一种电工用无卤阻燃F级耐高温聚酯热收缩管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有无卤阻燃耐高温特征的电工绝缘保护及其外观标识区分用途,耐温等级达到F级(155℃)的聚酯材质的热收缩管及其制备方法。本发明应用在电容、电池、电机、马达、变压器、热交换器和电热元器件绝缘保护及其外观标识区分领域,满足了既要求阻燃,又要求无卤环保的聚酯热收缩管需求。
背景技术
目前市场上电容、电池、电机、马达等产品封装用的热收缩材料主要有PVC热收缩管(膜)、PET热收缩管(膜)、POF热收缩管(膜)和特种聚酯热收缩管(膜)。从耐温等级上细分,PVC热收缩管(膜)、PET热收缩管(膜)、POF热收缩管(膜)因为本身的材料特性,分别只能达到A级(105℃)、B级级(130℃)和E级(120℃)的耐温等级,无法达到F级(155℃)耐热的要求。某些特殊聚酯材质的热收缩管可以达到F级耐温的,但是由于聚酯材料本身易燃烧的特性,无法满足遇火难燃烧的要求。
随着电子电气行业的快速发展,电子元器件结构的小型化、大功率化对热收缩材料的耐温性提出了更高的要求,从现有的B级耐热向更高等级的F级耐温已成为必然的发展趋势。另一方面,随着电容、电池等产品分别在电动汽车和波音飞机因为爆炸、起火等意外情况的产生,引起了社会团体和相关安全机构对电子电器的安全高度关注,对电子电气元器件和辅助材料的火灾蔓延性重新进行了评估,对热收缩材料提出了更高的阻燃要求。在新的形势下,高耐热等级和阻燃的热收缩封装材料已成为行业的发展热点。
2003年1月27日,欧盟议会和欧盟理事会通过了2002/95/EC指令,即“在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令”,简称RoHS指令。基本内容是:从2006年7月1日起,在新投放市场的电子电气设备产品中,限制使用铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)等六种有害物质。我国信息产业部于2006年11月发布并实施了电子行业标准SJ/T11363-2006《电子信息产品中有毒有害物质的限量要求》,禁止在电子信息产品中使用铅、镉、汞、六价铬等重金属以及PBB、PBDE等有害物质,其中危害环境物质的种类与含量和欧盟RoHS指令相同。RoHS指令发布以后,各国际化的大公司纷纷制定内部有毒有害物质控制标准,对卤系阻燃剂的种类和含量执行了严格管控,其控制标准远比RoHS严格得多。
因此,研发一种在电容、电池、电机、马达等产品领域应用,具有无卤阻燃特行、耐热等级达到F级(155℃)的聚酯热收缩管,在155℃温度范围内可以长期、安全使用,已经成为社会各界的急切期盼。
发明内容
本发明的要解决的技术问题是:解决现有常规电子电气用热收缩材料的长期使用温度无法超过155℃的不足,本发明提供一种电工用无卤阻燃、耐高温聚酯热收缩材料,该材料可在155℃的温度范围内长期使用;同时,本发明还提供该材料的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明提出以下技术方案:一种电工用无卤阻燃F级耐高温聚酯热收缩管,其由下列重量份数计的组分组成:
所述的聚萘二甲酸乙二醇酯,是由2,6-萘二甲酸二甲酯(NDC)与乙二醇(EG)缩聚而成的一种聚酯材料,或者2,6-萘二甲酸(NDA)与乙二醇(EG)缩聚而成;
所述的低熔点聚苯硫醚是由含水硫化钠与对二氯苯为单体,通过常压与高压聚合而成的一种材料。
上述技术方案的进一步限定在于,所述的聚萘二甲酸乙二醇酯的熔点为260~265℃,玻璃化温度为120℃~130℃,特性粘度不小于0.80dl/g。
上述技术方案的进一步限定在于,所述的低熔点聚苯硫醚的熔点240~260℃,玻璃化温度90℃~140℃之间,其制备过程如下:将等克分子的对二氯苯和无水硫化钠加入二甲基亚砜溶剂中,添加不同的冠醚或聚乙二醇于反应混合液中作调节剂,在180℃反应6小时即可得到黄褐色低熔点聚苯硫醚。
上述技术方案的进一步限定在于,所述稳定剂包括受阻酚类抗氧剂及受阻胺类抗氧剂,是下列物质中的一种或者其中多种物质的混合物:四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂;N,N'-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺];硫代二丙酸双十二醇酯;亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯;二环己基碳二亚胺及其聚合物;N,N'-二异丙基碳二亚胺及其聚合物;1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及其聚合物;对异丙氧基二苯胺;4,4,-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺;N,N-双(1,4-二甲基戊基)对苯二胺;N,N-二-β-萘基对苯二胺;N-(1,3-二甲基丁基)-N-苯基对苯二胺;2,2,4-三甲基-1,2二氢化喹啉聚合体。
为了解决上述技术问题,本发明还提出以下技术方案:一种电工用无卤阻燃F级耐高温聚酯热收缩管的制备方法,其包括以下步骤:
步骤1:按照重量份数,称取聚萘二甲酸乙二醇酯70~90份、低熔点聚苯硫醚10~30份、稳定剂0.1~2份、颜色母粒0.5~10份,用高速混合机在高速旋转的情况下混合均匀,放入加热温度设为240~280℃的双螺杆混炼机熔融混炼,制成长度为2~4mm、直径为1~3mm的圆柱状塑料粒子;
步骤2:将步骤1所得的塑料粒子经塑料挤出成型机挤出成管状,加热温度设为250~310℃之间;
步骤3:加热升温,加热方式为热空气或乙二醇,当材料温度达到130℃~180℃时,通过内部压缩压力或内部压缩压力与外部真空形成的压力差使材料扩张变形,变形倍率为1.8~2.0倍,将变形的材料快速冷却定型,即可得到本发明电工用无卤阻燃F级耐高温聚酯热收缩管。
上述技术方案的进一步限定在于,所述的聚萘二甲酸乙二醇酯的熔点为260~265℃,玻璃化温度为120℃~130℃,特性粘度不小于0.80dl/g。
上述技术方案的进一步限定在于,所述的低熔点聚苯硫醚的熔点240~260℃,玻璃化温度90℃~140℃之间,其制备过程如下:将等克分子的对二氯苯和无水硫化钠加入二甲基亚砜溶剂中,添加不同的冠醚或聚乙二醇于反应混合液中作调节剂,在180℃反应6小时即可得到黄褐色低熔点聚苯硫醚。
上述技术方案的进一步限定在于,所述稳定剂包括受阻酚类抗氧剂及受阻胺类抗氧剂,是下列物质中的一种或者其中多种物质的混合物:四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂;N,N'-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺];硫代二丙酸双十二醇酯;亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯;二环己基碳二亚胺及其聚合物;N,N'-二异丙基碳二亚胺及其聚合物;1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及其聚合物;对异丙氧基二苯胺;4,4,-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺;N,N-双(1,4-二甲基戊基)对苯二胺;N,N-二-β-萘基对苯二胺;N-(1,3-二甲基丁基)-N-苯基对苯二胺;2,2,4-三甲基-1,2二氢化喹啉聚合体。
本发明具有以下有益效果:本发明参照IEC 60085:2004的标准规定(检测方法见IEC 60216.1:2001,Electrical insulating materials--Propertiesof thermal endurance;part 1:ageing procedures and evaluation of testresults)发明了一种无卤阻燃、F级耐高温的聚酯热收缩管,该产品不含有卤素等有毒有害物质、耐高温(F级)、具有热收缩的特性,对于提升电子电气用热收缩材料的耐温性、阻燃安全性具有重大的现实意义。
具体实施方式
本发明提出一种电工用无卤阻燃F级耐高温聚酯热收缩管,其由下列重量份数计的组分组成:
所述的聚萘二甲酸乙二醇酯,是由2,6-萘二甲酸二甲酯(NDC)与乙二醇(EG)缩聚而成的一种聚酯材料,或者2,6-萘二甲酸(NDA)与乙二醇(EG)缩聚而成。
聚萘二甲酸乙二醇酯的化学结构与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)相似,分子链中由刚性更大的萘环代替了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的苯环。
所述的聚萘二甲酸乙二醇酯的熔点为260~265℃,玻璃化温度为120℃~130℃,特性粘度不小于0.80dl/g;
聚苯硫醚化学名称聚苯基硫醚,是由含水硫化钠与对二氯苯为单体,通过常压与高压聚合而成的一种材料,具有机械强度高、耐高温、高阻燃、耐化学药品性能强等特点。
低熔点聚苯硫醚是聚苯硫醚系列产品中的一种特殊产品,除了具备常规聚苯硫醚耐高温、高阻燃的特点之外,还具有熔点低(240~260℃),玻璃化温度低(90℃~140℃之间)的特点,具备了与PEN接近的一次和二次加工的可操作性。
本发明所述的低熔点聚苯硫醚是参考公开文献自己制备:将等克分子的对二氯苯和无水硫化钠加入二甲基亚砜溶剂中,添加不同的冠醚或聚乙二醇于反应混合液中作调节剂,在180℃反应6小时即可得到黄褐色聚苯硫醚。
所述稳定剂包括受阻酚类抗氧剂及受阻胺类抗氧剂,是下列物质中的一种或者其中多种物质的混合物:四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂;N,N'-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺];硫代二丙酸双十二醇酯;亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯;二环己基碳二亚胺及其聚合物;N,N'-二异丙基碳二亚胺及其聚合物;1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐及其聚合物;对异丙氧基二苯胺;4,4,-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺;N,N-双(1,4-二甲基戊基)对苯二胺;N,N-二-β-萘基对苯二胺;N-(1,3-二甲基丁基)-N-苯基对苯二胺;2,2,4-三甲基-1,2二氢化喹啉聚合体。
所述的颜色母粒是从市场购买的。
上述电工用无卤阻燃F级耐高温聚酯热收缩管的制备方法,其包括以下步骤:
步骤1:按照重量份数,称取聚萘二甲酸乙二醇酯70~90份、低熔点聚苯硫醚10~30份、稳定剂0.1~2份、颜色母粒0.5~10份,用高速混合机在高速旋转的情况下混合均匀,放入加热温度设为240~280℃的双螺杆混炼机熔融混炼,制成长度为2~4mm、直径为1~3mm的圆柱状塑料粒子;
步骤2:将步骤1所得的塑料粒子经塑料挤出成型机挤出成管状,加热温度设为250~310℃之间。;
步骤3:加热升温,加热方式为热空气或乙二醇,当材料温度达到130℃~180℃时,通过内部压缩压力或内部压缩压力与外部真空形成的压力差使材料扩张变形,变形倍率为1.8~2.0倍,将变形的材料快速冷却定型,即可得到本发明电工用无卤阻燃F级耐高温聚酯热收缩管。
实施例及其比较例
按照下列的表1中的配比,按重量份数称取聚萘二甲酸乙二醇酯、低熔点聚苯硫醚、稳定剂、颜色母粒,用高速混合机在高速旋转的情况下搅拌均匀,放入加热温度设为的双螺杆混炼机熔融混炼,制成长度为2~4mm,直径为1~3mm的圆柱状塑料粒子;
将所得的塑料粒子经塑料挤出成型机挤出成管状,加热温度设为250~310℃之间。
在料筒温度设定为250~310℃的挤出机中,使上述组合物熔解,并通过管型模头挤出,管坯浸渍在水中,进行冷却固化得到扩张前的半成品。然后,在150℃乙二醇中继续对半成品进行加热。向管材内部通压缩气体、外部抽真空,形成内外压差使管材扩张变形,在长度方向上拉伸1.05~1.1倍、在径向方向上扩张1.8~2.0倍,立即进行冷却,得到内径为8.0mm,厚度为0.080mm的聚酯热收缩管。并对制得的管进行性能测试,结果如表1所示。
表1
由表1可以看出:本发明的实施例1-5所示的聚酯热收缩管满足不含有卤素等有毒有害物质,可以通过UL 224标准规定的VW-1阻燃测试,耐温等级可以达到F级(155℃)的需求,而比较例1-3所示的热收缩管就不具备符合阻燃、可生产加工、耐高温(F级)的特点。
由此可知,本发明电工用无卤阻燃F级耐高温聚酯热收缩管在实用上具备无卤阻燃、耐高温的特性。