 
聚氯乙烯：100份； 
改性剂：30-40份； 
增塑剂：40-60份； 
填充剂：15-25份； 
阻燃剂：50-60份； 
稳定剂：5-10份； 
耐磨剂：1-5份； 
助剂：1-5份； 
其中，所述的增塑剂为卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己酯和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯的混合物，其重量比为5-10:3-6:1，所述的阻燃剂为改性粉煤灰玻璃体微粉、三氧化二锑、十溴二苯乙烷、氢氧化铝的混合物，其中，所述的改性粉煤灰玻璃体微粉采用以下方法制备：将普通粉煤灰用粉体蝴蝶阀控制，使其均匀地通过球磨机粉碎，粉碎后用3000目过滤网的圆筒筛筛选，将筛选出的粉煤灰投入到高速沉降离心装置中进行分离，将分离出粒度为5-20μm的粉煤灰微粉投入到高速混合机内，边搅拌边升温至90℃-130℃，达到需要的温度后，将偶联剂三异硬脂酰基钛酸异丙酯通过自动喷淋装置呈雾状喷入高速混合机中，搅拌5-20分钟，待矿粉充分混合后即可得到改性粉煤灰玻璃体微粉。 
2.根据权利要求1所述的汽车用薄壁绝缘电线料，其特征在于，所述的电线料由以下优选重量份的成分组成： 
聚氯乙烯：100份； 
改性剂：35-40份 
增塑剂：45-55份； 
填充剂：15-20份； 
阻燃剂：55-60份； 
稳定剂：6-9份； 
耐磨剂：1-4份； 
助剂：1-4份； 
其中，所述的增塑剂为卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己酯和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯的混合物，其重量比为5-8:4-6:1。 
3.根据权利要求1或2所述的汽车用薄壁绝缘电线料，其特征在于，所述的改性剂为丁腈橡胶、顺丁橡胶、氯丁胶及丁苯胶中的一种或多种。 
4.根据权利要求1或2所述的汽车用薄壁绝缘电线料，其特征在于，所述的填充剂为纳米碳酸钙、高岭土中的一种或多种。 
5.根据权利要求1或2所述的汽车用薄壁绝缘电线料，其特征在于，所述的稳定剂为钙锌稳定剂。 
6.根据权利要求1或2所述的汽车用薄壁绝缘电线料，其特征在于，所述的耐磨剂为聚有机硅氧烷、聚氨酯橡胶、高耐磨炭黑、气相白炭黑中的一种或多种。 
7.根据权利要求1或2所述的汽车用薄壁绝缘电线料，其特征在于，所述的助剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、抗氧剂中的一种或多种。
8.一种如权利要求1所述汽车用薄壁绝缘电线料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 
(1)、制备增塑剂：按照权利要求1中所述重量份称取卤代双磷酸酯化合物FR-V6、癸二酸二正己酯和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯，将称好的原料混合均匀，得到增塑剂； 
(2)、混配：将按权利要求1中所述重量份称取的聚氯乙烯倒入高混机搅拌均匀，倒入步骤(1)中制得的增塑剂，高速搅拌并加热，待增塑剂被聚氯乙烯完全吸收后，加入按一定重量比称取的改性剂、阻燃剂、填充剂、稳定剂、耐磨剂以及助剂，高速搅拌，搅拌温度为80℃～90℃，直至物料完全均匀； 
(3)、加工造粒：将步骤(2)中混配好的物料从高混机中排出，投入密炼机内密炼，密炼温度为120℃-160℃，待物料完全塑化成团状后，趁热倒入喂料机中，由喂料机均匀加入到单螺杆挤出机中挤出造粒，单螺杆挤出机温度为140℃-180℃，喂料频率为15-25Hz，主机转速为2800-3300r/min，最后由风机送入料仓包装即得到该汽车用薄壁绝缘电线料。 
9.根据权利要求8所述的汽车用薄壁绝缘电线料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的密炼温度设定为130℃～150℃，挤出机温度设定为150℃～170℃，喂料频率为20Hz，主机转速为3000r/min。 
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