CN103450620A - 玻璃微珠填充电缆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃微珠填充电缆料及其制备方法。电缆料由以下重量百分比的组分组成：60%～79%的树脂基料；和21%～40%的中空玻璃微珠填充料。制备方法包括配料、将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。本发明采用空心玻璃微珠作为填充材料，具有重量轻体积大、导热系数低、抗压强度高，分散性、流动性、稳定性好的优点。通过数百次的反复试验，在对基体树脂配方的筛选、捏合、挤出和造粒等各个环节有效控制的基础上，成功解决了电线电缆产品环保性能和物理机械性能的平衡点。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃微珠填充电缆料及其制备方法。
背景技术
传统的电缆线在火灾事故中因为不具备阻燃性能和释放有毒的卤素而面临诸多的新技术挑战。80年代以来，我国在建筑领域特别在大型公共场所、地铁、核电站、舰船、医院、图书馆、大剧院、高档楼宇等特殊场合率先研究推广阻燃电缆线和低烟无卤素电缆线。欧美日等国，诸如此类被称为环保型电线电缆已成为所有电缆品种的主流产品，也有不少政府明确规定严禁使用或进口非环保型电缆。
环保型电缆必须同时满足环保以及优良的材料机械性能和电性能的要求。一般的材料在满足环保方面的要求下，就会出现材料的机械性、制造工艺等其他方面的矛盾。因为受使用场合的不同、品种规格的差别、制造工艺等因素的局限，目前国内环保型电缆料主要用镁、铝的水合物[Mg(OH)z,Al(OH)3]系列为阻燃体系的主要成分。这一类电缆料具有优良的阻燃性、低发烟等特性。而缺点是不利于该材料的广泛推广应用，主要表现在：一是镁铝系列阻燃剂类似无机填料组合，其添加量比较大，在100份的树脂基料中需添加120份以上的阻然剂才可能达到氧指数30的要求，极度恶化了树脂的机械性能和加工性能，有的甚至在普通的PVC挤出机上无法加工，劳动生产率十分低下；二是许多厂家追求镁铝系列阻燃剂的颗粒细度，而事实上，阻燃剂颗粒越细小，电缆料越容易吸湿、受潮，在加工前需作烘干处理，增加劳动成本，降低了劳动生产率；三是电气性能降低(特别是浸在水中)；四是在电缆使用一段时间后容易发生“起霜”现象，镁、铝系列的阻燃剂析出，降低了电缆的阻燃性能；五是镁、铝系列阻燃剂分解温度较低，制约了粒料加工工艺和线缆挤制的加工工艺条件。这也是国内环保电线电缆制造中存在的一个普遍问题。
因此必须对树脂体系、阻燃体系、偶联体系、抗老化体系和润滑体系等作精心选择，并采用相应的优化加工工艺，才能得到具有良好的机械物理性能和电性能又能符合使用要求的材料。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种玻璃微珠填充电缆料及其制备方法，以解决目前电缆料无法满足良好的阻燃性能、机械物理性能和电性能又能达到环保要求的技术问题。
本发明的技术方案如下：
玻璃微珠填充电缆料，由以下重量百分比的组分组成：60%～79%的树脂；和21%～40%的中空玻璃微珠填充料。
所述中空玻璃微珠的粒径为1～500微米。
所述中空玻璃微珠的粒径为10～100微米。
所述中空玻璃微珠的密度为0.1～0.3g/㎝3。
所述中空玻璃微珠的密度为0.15～0.2g/㎝3。
所述的树脂选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
一种玻璃微珠填充电缆料的制备方法，包括如下步骤：将60%～79%的树脂和21%～40%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。
所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1400-1800℃。
所述搅拌采用搅拌机搅拌至110-140℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌1-3分钟。
本发明采用空心玻璃微珠作为填充材料，具有重量轻体积大、导热系数低、抗压强度高，分散性、流动性、稳定性好的优点。通过数百次的反复试验，在对基体树脂配方的筛选、捏合、挤出和造粒等各个环节有效控制的基础上，成功解决了电线电缆产品环保性能和物理机械性能的平衡点。
附图说明
图1为本发明的玻璃微珠填充电缆料的制备方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员理解本发明，而不构成对其权利的限制。
本发明采用新型空心玻璃微珠作为填充材料，通过数百次的反复试验，成功解决了电线电缆产品环保性能和物理机械性能的平衡点。并在对基体树脂配方的筛选、捏合、挤出和造粒等各个环节有效控制的基础上使得电缆料的性能得到进一步提升。
本发明的玻璃微珠填充电缆料，由以下重量百分比的组分组成：60%～79%的树脂基料；和21%～40%的中空玻璃微珠填充料。
优选地，其中所述中空玻璃微珠的粒径为1～500微米。更优选地，所述中空玻璃微珠的粒径为10～100微米。
优选地，所述中空玻璃微珠的密度为0.1～0.3g/㎝3。更有选地，所述中空玻璃微珠的密度为0.15～0.2g/㎝3。
所述的树脂选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯－辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
该玻璃微珠填充电缆料的制备方法包括如下步骤：将60%～79%的树脂基料和21%～40%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。
优选地，所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1400-1800℃。经试验，温度超过1800℃或者低于1400℃会使得制成的低烟无卤电缆料的电性能有所下降。
优选地，所述搅拌采用搅拌机搅拌至110-140℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌1-3分钟。经试验，在此温度和搅拌时间的配合下，所制得的低烟无卤电缆料的机械物理性能有较明显的提高。
加料的步骤具体为，启动真空上料机（开机后保持上料机为开启状态以保证持续供料）将粉料加入粉料料仓；粒料直接加入粒料料仓。色料（炭黑）不称重，直接加入色料料仓。
实施例1
玻璃微珠填充电缆料由以下重量百分比的组分组成：61.4%的树脂基料和38.6%的中空玻璃微珠填充料。中空玻璃微珠的粒径为350微米。中空玻璃微珠的密度为0.15g/㎝3。树脂基料选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯－辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
该玻璃微珠填充电缆料的制备方法包括如下步骤：将61.4%的树脂基料和38.6%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1400℃。所述搅拌采用搅拌机搅拌至125℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌1-3分钟。
实施例2
玻璃微珠填充电缆料由以下重量百分比的组分组成：79%的树脂基料和21%的中空玻璃微珠填充料。中空玻璃微珠的粒径为3微米。中空玻璃微珠的密度为0.1g/㎝3。树脂基料选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯—辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
该玻璃微珠填充电缆料的制备方法包括如下步骤：将79%的树脂基料和21%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1800℃。所述搅拌采用搅拌机搅拌至140℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌2分钟。
实施例3
玻璃微珠填充电缆料由以下重量百分比的组分组成：73%的树脂基料和27%的中空玻璃微珠填充料。中空玻璃微珠的粒径为58微米。中空玻璃微珠的密度为0.17g/㎝3。树脂基料选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯－辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
该玻璃微珠填充电缆料的制备方法包括如下步骤：将73%的树脂基料和27%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1650℃。所述搅拌采用搅拌机搅拌至130℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌1分钟。
实施例4
玻璃微珠填充电缆料由以下重量百分比的组分组成：65%的树脂基料和35%的中空玻璃微珠填充料。中空玻璃微珠的粒径为490微米。中空玻璃微珠的密度为0.3g/㎝3。树脂基料选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯—辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
该玻璃微珠填充电缆料的制备方法包括如下步骤：将65%的树脂基料和35%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1750℃。所述搅拌采用搅拌机搅拌至110℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌3分钟。
实施例5
玻璃微珠填充电缆料由以下重量百分比的组分组成：63%的树脂基料和37%的中空玻璃微珠填充料。中空玻璃微珠的粒径为98微米。中空玻璃微珠的密度为0.27g/㎝3。树脂基料选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯－辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
该玻璃微珠填充电缆料的制备方法包括如下步骤：将63%的树脂基料和37%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1450℃。所述搅拌采用搅拌机搅拌至130℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌2分钟。
比较例1
玻璃微珠填充电缆料由以下重量百分比的组分组成：80%的树脂基料和20%的中空玻璃微珠填充料。
比较例2
玻璃微珠高强环保低烟无卤电缆料由以下重量百分比的组分组成：58%的树脂基料和42%的中空玻璃微珠填充料。
比较例3
玻璃微珠填充电缆料由以下重量百分比的组分组成：63%的树脂基料和37%的中空玻璃微珠填充料。中空玻璃微珠的粒径为98微米。中空玻璃微珠的密度为0.27g/㎝3。树脂基料选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯－辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
该玻璃微珠填充电缆料的制备方法包括如下步骤：将63%的树脂基料和37%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1300℃。所述搅拌采用搅拌机搅拌至100℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌5分钟。
比较例4
玻璃微珠填充电缆料由以下重量百分比的组分组成：73%的树脂基料和27%的中空玻璃微珠填充料。中空玻璃微珠的粒径为58微米。中空玻璃微珠的密度为0.17g/㎝3。树脂基料选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯－辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
该玻璃微珠填充电缆料的制备方法包括如下步骤：将73%的树脂基料和27%的中空玻璃微珠填充料进行配料；将配料进行搅拌后加料；混炼挤出；以及磨面风冷热切造粒。所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1900℃。所述搅拌采用搅拌机搅拌至150℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌0.5分钟。
本发明的玻璃微珠填充电缆料的数据如下表1。
空心玻璃微珠（中空玻璃微珠）是一种微小，中空的圆球状粉末。粒径可根据需要在1-500微米之间选择，密度在0.1-0.3g/㎝3。具有重量轻体积大、导热系数低、抗压强度高，分散性、流动性、稳定性好的优点。经过科学处理，作为电缆料的填充剂，除了有良好的环保性能之外，还有其明显的比较优势：
1、比重轻体积大，填充工艺简单。中空玻璃微珠无需做表面处理，可直接与主原料混合或制成母料。填充应用后可使产品大大减轻重量，从而减少主原料树脂用量，降低产品成本。填充中空玻璃微珠的产品比填充其他填料的产品各种物理机械性能指标更好。
2、流动性好，产品尺寸稳定极佳。由于原先的物料的流动性差，与设备的摩擦阻力大，加工过程中由于温度的不容易控制而影响加工质量。加入中空玻璃微珠后，由于中空玻璃微珠是微小圆球，由此产生的微球效应，使混合料粘度下降，充模性能自然优异，良好的加工性能，可使生产效率提高了15％～20％。由于圆球状的物体是各向同性的，所以填充微珠不会产生因取向造成不同部位收缩率不一致的弊病。
3、吸水率低的特点可以使成品电线电缆在遇水的环境中照样具有极佳的电气绝缘性能。
4、吸油率低的特点可以使成品电缆在遇油的环境中照样具有极佳的电气绝缘性能。与常规填充材料碳酸钙相比，中空玻璃微珠的吸率量要低得多，不同型号产品每100克的吸油率在7～50毫克之间，而每100克轻质碳酸钙的吸油率高达120～130毫克，重质碳酸钙也高达50～60毫克。这种低吸油率的填充材料在生产过程中不仅降低增塑剂的用量，还变相地增加了填充量降低了综合成本。
按照原有配方电线电缆料要达到低烟无卤阻燃的要求，必须添加大量的无机阻燃剂，挤出时，熔体粘度大，流动性能差，容易产生摩擦生热，导致熔体局部温度过高，而且物料在机身停留时间长易发生分解，分解产生的气体容易在制品里面形成气孔。按照现有配方，因为中空玻璃微珠是微小圆球，由此产生的微球效应，使混合料粘度下降，充模性能自然优异。但在挤出过程中需要对以下环节进行创新改进。简化工艺流程和设备开支。现有配方加工前不需要作干燥处理、不需要混炼设备、节省工艺流程和设备费降低。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能依此来限定本发明的保护范围，即以本发明所揭示的精神所作的均等变化或推导，仍应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种玻璃微珠填充电缆料，由以下重量百分比的组分组成：
60%～79%的树脂；和
21%～40%的中空玻璃微珠填充料。
2.如权利要求1所述的玻璃微珠填充电缆料，其特征在于，所述中空玻璃微珠的粒径为1～500微米。
3.如权利要求2所述的玻璃微珠填充电缆料，其特征在于，所述中空玻璃微珠的粒径为10～100微米。
4.如权利要求1所述的玻璃微珠填充电缆料，其特征在于，所述中空玻璃微珠的密度为0.1～0.3g/㎝3。
5.如权利要求4所述的玻璃微珠填充电缆料，其特征在于，所述中空玻璃微珠的密度为0.15～0.2g/㎝3。
6.如权利要求1所述的玻璃微珠填充电缆料，其特征在于，所述的树脂选自SEBS、EVA、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物、乙烯－辛烯共聚物、聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
7.一种玻璃微珠填充电缆料的制备方法，包括如下步骤：
将60%～79%的树脂和21%～40%的中空玻璃微珠填充料进行配料；
将配料进行搅拌后加料；
混炼挤出；以及
磨面风冷热切造粒。
8.如权利要求7所述的玻璃微珠填充电缆料的制备方法，其特征在于，所述混炼挤出采用单螺杆与双螺杆组合的双阶混炼挤出方法，螺杆温度控制在1400-1800度。
9.如权利要求7所述的玻璃微珠填充电缆料的制备方法，其特征在于，所述搅拌采用搅拌机搅拌至110-140℃后，将称好的粒料加入粒料拌料机中，启动搅拌机搅拌1-3分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 200331 No. 599 Willow Road, Shanghai, Putuo District Applicant after: Shanghai Sirui Technology Co., Ltd. Address before: 200331 No. 599 Willow Road, Shanghai, Putuo District Applicant before: Shanghai Surrey Polymers Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: SHANGHAI SIRUI POLYMERTECHNOLOGY CO., LTD. TO: SHANGHAI SURREY TECHNOLOGY CO., LTD. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190201 Address after: No. 599 Liuyuan Road, Putuo District, Shanghai, 2003 Applicant after: Shanghai Sri Cable New Material Technology Co., Ltd. Address before: No. 599 Liuyuan Road, Putuo District, Shanghai, 2003 Applicant before: Shanghai Sirui Technology Co., Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131218 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |