CN103951891A - 一种高阻燃电缆被覆层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电学领域，涉及一种高阻燃的电缆被覆层及其制备方法。为了克服现有技术中电缆被覆层用的绝缘树脂组合物的阻燃性能较差或者机械性能较差的技术不足,本发明提供一种高阻燃性同时机械性能优异的电缆被覆层,该电缆被覆层由树脂组合物形成，该树脂组合物聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂，乙烯基三甲氧基硅烷等多种树脂、阻燃组分、增塑剂、稳定剂、润滑剂以及填料组成。该电缆被覆层的拉伸强度和断裂伸长率高,阻燃时间短,能够满足工业上对电缆的要求。
Description
技术领域
本发明属于电学领域，涉及一种高阻燃的电缆被覆层及其制备方法。
背景技术
现有的电缆结构包括多根导体、包覆在每个导体外面的绝缘层、编织层和被覆层四个部分，其中，导体与绝缘层构成绝缘线芯，编织层包裹在多根绝缘线芯的外面，被覆层包覆在编织层的外表面。用于电缆外层保护层的最早的阻燃剂之一是多氯联苯类(PCBs)。然而，当发现其有毒性时PCBs 在1970 年代被禁用。于是，各工业转向使用溴化和卤化阻燃剂来代替，但令人遗憾的是,现有的阻燃材料仍然存在诸如燃烧后毒性大、阻燃耐久性差、特效性不强等问题。
近年来,树脂越来越较多地应用于电缆层被覆层的制备之中.作为用于覆盖车用电线的绝缘树脂组合物，已知存在一种例如用于电线绝缘体的树脂组合物，其中，60 质量份至90 质量份的金属氢氧化物被掺混到100 质量份的基料树脂，所述100 质量份的基料树脂由55 质量份至98 质量份的聚烯烃系聚合物以及作为其余部分的聚酰胺构成，并且所述聚酰胺是聚酰胺6 与聚酰胺66 的共聚物( 参见，例如，专利文献1)。然而，已经证实该树脂组合物具有如下问题：氢氧化镁的添加量如此大以至于树脂组合物制备得到的电缆的外表防护层的机械性能显著下降。
因此,开发低毒甚至无毒，且阻燃效果持久同时机械性能俱佳的阻燃材料并将其用于电缆被覆层制造已经成为本领域技术人员的迫切需求。
发明内容
为了克服现有技术中电缆覆盖用的绝缘树脂组合物的阻燃性能较差或者机械性能较差的技术不足,本发明提供一种高阻燃性同时机械性能优异的的电缆被覆层,该电缆覆盖层的拉伸强度和断裂伸长率高,阻燃时间短,能够满足工业上对电缆的要求。
为了解决上述问题，本发明包括如下方面。
一种电缆被覆层，其由树脂组合物形成，该树脂组合物分别包含40 至65 质量份的丙烯均聚物、15至20 质量份的聚氯乙烯树脂，3至5质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，10至15质量份的阻燃组分，3至5质量份的增塑剂，2至5质量份的稳定剂，2-5质量份的润滑剂以及1-3质量份的填料组成。
优选地所述的聚氯乙烯树脂为PVC-SG2 型，聚合度为1500，适用于制作软材。所述的丙烯均聚物的聚合度为2500。
优选地，所述阻燃组分为阻燃剂和抑烟剂的混合物。
优选地，所述阻燃组分为三氧化二锑与硼酸锌的混合物、氢氧化镁与硼酸锌的混合物、氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中的一种或多种。
优选地所述阻燃组分中三氧化二锑与硼酸锌的混合物中三氧化二锑与硼酸锌质量份数比为4：1，所述氢氧化镁与硼酸锌的混合物中氢氧化镁与硼酸锌的质量份数比为3：1，所述氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中氢氧化铝与水合硼酸锌的质量份数比为4：1。
优选地，所述增塑剂为磷酸二苯异辛酯、磷酸二苯异丙苯酯的一种或两种。
本发明还提供一种上述电缆被覆层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料预处理：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和阻燃组分过100 目筛，然后将稳定剂和填料磨浆，浆粒的粒度为10 ～ 40μm，然后按照质量份数称取各物料，备用。
（2）原料高速混合：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和稳定剂投入高速混合机中，低速搅拌5-8 分钟，然后加入部分阻燃组分高速搅拌5-8 分钟，再加入剩余的阻燃组分继续搅拌直至温度为95±2℃，再加入填料和稳定剂的料浆和润滑剂继续搅拌至温度为105-110℃ ；
（3）原料冷混：将步骤（2）中的制备得到的混合物料立即投入到冷却混合机中，将混合物料的温度冷却至为35±2℃时出料
（4）挤出造粒：将步骤（3）中冷却后的混合物料投入到双阶双螺杆造粒机中进行造粒。
本发明的解决了现有技术的缺陷，具有以下有益效果：
1. 本发明高阻燃电缆被覆层的性能测试表明，本发明各实施例制备得到的电缆被覆层与参比实施例相比在拉伸强度、断裂伸长率、阻燃时间、氧指数方面均具有显著性或极显著性的差异。实施例2 和实施例6制备的高阻燃电缆料的最大拉伸强度可达33.5MPa和31.8MPa，且阻燃时间也是最长的，说明实施例2和实施例6 中制备的阻燃PVC 电缆料的力学性能和阻燃性能是最好的，为本发明最佳实施例。
2. 本发明的工艺中先对树脂混合物和阻燃剂粉粒进行过100目筛，过筛之后的粉粒的粒径相差不大，一方面除去杂质提高制品质量，一方面防止树脂混合物和阻燃剂粉粒的粒径差距太大导致树脂混合物 对阻燃剂的吸收能力低下，因此对树脂混合物和阻燃剂粉粒过筛有利于制品的品质。
3. 在本发明的工艺中对稳定剂和填料进行磨浆，这样可以降低这些辅料的细度，有效的促进了这些辅料在基础树脂PVC 中的分散能力和改善了制品表面性能。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，并使本发明的上述优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1 本发明高阻燃电缆被覆层及其制备方法
一种电缆被覆层由树脂组合物形成，该树脂组合物分别包含40 质量份的聚丙烯均聚物、15 质量份的聚氯乙烯树脂，3质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，10质量份的阻燃组分，3质量份的增塑剂，2质量份的稳定剂，2质量份的润滑剂以及1质量份的填料组成。
其中所述的氯乙烯树脂为PVC-SG2 型，聚合度为1500，适用于制作软材。所述的丙烯均聚物的聚合度为2500。所述阻燃组分为三氧化二锑与硼酸锌的混合物、氢氧化镁与硼酸锌的混合物的任意组合，所述阻燃组分中三氧化二锑与硼酸锌的混合物中三氧化二锑与硼酸锌质量份数比为4：1，所述氢氧化镁与硼酸锌的混合物中氢氧化镁与硼酸锌的质量份数比为3：1。所述增塑剂为磷酸二苯异辛酯。
本发明还提供一种上述电缆被覆层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料预处理：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和阻燃组分过100 目筛，然后将稳定剂和填料磨浆，浆粒的粒度为10～40μm，然后按照质量份数称取各物料，备用。
（2）原料高速混合：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和稳定剂投入高速混合机中，低速搅拌5-8 分钟，然后加入部分阻燃组分高速搅拌5-8 分钟，再加入剩余的阻燃组分继续搅拌直至温度为95±2℃，再加入填料和稳定剂的料浆和润滑剂继续搅拌至温度为105-110℃ ；
（3）原料冷混：将步骤（2）中的制备得到的混合物料立即投入到冷却混合机中，将混合物料的温度冷却至为35±2℃时出料
（4）挤出造粒：将步骤（3）中冷却后的混合物料投入到双阶双螺杆造粒机中进行造粒。
实施例2 本发明高阻燃电缆被覆层及其制备方法
一种电缆被覆层由树脂组合物形成，该树脂组合物分别包含65 质量份的聚丙烯均聚物、20 质量份的聚氯乙烯树脂，5质量份的乙烯基三甲氧基硅烷， 15质量份的阻燃组分，5质量份的增塑剂，5质量份的稳定剂， 5质量份的润滑剂以及3质量份的填料组成。
其中所述的氯乙烯树脂为PVC-SG2 型，聚合度为1500，适用于制作软材。所述的丙烯均聚物的聚合度为2500。所述阻燃组分为三氧化二锑与硼酸锌的混合物，所述阻燃组分中三氧化二锑与硼酸锌的混合物中三氧化二锑与硼酸锌质量份数比为4：1。所述增塑剂为磷酸二苯异辛酯与磷酸二苯异丙苯酯的1：1的混合物。
本发明还提供一种上述电缆被覆层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料预处理：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和阻燃组分过100 目筛，然后将稳定剂和填料磨浆，浆粒的粒度为10～40μm，然后按照质量份数称取各物料，备用。
（2）原料高速混合：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和稳定剂投入高速混合机中，低速搅拌5-8 分钟，然后加入部分阻燃组分高速搅拌5-8 分钟，再加入剩余的阻燃组分继续搅拌直至温度为95±2℃，再加入填料和稳定剂的料浆和润滑剂继续搅拌至温度为105-110℃ ；
（3）原料冷混：将步骤（2）中的制备得到的混合物料立即投入到冷却混合机中，将混合物料的温度冷却至为35±2℃时出料
（4）挤出造粒：将步骤（3）中冷却后的混合物料投入到双阶双螺杆造粒机中进行造粒。
实施例3 本发明高阻燃电缆被覆层及其制备方法
一种电缆被覆层由树脂组合物形成，该树脂组合物分别包含50 质量份的聚丙烯均聚物、17 质量份的聚氯乙烯树脂，4质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，13质量份的阻燃组分，4质量份的增塑剂，3质量份的稳定剂，3质量份的润滑剂以及2质量份的填料组成。
其中所述的氯乙烯树脂为PVC-SG2 型，聚合度为1500，适用于制作软材。所述的丙烯均聚物的聚合度为2500。所述阻燃组分为氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中的一种或多种。所述氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中氢氧化铝与水合硼酸锌的质量份数比为4：1。所述增塑剂为磷酸二苯异丙苯酯。
本发明还提供一种上述电缆被覆层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料预处理：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和阻燃组分过100 目筛，然后将稳定剂和填料磨浆，浆粒的粒度为10～40μm，然后按照质量份数称取各物料，备用。
（2）原料高速混合：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和稳定剂投入高速混合机中，低速搅拌5-8 分钟，然后加入部分阻燃组分高速搅拌5-8 分钟，再加入剩余的阻燃组分继续搅拌直至温度为95±2℃，再加入填料和稳定剂的料浆和润滑剂继续搅拌至温度为105-110℃ ；
（3）原料冷混：将步骤（2）中的制备得到的混合物料立即投入到冷却混合机中，将混合物料的温度冷却至为35±2℃时出料
（4）挤出造粒：将步骤（3）中冷却后的混合物料投入到双阶双螺杆造粒机中进行造粒。
实施例4 本发明高阻燃电缆被覆层及其制备方法
一种电缆被覆层由树脂组合物形成，该树脂组合物分别包含45质量份的聚丙烯均聚物、18 质量份的聚氯乙烯树脂，3质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，12质量份的阻燃组分， 5质量份的增塑剂， 5质量份的稳定剂，4质量份的润滑剂以及2质量份的填料组成。
其中所述的氯乙烯树脂为PVC-SG2 型，聚合度为1500，适用于制作软材。所述的丙烯均聚物的聚合度为2500。所述阻燃组分为氢氧化镁与硼酸锌的混合物。所述阻燃组分中所述氢氧化镁与硼酸锌的混合物中氢氧化镁与硼酸锌的质量份数比为3：1。优选地，所述增塑剂为磷酸二苯异辛酯或磷酸二苯异丙苯酯或其组合。
本发明还提供一种上述电缆被覆层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料预处理：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和阻燃组分过100 目筛，然后将稳定剂和填料磨浆，浆粒的粒度为10～40μm，然后按照质量份数称取各物料，备用。
（2）原料高速混合：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和稳定剂投入高速混合机中，低速搅拌5-8 分钟，然后加入部分阻燃组分高速搅拌5-8 分钟，再加入剩余的阻燃组分继续搅拌直至温度为95±2℃，再加入填料和稳定剂的料浆和润滑剂继续搅拌至温度为105-110℃ ；
（3）原料冷混：将步骤（2）中的制备得到的混合物料立即投入到冷却混合机中，将混合物料的温度冷却至为35±2℃时出料
（4）挤出造粒：将步骤（3）中冷却后的混合物料投入到双阶双螺杆造粒机中进行造粒。
实施例5 本发明高阻燃电缆被覆层及其制备方法
一种电缆被覆层由树脂组合物形成，该树脂组合物分别包含50 质量份的聚丙烯均聚物、19 质量份的聚氯乙烯树脂， 5质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，12质量份的阻燃组分，3质量份的增塑剂，3质量份的稳定剂，5质量份的润滑剂以及3质量份的填料组成。
其中所述的氯乙烯树脂为PVC-SG2 型，聚合度为1500，适用于制作软材。所述的丙烯均聚物的聚合度为2500。所述阻燃组分为三氧化二锑与硼酸锌的混合物、氢氧化镁与硼酸锌的混合物、氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中的混合物。其中三种混合物的混合比为1:1:1,所述阻燃组分中三氧化二锑与硼酸锌的混合物中三氧化二锑与硼酸锌质量份数比为4：1，所述氢氧化镁与硼酸锌的混合物中氢氧化镁与硼酸锌的质量份数比为3：1，所述氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中氢氧化铝与水合硼酸锌的质量份数比为4：1。所述增塑剂为磷酸二苯异辛酯和磷酸二苯异丙苯酯组合。
本发明还提供一种上述电缆被覆层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料预处理：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和阻燃组分过100 目筛，然后将稳定剂和填料磨浆，浆粒的粒度为10～40μm，然后按照质量份数称取各物料，备用。
（2）原料高速混合：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和稳定剂投入高速混合机中，低速搅拌5-8 分钟，然后加入部分阻燃组分高速搅拌5-8 分钟，再加入剩余的阻燃组分继续搅拌直至温度为95±2℃，再加入填料和稳定剂的料浆和润滑剂继续搅拌至温度为105-110℃ ；
（3）原料冷混：将步骤（2）中的制备得到的混合物料立即投入到冷却混合机中，将混合物料的温度冷却至为35±2℃时出料
（4）挤出造粒：将步骤（3）中冷却后的混合物料投入到双阶双螺杆造粒机中进行造粒。
实施例6 本发明高阻燃电缆被覆层及其制备方法
一种电缆被覆层由树脂组合物形成，该树脂组合物分别包含65 质量份的聚丙烯均聚物、15 质量份的聚氯乙烯树脂，4质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，11质量份的阻燃组分，5质量份的增塑剂，4质量份的稳定剂，2质量份的润滑剂以及1质量份的填料组成。
其中所述的氯乙烯树脂为PVC-SG2 型，聚合度为1500，适用于制作软材。所述的丙烯均聚物的聚合度为2500。所述阻燃组分为氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中的一种或多种。所述阻燃组分中所述氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中氢氧化铝与水合硼酸锌的质量份数比为4：1。所述增塑剂为磷酸二苯异辛酯。
本发明还提供一种上述电缆被覆层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料预处理：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和阻燃组分过100 目筛，然后将稳定剂和填料磨浆，浆粒的粒度为10～40μm，然后按照质量份数称取各物料，备用。
（2）原料高速混合：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和稳定剂投入高速混合机中，低速搅拌5-8 分钟，然后加入部分阻燃组分高速搅拌5-8 分钟，再加入剩余的阻燃组分继续搅拌直至温度为95±2℃，再加入填料和稳定剂的料浆和润滑剂继续搅拌至温度为105-110℃ ；
（3）原料冷混：将步骤（2）中的制备得到的混合物料立即投入到冷却混合机中，将混合物料的温度冷却至为35±2℃时出料
（4）挤出造粒：将步骤（3）中冷却后的混合物料投入到双阶双螺杆造粒机中进行造粒。
参比实施例 CN 103443872 A中比较例1制得的电缆
通过使用捏合机或螺杆型捏合机将比较例1中给出的共混量（质量份）的各自组分进行捏合，来制备实施例中使用的组合物，并且然后通过使用这些组合物，将其装入挤出机（直径60mm，L/D=24.5，FF 螺杆），并在500m/min 的挤出速率和230℃的挤出温度下挤出来生产汽车用电缆被覆层。比较例1中电缆被覆层采用如下组分制得:聚丙烯均聚物70份,聚丙烯系改性树脂5份,聚烯烃系共聚物15份,烯烃系弹性体10份,金属氢氧化物81份,含卤素阻燃剂10份.比较例1中的各自的组分如下所述：聚丙烯均聚物：由SunAllomer Ltd. 生产的Q100f,聚丙烯系改性树脂：由Sanyo Chemical Industries,Ltd. 生产的YOUMEX 1001,聚烯烃系共聚物：由Prime Polymer Co.,Ltd. 生产的E185GK,烯烃系弹性体：由Asahi Kasei Corporation 生产的Tuftec H1062,金属氢氧化物：由Kyowa Chemical Industry Co.,Ltd. 生产的KISUMA 5A,含卤素阻燃剂：由TOSOH Corporation 生产的FLAMECUT 121K
实施例7 本发明所制备电缆被覆层的性能测试
对实施例中制备的高阻燃电缆被覆层进行拉伸性能测试，测试仪器为万能力学实验机，测试标准为GB/T1040-1992，测试得到的结果是5 个试样的平均值。拉伸强度是指对材料试验施加轴向拉伸力，直至试样断裂过程中试样能够承受的最大拉力。按照标准GB/T2918-1996 对制品进行阻燃性能测试，将样品按标准制成样条，在垂直燃烧仪上做阻燃性能测试。测试结果如表1所示。
表1中可知，本发明各实施例制备得到的电缆被覆层与参比实施例相比在拉伸强度、断裂伸长率、阻燃时间、氧指数方面均具有显著性或极显著性的差异。实施例2 和实施例6制备的高阻燃电缆料的最大拉伸强度可达33.5MPa和31.8MPa，且阻燃时间也是最长的，说明实施例2和实施例6 中制备的阻燃PVC 电缆料的力学性能和阻燃性能是最好的，为本发明最佳实施例。
表1本发明电缆被覆层性能测试结果
与参比实施例相比,*P＜0.05, **P＜0.01。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种高阻燃电缆被覆层，其由树脂组合物形成，其特征在于，该树脂组合物分别包含40 至65 质量份的丙烯均聚物、15至20 质量份的聚氯乙烯树脂，3至5质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，10至15质量份的阻燃组分，3至5质量份的增塑剂，2至5质量份的稳定剂，2-5质量份的润滑剂以及1-3质量份的填料组成。
2.如权利要求1所述的高阻燃电缆被覆层，其特征在于，所述的聚氯乙烯树脂为PVC-SG2 型，聚合度为1500；所述的丙烯均聚物的聚合度为2500。
3.如权利要求1所述的高阻燃电缆被覆层，其特征在于，所述阻燃组分为阻燃剂和抑烟剂的混合物。
4.如权利要求3所述的高阻燃电缆被覆层，其特征在于，所述阻燃组分为三氧化二锑与硼酸锌的混合物、氢氧化镁与硼酸锌的混合物、氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的高阻燃电缆被覆层，其特征在于，所述阻燃组分中三氧化二锑与硼酸锌的混合物中三氧化二锑与硼酸锌质量份数比为4：1，所述氢氧化镁与硼酸锌的混合物中氢氧化镁与硼酸锌的质量份数比为3：1，所述氢氧化铝与水合硼酸锌的混合物中氢氧化铝与水合硼酸锌的质量份数比为4：1。
6.如权利要求1所述的高阻燃电缆被覆层，其特征在于，所述增塑剂为磷酸二苯异辛酯、磷酸二苯异丙苯酯中一种或两种。
7.一种制备权利要求1-6任一所述高阻燃电缆被覆层的方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）原料预处理：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和阻燃组分100 目筛，然后将稳定剂和填料磨浆，浆粒的粒度为10～40μm，然后按照质量份数称取各物料，备用；
（2）原料高速混合：将聚丙烯均聚物、聚氯乙烯树脂、乙烯基三甲氧基硅烷和稳定剂投入高速混合机中，低速搅拌5-8 分钟，然后加入三分之一量的阻燃组分高速搅拌5-8 分钟，再加入剩余的阻燃组分继续搅拌直至温度为95±2℃，再加入填料和稳定剂的料浆和润滑剂继续搅拌至温度为105-110℃ ；
（3）原料冷混：将步骤（2）中的制备得到的混合物料立即投入到冷却混合机中，将混合物料的温度冷却至35±2℃时出料；
（4）挤出造粒：将步骤（3）中冷却后的混合物料投入到双阶双螺杆造粒机中进行造粒。
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2014
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