CN102964725A - 一种经济环保型高分子基电缆桥架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种经济环保型高分子基电缆桥架，包括下列含量的组分：PVC，100phr；钙锌复合稳定剂，5phr；CPE，10phr；P83，3phr；石蜡，0.5phr；PE蜡，0.3phr；ACR，0.4phr；碳酸钙晶须，10phr；十溴二苯乙烷，8phr；纳米三氧化二锑，5phr；复合硼酸锌，2phr；二氧化钛，5phr；1010，0.5phr；UV-531，0.2phr。本发明攻克了防火环保型多元复合材料强度和抗水性能的的关键技术，具有环保美观、质量小、阻燃、耐腐蚀、造价低、现场安装方便、使用寿命长等特点，可广泛应用于化工、石油等行业，更适合潮湿、盐雾、有化学气体的环境条件下使用。

Description

一种经济环保型高分子基电缆桥架

技术领域

本发明涉及一种经济环保型高分子基电缆桥架，属于新材料领域。

背景技术

电缆桥架已广泛应用于高速铁路、高速公路和地铁等桥梁场合布线，传统在用桥架有水泥、金属和玻璃钢材料制作的，造成施工不便，或造价高昂，或使用寿命不长，或不能循环使用造成环境污染。

目前市场上流通的电缆桥架大致有以下几种:普通A3镀锌(喷塑)钢制电缆桥架、不锈钢制电缆桥架、铝合金制电缆桥架、玻璃钢制电缆桥架等。

(1)A3镀锌(喷塑)钢制桥架优点为造价低，生产工艺简单，但同时存在防腐性差、易氧化生锈、使用寿命不长、导热系数高、不环保(镀锌会对环境造成污染)、防火性差等缺点。一旦电缆周围环境发生火灾，钢制桥架的温度很快传递给电缆，会引起电缆损伤。

(2)不锈钢制电缆桥架优点为外形美观，使用寿命长，防腐性能好，但造价高，导热系数高，火灾时也会引起电缆损伤。

(3)铝合金制电缆桥架优点为外形美观，重量轻，但也存在造价高、强度低、承载力小、表面易氧化、导热系数高等缺点。

(4)玻璃钢制电缆桥架优点为重量轻，耐腐蚀，使用寿命长，但同时存在造价高、不环保等缺点、能做到阻燃，但遭遇明火会产生大量浓烟而影响人的生命安全。

传统桥架产品是一种附加值较低的产品，仅是对原材料进行一些简单的机械加工和表面处理，传统桥架产品的成本中有相当一部分是原材料的成本，生产电缆桥架产品消耗了大量的钢铁、锌等自然资源，并没有创造更多的附加价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型高分子基电缆桥架。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种经济环保型高分子基电缆桥架，包括下列含量的组分：PVC，100phr；钙锌复合稳定剂，5phr；CPE，10phr；P83，3phr；石蜡，0.5phr；PE蜡，0.3phr；ACR，0.4phr；碳酸钙晶须，10phr；十溴二苯乙烷，8phr；纳米三氧化二锑，5phr；复合硼酸锌，2phr；二氧化钛，5phr；1010，0.5phr；UV-531，0.2phr。

原材料选择：

1.高分子基树脂选择

聚氯乙烯(PVC)树脂是一种常用的高分子合成材料，具有耐腐蚀、电绝缘、阻燃性和机械强度高等优异性能，广泛用于工农业及日常生活等各个领域。由于PVC树脂分子链中有大量的极性键C-Cl键，分子之间存在着较大作用力，因此PVC树脂比较坚硬，同时具有很好的阻燃性，是电缆桥架理想的首选材料。

2.增韧剂选择

聚氯乙烯增韧剂广泛采用弹性体类，弹性体增韧PVC的机理主要有以下两种理论：

（1）在塑料和橡胶复合物中，剪切屈服和银纹化同时存在，弹性体粒子应力集中诱发大量银纹或剪切带，从而吸收能量，同时弹性体粒子及剪切带均可终止银纹，阻止其扩展成裂纹。

（2）弹性体通过自身破裂，延伸或形成空穴作用吸收能量，离散型核-壳结构聚合物就可以桥连裂纹阻止裂纹增长，高延伸性可使界面不易完全断裂，空穴作用导致应力集中能够引发剪切带。

2.1NBR增韧改性PVC

NBR作为丁二烯与丙烯腈的共聚物，不仅有优异的耐油、耐老化及耐磨等优点，且又与PVC相容性好，因而得到广泛的应用。不过两者的相容性极大程度地受到NBR中丙烯腈含量的影响。据研究表明：NBR中AN含量在大约20%时，PVC/NBR复合材料的冲击强度最高，如NBR18比NBR26的增韧效果更好，橡胶粒子的分布对PVC/NBR共混物韧性的影响也很大，准网络形状PVC/NBR共混物的Tc比无规形态共混物的Tc大得多，表明准网络形态比无规形态更有利于增韧。

2.2ABS增韧改性PVC

ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的聚合物，是一种优良的工程塑料，在较宽的范围内具有较高的冲击强度与表面硬度。由于其溶解参数与PVC接近，有较好的相容性，故两者熔融共混制成的PVC/ABS合金冲击强度高，综合性能好，因而在家用电器、汽车制造、建筑工业等领域得到广泛应用。

ABS中橡胶B的含量大小决定该合金的冲击强度，高橡胶含量（36.5%）的ABS比低橡胶含量（30%）的ABS的冲击强度高很多，并且在m(PVC)/m(ABS)=(60～0)/(40～100)范围内出现协同效应，冲击强度比纯ABS高，在70/30时，缺口冲击强度最高。

2.3MBS增韧改性PVC

MBS是一种热塑性弹性体，兼有塑料和橡胶的性能，与PVC有很好的相容性，是良好的PVC增韧剂。当MBS含量为PVC的12%～20%时，共混物的缺口冲击强度是纯PVC的8～10倍。

2.4EVA增韧改性PVC

EVA改性的PVC/EVA共混物可明显改善PVC的柔韧性，并降低加工温度，以EVA-45进行PVC改性，其含量为75%时，体系的冲击性能最佳，其他性能也较好。

PVC/EVA共混物除可提高PVC的韧性，还可改善PVC的透气性和耐侯性。适宜制造户外使用的不透明制品，如门窗、窗框等建材及抗冲管材。

2.5ACR增韧改性PVC

ACR是由甲基丙烯酸甲酯接枝到丙烯酸酯分子上而制成的。ACR抗冲改性剂含有丙烯酸酯类交联弹性体形成的核，核外是甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸乙酯共聚物组成的壳。随ACR加入量的增加，硬质PVC材料的冲击强度逐步上升，尤其在5～10份范围内，冲击强度的变化最快，而10份时基本达到最高值。

2.6CPE增韧改性PVC

CPE（氯含量为30%～40%）是硬质PVC常用的抗冲改性剂，其应用技术已较成熟。它作为弹性体在结构上有很多优点，因而赋予了PVC良好的综合性能。复合材料的韧性与CPE含量几乎成线性关系。一般认为，氯含量为39%左右的CPE对PVC有较好的增韧效果，CPE用量为8～16份时效果最佳，CPE用量的提高使共混物的性能提高，但拉伸强度和耐热性会下降。CPE增韧改性PVC，主要与其含氯量和制备条件有关，CPE用量为7～15份时，增韧效果突出，含氯量一般为25%～40%。含氯量为36%的CPE具有冲击强度、加工性和分散性的最佳组合。

2.7Elvaloy增韧改性PVC

Elvaloy是杜邦研发的具有较低的Tg和热稳定剂较好的三元共聚物，是乙烯、醋酸乙烯酯、一氧化碳的共聚物。其大分子结构中引入了酮羰基，使极性提高，故而与PVC相容性极佳，共混物在宽广的共混比例下，均只有一个明确的玻璃化转变温度，可明显提高PVC的韧性。

基于以上各种增韧剂的性能特点，结合本发明产品使用要求，选用CPE和粉末丁腈P83复配使用。

3.增强剂选择

纤维增强是高分子材料广为采用的方法，常用的有玻璃纤维、碳纤维、木质素纤维、玻璃为主和晶须等，基于环保和使用条件要求，本发明选用碳酸钙晶须来增强，长度（30-40）μm，直径（1-2）μm，长径比30-40。

晶须是指在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小（微米数量级），不含有通常材料中存在的缺陷（晶界、位错、空穴等），其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整晶体的理论值。其机械强度等于邻接原子间力。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。晶须的强度远高于其他短切纤维，主要用作复合材料的增强体，用于制造高强度复合材料。制造晶须的材料分金属、陶瓷和高分子材料3大类。已发现有100多种材料可制成晶须，主要是金属、氧化物、碳化物、卤化物、氮化物、石墨和高分子化合物。晶须可从过饱气相、熔体、溶液或固体生长，常生产成不同规格的纤维，其使用形态有原棉、松纤维、毡或纸。原棉（如由蓝宝石晶须构成）具有很松散的结构，长径比为（500～5000）∶1，松密度为0.028g／cm³。松纤维具有轻微交错的结构，长径比为（10～200）∶1。毡或纸状的晶须，排列杂乱，长径比为（250～2500）∶1。

由于晶须的尺寸极小，又是高纯材料，故没有（或很少）内部结构缺陷，因而强度远高于一般尺寸的同种材料。事实上新制备的晶须，由于没有表面蚀坑或裂纹，其强度接近晶体的理论强度。因此将它掺到塑料中时，具有优良的增强效果，弯曲弹性模量、弯曲强度、尺寸稳定性等大大提高，晶须增强高分子基材料的表面比玻纤要光滑得多。

碳酸钙晶须是继纳米碳酸钙之后的又一种新型无机填充，无毒，无气味，呈白色篷松状固体（显微镜下为针状单晶体）作为新一代填充材料该产品具有如下性能和特点：

1）：综合性能高的机械强度，并在使用过程中能减振，防滑，降噪，吸波；

2）：综合性能好，摩擦系数高，耐磨性能和耐热性能高；

3）：摩擦性能稳定，热衰退与热恢复性能较好，特别是碳酸钙晶须的填充更将增摩减磨有机地统一在一个体系中，高温摩擦磨损性能优越；

4）：产品寿命能提高30%；

5）：能减少芳沦纤维，钢纤维，紫铜，钛酸钾，等高价值材料的用量，使摩擦材料成本大大降低；

6）：原料来源丰富，价格低，不会因为原料问题而对生产产生影响；

7）：产品摩擦后产生的粉末无毒，污染小。

4.阻燃剂选择

目前，高聚物所用阻燃剂有含卤化合物、含磷化合物、卤磷化合物、无机添加剂及膨胀型阻燃剂。

对聚合物材料进行阻燃处理，使其在故障发生时不着火，或具有自熄性可减少火灾的发生。另外，阻燃处理的高聚物燃烧速度较慢，生成烟雾较少，可明显减少火灾带来的人员伤亡和财产损失。通过测试表明，经阻燃处理的塑料制品和未经阻燃处理的塑料制品暴露于同样的火源，当测试火源熄灭后，含阻燃成分的塑料制品自己熄灭，而几乎不含任何阻燃剂的塑料制品在室内需要8min才完全熄灭。对家具和一些家用聚合物的燃烧研究表明：不含阻燃剂的家用塑料制品只能提供2min的安全撤离时间，而含阻燃剂的制品能提供(22-30)min的安全撤离时间。因此，我们可以看出加强聚合物材料的阻燃性能具有重大的社会效益和经济效益。

本发明采用十溴二苯乙烷和纳米三氧化二锑作为阻燃剂，磷氮类复合硼酸锌作为抑烟剂，制得的产品极限氧指数可达到40%以上，并且产生较少的烟雾。

本发明的有益效果是：产品克服了大部分电缆桥架的缺点，综合了同类产品的优点，并解决了以下几方面的技术难点。

(1)攻克了防火环保型多元复合材料强度的关键技术。

(2)攻克了防火环保型多元复合材料抗水性能的关键技术。

(3)具有环保美观、质量小、阻燃、耐腐蚀(防酸、防碱、防水)、造价低、现场安装方便、使用寿命长等特点，可广泛应用于化工、石油、电力、通信、冶金、建筑等行业，更适合潮湿、盐雾、有化学气体的环境条件下使用。

具体实施方式

一种经济环保型高分子基电缆桥架，包括下列含量的组分：PVC，100phr；钙锌复合稳定剂，5phr；CPE，10phr；P83，3phr；石蜡，0.5phr；PE蜡，0.3phr；ACR，0.4phr；碳酸钙晶须，10phr；十溴二苯乙烷，8phr；纳米三氧化二锑，5phr；复合硼酸锌，2phr；二氧化钛，5phr；1010，0.5phr；UV-531，0.2phr。

原材料来源：

硼酸锌：3.5H2O，青岛格林化工有限公司；

PVC：S-1000，齐鲁石化公司氯碱厂；

Ca-Zn稳定剂：青岛大兴化工有限公司；

硬脂酸：工业级，青岛红星化工集团；

石蜡：SN-303，青岛赛诺新材料有限公司；

PE蜡：SN-101，青岛赛诺新材料有限公司；

CaCO3晶须：直径1-2μm，长径比20-30，山东明达化工有限公司；

CPE：135A，潍坊亚星化学股份有限公司；

ACR：YM-400A，山东世拓高分子材料股份有限公司；

十溴二苯乙烷，山东天一化学股份有限公司；

纳米三氧化二锑，粒径（20-50）nm，淄博湘齐化工销售有限公司；

磷氮类复合硼酸锌，济南泰星精细化工有限公司。

Claims (1)

1.一种经济环保型高分子基电缆桥架，其特征在于，包括下列含量的组分：PVC，100phr；钙锌复合稳定剂，5phr；CPE，10phr；P83，3phr；石蜡，0.5phr；PE蜡，0.3phr；ACR，0.4phr；碳酸钙晶须，10phr；十溴二苯乙烷，8phr；纳米三氧化二锑，5phr；复合硼酸锌，2phr；二氧化钛，5phr；1010，0.5phr；UV-531，0.2phr。