CN104497404A - 一种可瓷化聚烯烃复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种可瓷化聚烯烃复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可瓷化聚烯烃复合材料，按重量计，含有：聚烯烃树脂50-100份，瓷化粉10-200份，成瓷促进剂0.1-50份，阻燃剂0-100份，相容剂0.3-15份，偶联剂0.2-10份，润滑剂0.1-5份，抗氧剂0.1-8份。本发明可瓷化聚烯烃复合材料的工艺流程简单，易于操作，无三废产生，产品机械性能和电气性能优异，在高于600℃的温度或火焰下能够在5-10分钟内烧结成瓷，形成的壳体完整性好，不开裂不滴落，具有优异的隔火隔热性能，在耐火电线电缆领域以及室内耐火装饰领域具有很高的应用价值。

Description

一种可瓷化聚烯烃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚烯烃复合材料及其制备方法。
背景技术
随着社会、经济的发展和科学技术的进步，高分子材料在国民经济建设中发挥着日益巨大的作用，广泛应用于人们的日常生活、航空航天和军事等众多领域。国家对电线电缆以及公共场所室内装饰材料的耐火要求越来越高，涉及领域也越来越广，耐火型高分子材料的市场潜力也逐渐展现。尤其在国防军事领域，耐火型高分子材料对于保障异常起火情况下的供电安全和设备防护具有重要意义。
在电缆行业，过去的矿物绝缘耐火电缆正逐渐被新兴的陶瓷化硅橡胶柔性防火耐火电缆所取代，但是由于陶瓷化硅橡胶的自身机械性能较差，耐刮擦性能差，使其在用作电缆外护套或直接用于电线的外皮时受到限制。在室内装饰材料领域，当前的主要方向还是提高材料的阻燃性能，但是高阻燃材料必然需要添加大量的阻燃剂或高性能的阻燃剂，这样就存在材料机械性能较差或成本高昂的问题，普及难度较大。
聚烯烃材料具有优异的机械性能和绝缘性能，是当前使用范围最广泛的材料。因此，开发一种具有优异耐火性能的聚烯烃材料对于降低火灾损失，减少人员伤亡具有重要的社会意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种可瓷化聚烯烃复合材料的方法，本发明通过调节瓷化粉各组分的比例，使复合材料能够在高温或火焰条件下迅速烧结成瓷，使复合材料制品具有优异的耐火隔热性能，从而保护制品内部部件不受影响。
当前关于可瓷化聚烯烃材料的研究主要集中在电线电缆领域。陶瓷化聚烯烃材料相比陶瓷化硅橡胶材料在拉伸强度、抗刮擦性能和绝缘性等方面具有明显的优势，能够直接用于电线电缆的外护层，生产工艺简单。发明专利授权公告号CN101404189 B提供的“一种快速陶瓷化耐火电缆料及制备方法”，虽然产品能够烧结成瓷具有较好的耐火效果，但是存在配方复杂，加工过程繁琐，成瓷填料需要预处理，阻燃剂的添加影响成瓷的致密性，影响瓷化物的强度等问题。发明专利公布号CN 103509237 A提供的“一种快速陶瓷化耐火电缆料”， 同样也存在配方过于复杂，生产成本高，并且成瓷填料含量偏少的问题，难以保证成瓷效果。发明专利公布号CN 103865166 A提供的“低烟无卤陶瓷化聚烯烃电缆料及其制备方法”配方简单，加工性能较好，但是根据我们的经验与实验结果，仅仅采用云母粉作为主成瓷材料存在火烧开裂、瓷化物疏松易碎的问题，因此该材料的实际使用效果令人怀疑。
鉴于以上技术存在的种种问题，我们经过大量实验，开发了一种成本低廉、工艺流程简单、成瓷效果好的可瓷化聚烯烃复合材料制备方法。
为实现上述目的，本发明所提供可瓷化聚烯烃复合材料，按重量计，含有：聚烯烃树脂50-100份，瓷化粉10-200份，成瓷促进剂0.1-50份，阻燃剂0-100份，相容剂0.3-15份，偶联剂0.2-10份，润滑剂0.1-5份，抗氧剂0.1-8份。
优选地，所述聚烯烃树脂为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙酸-—醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯辛烯共弹性体（POE）、三元乙丙橡胶(EPDM)等中的一种或任意几种的混合物。
优选地，所述瓷化粉为高低温玻璃粉、白炭黑、陶土、滑石粉、云母粉、氧化铝、硅酸盐矿物粉、氧化镁、氧化钙等中的一种或任意几种的混合物。
优选地，所述成瓷促进剂为有机锡类化合物。
优选地，所述成瓷促进剂为甲基锡、丁基锡、辛基锡、硫醇甲基锡、二月桂酸二丁基锡、马来酸丁基锡或马来酸辛基锡等有机锡类化合物中的一种或多种。
优选地，所述阻燃剂为10-100份。
优选地，所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、硫酸钙晶须、聚磷酸铵、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐或磷氮类阻燃剂中的一种或多种。
优选地，所述相容剂为PE-g-ST、PP-g-ST、PE-g-MAH、PP-g-MAH等中的一种或任意几种的混合物。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
优选地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β -甲氧基乙氧基）硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-辛基三甲氧基硅烷、n-辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷等中的一种或任意几种的混合物。
优选地，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基钛酸酯偶联剂、单烷氧基磷酸酯钛酸酯偶联剂、烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯、焦磷酸酯钛酸酯或单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂等中的一种或任意几种的混合物。
优选地，所述润滑剂为石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺等中的一种或任意几种的混合物。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂300等中的一种或任意几种的混合物。
本发明还提供一种瓷化聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将上述瓷化聚烯烃复合材料投入到密炼机中，在120-180℃混炼10-20分钟，然后经双螺杆或单螺杆造粒机挤出造粒，即得产品。
本发明提供一种电线，包括导体和包覆导体的绝缘层，所述绝缘层由上述的瓷化聚烯烃复合材料制备而成。
本发明提供一种电缆，包括若干包有绝缘层的导体和包覆若干所述包有绝缘层的导体的耐火护套，所述耐火护套由上述的瓷化聚烯烃复合材料制备而成。
本发明提供一种电缆，包括耐火层，耐火层由上述的瓷化聚烯烃复合材料制备而成。
本发明首次公开了聚烯烃陶瓷化材料的成瓷促进剂成分，有机锡类化合物为公知的聚氯乙烯稳定剂，但是其可以降低瓷化粉的烧结温度却不为人们所了解，我们发现有机锡类化合物的存在决定了成瓷效果的好坏。
本发明工艺流程简单，易于操作，无三废产生，产品机械性能和电气性能优异，在高于600℃的温度或火焰下能够在5-10分钟内烧结成瓷，形成的壳体完整性好，不开裂不滴落，具有优异的隔火隔热性能，在耐火电线电缆领域以及室内耐火装饰领域具有很高的应用价值。
具体实施方式
 为详细说明本发明的技术内容、配方比例、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
以下记载了本实施方式的可瓷化聚烯烃复合材料的几个具体实施例，除另有说明，所有份数均以重量计：
实施例1：
称取乙酸-—醋酸乙烯酯共聚物100重量份，瓷化粉180重量份（其中云母粉50重量份，玻璃粉20重量份，硅酸盐矿物粉50 重量份，滑石粉30 重量份，碳酸钙30 重量份），硫醇甲基锡 0.5 重量份，氢氧化镁50 重量份，氢氧化铝50 重量份，相容剂5 重量份，乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂2 重量份，硬脂酸锌润滑剂2 重量份，抗氧剂1010 3 重量份，抗氧剂168 2 重量份，将这些材料投入到密炼机中，混炼到料温达到160℃，出料，经锥双强制喂料机喂入双螺杆挤出机挤出造粒，即得可瓷化聚烯烃复合材料。双螺杆挤出机各区温度控制在90-120℃。
实施例2：
称取乙酸-—醋酸乙烯酯共聚物80 重量份，三元乙丙橡胶20 重量份，瓷化粉200 重量份（其中云母粉 80 重量份，玻璃粉30 重量份，硅酸盐矿物粉60 重量份，陶土30 重量份，甲基锡 1 重量份，聚磷酸铵60 重量份，相容剂5.5 重量份，乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂2.2 重量份，硬脂酸锌润滑剂2 重量份，抗氧剂1010 3 重量份，抗氧剂168 2 重量份，将这些材料投入到密炼机中，混炼到料温达到150℃，出料，经锥双强制喂料机喂入双螺杆挤出机挤出造粒，即得可瓷化聚烯烃复合材料。双螺杆挤出机各区温度控制在90-130℃。
实施例3：
称取乙酸-—醋酸乙烯酯共聚物80 重量份，低密度聚乙烯20 重量份，瓷化粉160 重量份（其中云母粉40 重量份，白炭黑30 重量份，玻璃粉40 重量份，硅酸盐矿物粉40 重量份，氧化铝10 重量份），乙基锡 0.4 重量份，聚磷酸铵30 重量份，三聚氰胺氰尿酸盐 20 重量份，相容剂5 重量份，乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂2 重量份，硬脂酸锌润滑剂2 重量份，抗氧剂1010 3 重量份，抗氧剂168 2 重量份，将这些材料投入到密炼机中，混炼到料温达到130℃，出料，经锥双强制喂料机喂入双螺杆挤出机挤出造粒，即得可瓷化聚烯烃复合材料。双螺杆挤出机各区温度控制在90-110℃。
本发明提供一种电线，包括导体和包覆导体的绝缘层，所述绝缘层由上述的瓷化聚烯烃复合材料制备而成。
本发明提供一种电缆，包括若干包有绝缘层的导体和包覆若干所述包有绝缘层的导体的耐火护套，所述耐火护套由上述的瓷化聚烯烃复合材料制备而成。
本发明首次公开了聚烯烃陶瓷化材料的成瓷促进剂成分，有机锡类化合物为公知的聚氯乙烯稳定剂，但是其可以降低瓷化粉的烧结温度却不为人们所了解，我们发现有机锡类化合物的存在决定了成瓷效果的好坏。
本发明工艺流程简单，易于操作，无三废产生，产品机械性能和电气性能优异，在高于600℃的温度或火焰下能够在5-10分钟内烧结成瓷，形成的壳体完整性好，不开裂不滴落，具有优异的隔火隔热性能，在耐火电线电缆领域以及室内耐火装饰领域具有很高的应用价值。
本发明并不局限于上述具体实施方式，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种可瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，按重量计，含有：聚烯烃树脂50-100份，瓷化粉10-200份，成瓷促进剂0.1-50份，阻燃剂0-100份，相容剂0.3-15份，偶联剂0.2-10份，润滑剂0.1-5份，抗氧剂0.1-8份。
2.根据权利要求1所述的可瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述聚烯烃树脂为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙酸-—醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯辛烯共弹性体（POE）、三元乙丙橡胶(EPDM)等中的一种或任意几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的可瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述瓷化粉为高低温玻璃粉、白炭黑、陶土、滑石粉、云母粉、氧化铝、硅酸盐矿物粉、氧化镁、氧化钙等中的一种或任意几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的可瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述成瓷促进剂为有机锡类化合物。
5.根据权利要求1所述的可瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述成瓷促进剂为甲基锡、丁基锡、辛基锡、硫醇甲基锡、二月桂酸二丁基锡、马来酸丁基锡或马来酸辛基锡有机锡类化合物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的可瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为10-100份。
7.根据权利要求1所述的可瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、硫酸钙晶须、聚磷酸铵、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐或磷氮类阻燃剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述相容剂为PE-g-ST、PP-g-ST、PE-g-MAH、PP-g-MAH等中的一种或任意几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
10.根据权利要求9所述的瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β -甲氧基乙氧基）硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-辛基三甲氧基硅烷、n-辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷等中的一种或任意几种的混合物。
11.根据权利要求9所述的瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基钛酸酯偶联剂、单烷氧基磷酸酯钛酸酯偶联剂、烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯、焦磷酸酯钛酸酯或单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂等中的一种或任意几种的混合物。
12.根据权利要求1所述的瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述润滑剂为石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺等中的一种或任意几种的混合物。
13.根据权利要求1所述的瓷化聚烯烃复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂300等中的一种或任意几种的混合物。
14.一种如权利要求1至13任一项所述瓷化聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将权利要求1至12任一项所述瓷化聚烯烃复合材料投入到密炼机中，在120-180℃混炼10-20分钟，然后经双螺杆或单螺杆造粒机挤出造粒，即得产品。
15.一种电线，包括导体和包覆导体的绝缘层，其特征在于：所述绝缘层由权利要求1至13任一项所述的瓷化聚烯烃复合材料制备而成。
16.一种电缆，包括若干包有绝缘层的导体和包覆若干所述包有绝缘层的导体的耐火护套，其特征在于：所述耐火护套由权利要求1至13任一项所述的瓷化聚烯烃复合材料制备而成。
17.一种耐火电缆，包括耐火层，其特征在于：所述耐火层由权利要求1至13任一项所述的瓷化聚烯烃复合材料制备而成。
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