CN104558805A - 一种陶瓷化聚烯烃材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷化聚烯烃材料及其制备方法，属于电线电缆材料领域。其原料组分为：乙烯-α-烯烃共聚物100份；瓷化粉A100-200份；瓷化粉B20-100份；瓷化粉C100-200份；润滑剂5-40份；抗氧剂0.1-1份；乙烯-α-烯烃共聚物为乙烯与α-丙烯、α-丁烯、α-己烯、α-辛烯共聚物的一种或任意几种；瓷化粉A为层状无机粉、纤维状无机粉和针状无机粉中的一种或以上的组合；瓷化粉B为硼砂、硼酸铵、硼酸锌及硼熔块、低熔点磷酸盐玻璃粉、低熔点硼酸盐玻璃粉、低熔点硅酸盐玻璃粉中的至少一种；瓷化粉C为高温绝缘性优异的颗粒状粉体；抗氧剂为1010、1076、168、626、300、DSTDP中的至少一种。
Description
技术领域
本发明属于电线电缆材料技术领域，具体涉及一种陶瓷化聚烯烃材料，并且还涉及其制备方法。
背景技术
随着经济发展和社会进步以及生活水平的显著改善，人们对诸如吃、穿、住、行、用之类的安全意识全方位提高，其中，对用电安全日趋严苛。鉴于电线电缆是用电系统的重要载体，因而其安全性倍受人们的关注。由于耐火电缆在燃烧状态下能在合理的时间段内保障应急设施、设备继续维持一定的运行时间，为火灾被困人员的逃生、消防人员的施救赢取宝贵的时间和/或创造有利的条件，因而较受业界的器重。
近年来，我国城乡建设迅速发展，用电容量不断提高，高层建筑、大型商场、地铁、隧道之类的建筑物如果采用传统的0.6/1KV低压配电，那么在电缆用量、敷设安装工作量及敷设空间用量和维护成本上都需要很大的投入，尤其，过多地敷设电缆不仅给日常管护造成困难，而且给安全产生影响。为了解决实际供电难题，目前，高层建筑、大型商场等开始采用中压(6-35KV)供电，从而使适应这种场所用电要求的中、低压耐火电缆的市场需求不断增加。
在公开的中国专利文献中可见诸适于中、低压耐火场合使用的耐火电缆的技术信息，如授权公告号CN101169993B推荐有“中压耐火电缆”，包括中压结构的绝缘缆芯、外侧的耐火层和外护套，耐火层为内侧耐火无机纤维隔热层、外侧正常使用为柔软型热固性弹性体、遇着火则转变为挡火隔热层的复合耐火隔热层，其中，热固性弹性体由30-50Wt％的硅基弹性材料、40-60Wt％的无机填料、5-15Wt％中低温熔块以及4-10Wt％硫化剂混合挤压成型并经碳化而成。该专利方案的缺憾是：当使用时，需要凭借专用的橡胶挤出机挤出，并且还需经过硫化工序进行硫化处理，因而工艺相对复杂，适用范围有限；如果将电缆料制成硅橡胶带，并且在电线电缆加工过程中将其缠包至缆芯外，那么生产效率低并且成本高，不利于工业化放大生产；又如发明专利申请公布号CN103525092A提供有“一种陶瓷化硅橡胶电缆料及其制备方法”，配方(按重量份数计)：硅橡胶80-90份、天然橡胶10-20份、矿物硅酸盐20-30份、三氧化二锑10-15份、聚磷酸铵10-20份、氧化锌4-6份、防老剂(DTPD)1-2份、喷雾炭黑20-30份、轻质碳酸钙10-20份、次磷酸铝14-16份、硬酯酸钙1-2份、季戊四醇1-2份、滑石粉1-2份和改性填料12-14份。该专利申请方案如同前述CN101169993B均采用陶瓷化硅橡胶材料，并且该专利申请方案除了配方复杂外同样存在前述CN10116999B的所述缺憾；再如授权公告号CN101404189B介绍有“一种快速陶瓷化耐火电缆料及其制备方法”(该专利的发明人之一即为本申请的第一发明人)，该专利方案具备陶瓷化性能并且客观上能体现其说明书第0023至0025段记载的技术效果，但是配方及制备工艺复杂，并且由于含有较多的聚乙烯(体系中的重量份数为30-40份)，因而加工温度较高，能耗大，有失经济廉价；进而如发明专利申请公布号CN103509237A公开有“一种快速陶瓷化耐火电缆料”，由该专利申请的说明书第0005段可知其配方甚为复杂，并且因填料占比有失合理，瓷化物的强度、致密性难以达到预期；更而如发明专利申请公布号CN103865166A揭示有“低烟无卤陶瓷化聚烯烃电缆料及其制备方法”，该电缆料在单独挤包时，具有较好的瓷化结壳性能，但当在其外层再挤包其他材料后，其瓷化结壳性能明显下降，残余物强度很低。
发明内容
本发明的首要任务在于提供一种有助于使良好的挤出加工性能与高温绝缘性能兼而得之而藉以满足工业化生产要求并且保障安全性、有利于在自然或火灾情况下在电缆线芯外形成一层陶瓷化壳体而藉以体现对绝缘线芯的优异的保护效果并且保障线路系统正常运行、有益于体现良好的柔韧性而藉以方便敷设的陶瓷化聚烯烃材料。
本发明的另一任务在于提供一种陶瓷化聚烯烃材料的制备方法，该方法工艺过程简洁、工艺要求不苛刻、制备成本低廉并且能使得到的陶瓷化聚烯烃材料的所述技术效果得以全面体现。
本发明的首要任务是这样来完成的，一种陶瓷化聚烯烃材料，其原料组分及各组分的重量份分别为：
其中：所述的乙烯-α-烯烃共聚物为乙烯与α-丙烯、α-丁烯、α-己烯、α-辛烯共聚物的一种或任意几种并且按任意重量比相混合的混合物；所述的瓷化粉A为层状无机粉、纤维状无机粉和针状无机粉中的一种或以上的组合；所述的瓷化粉B为硼砂、硼酸铵、硼酸锌及硼熔块、低熔点磷酸盐玻璃粉、低熔点硼酸盐玻璃粉、低熔点硅酸盐玻璃粉中的至少一种；所述的瓷化粉C为高温绝缘性优异的颗粒状粉体；所述的抗氧剂为1010、1076、168、626、300、DSTDP中的至少一种。
在本发明的一个具体的实施例中，所述的层状无机粉为层状瓷化粉；所述的纤维状无机粉为纤维状瓷化粉；所述的针状无机粉为针状瓷化粉。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述的层状瓷化粉为凹凸棒土、膨润土、蒙脱土、高岭土、绢云母、白云母、金云母、滑石粉中的至少一种；所述的纤维状瓷化粉为玻璃纤维、氧化铝纳米管中的至少一种；所述的针状瓷化粉为硅酸钙、硅灰石、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、硼酸铝晶须中的至少一种。
在本发明的又一个具体的实施例中，所述的颗粒状粉体为颗粒状瓷化粉。
在本发明的再一个具体的实施例中，所述的颗粒状瓷化粉为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑、高纯石英粉、石英玻璃粉、氧化铝中的至少一种。
在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸酯类衍生物、金属皂类、饱和烃类、硅系润滑剂中的至少一种。
在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的硬脂酸酯类衍生物为硬脂酸正丁酯和硬脂酸辛酯；所述的金属皂类润滑剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌；所述的饱和烃类润滑剂为液体石蜡、固体石蜡、微晶石蜡和聚乙烯蜡；所述的硅系润滑剂为高粘度硅油、硅酮母料。
本发明的另一任务是这样来完成的，一种陶瓷化聚烯烃材料的制备方法，其是将按重量份数称取的乙烯-α-烯烃共聚物100份、瓷化粉A100-200份、瓷化粉B20-100份、瓷化粉C100-200份、润滑剂5-40份和抗氧剂0.1-1份投入密炼机中混炼，当混炼至温度为100-115℃时出料并经锥形喂料斗引入双螺杆挤出机熔融挤出，并且控制双螺杆挤出机的一区至九区的温度以及控制双螺杆挤出机的机头的温度，出双螺杆挤出机后，经冷切，得到陶瓷化聚烯烃材料，其中：所述的乙烯—α-烯烃共聚物为乙烯与α-丙烯、α-丁烯、α-己烯、α-辛烯共聚物的一种或任意几种并且按任意重量比相配合的混合物；所述的瓷化粉A为层状无机粉、纤维状无机粉和针状无机粉中的一种或以上的组合；所述的瓷化粉B为硼砂、硼酸铵、硼酸锌及硼熔块、低熔点磷酸盐玻璃粉、低熔点硼酸盐玻璃粉、低熔点硅酸盐玻璃粉中的至少一种；所述的瓷化粉C为高温绝缘性优异的颗粒状粉体；所述的抗氧剂为1010、1076、168、626、300、DSTDP中的至少一种。
在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的控制双螺杆挤出机的一区至九区的温度是将一区至九区的温度分别控制为：一区50～60℃，二区60～70℃，三区70～80℃，四区80～90℃，五区90～95℃，六区90～95℃，七区90～95℃，八区90～95℃，九区90～95℃；所述的控制双螺杆挤出机的机头的温度是将机头温度控制为95～100℃。
本发明提供的陶瓷化聚烯烃材料的技术效果之一，由于配方原料选择及其配比合理，因而能使良好的挤出加工性能、瓷化性能以及高温绝缘性能兼得，既可满足工业化放大生产要求，又能保障使用中的安全性；之二，在自燃或火灾情况下可在电缆线芯外形成一层陶瓷化壳体，并且能耐750-950℃乃至更高的温度，对绝缘线芯的保护以及线路的正常运行具有极致的效果；之三，具有良好的柔韧性，能满足柔软敷设的要求；之四，能作为理想的耐火层材料取代传统的云母带而应用于低压耐火电缆；之五，提供的制备方法工艺简练，无苛刻的工艺要求，制备成本低而得以体现使用的廉价性。
具体实施方式
实施例1：
将按重量份数称取的乙烯-α-丙烯共聚物100份、瓷化粉A即凹凸棒土180份、瓷化粉B即硼砂15份和硼酸铵15份、瓷化粉C即气相白炭黑120份、润滑剂即硬脂酸8份和抗氧剂10100.3份投入密炼机中混炼(也可称密炼)，当混炼至温度100℃时出料并经锥形喂料斗引入双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机的一区至九区的温度分别为一区60℃，二区70℃，三区80℃，四区85℃，五区90℃，六区90℃，七区90℃，八区95℃，九区95℃，机头温度100℃，出双螺杆挤出机后，经冷切，得到陶瓷化聚烯烃材料。
实施例2：
将按重量份数称取的乙烯-α-丁烯共聚物50份、乙烯-α-辛烯共聚物25份、乙烯-α-己烯共聚物25份、瓷化粉A即玻璃纤维50份、氧化铝纳米管50份和碳酸钙晶须50份、瓷化粉B即硼砂60份、瓷化粉C即高纯石英粉与石英玻璃粉各100份、润滑剂即硬脂酸钙与硬脂酸锌各20份和抗氧剂168以及抗氧剂300各0.5份投入密炼机中混炼(也可称密炼)，当混炼至温度115℃时出料并经锥形喂料斗引入双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机的一区至九区的温度分别为一区50℃，二区65℃，三区70℃，四区80℃，五区95℃，六区95℃，七区95℃，八区95℃，九区90℃，机头温度95℃，出双螺杆挤出机后，经冷切，得到陶瓷化聚烯烃材料。
实施例3：
将按重量份数称取的乙烯-α-辛烯共聚物100份、瓷化粉A即绢云母50份和白云母25份以及金云母25份、瓷化粉B即低熔点磷酸盐玻璃粉或低熔点硼酸盐玻璃粉100份、瓷化粉C即沉淀白炭黑100份、润滑剂即硬脂酸辛酯2.5份以及液体石蜡2.5份和抗氧剂10760.3份投入密炼机中混炼(也可称密炼)，当混炼至温度105℃时出料并经锥形喂料斗引入双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机的一区至九区的温度分别为一区55℃，二区60℃，三区75℃，四区90℃，五区92℃，六区92℃，七区92℃，八区92℃，九区92℃，机头温度98℃，出双螺杆挤出机后，经冷切，得到陶瓷化聚烯烃材料。
实施例4：
将按重量份数称取的乙烯-α-丁烯共聚物100份、瓷化粉A即高岭土175份、瓷化粉B即硼酸锌和硼熔块各10份、瓷化粉C即氧化铝和高纯石英粉各80份、润滑剂即高粘度硅油和聚乙烯蜡15份和抗氧剂1010以及抗氧剂DSTDP各0.4份投入密炼机中混炼(也可称密炼)，当混炼至温度112℃时出料并经锥形喂料斗引入双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机的一区至九区的温度分别为一区57℃，二区62℃，三区72℃，四区82℃，五区93℃，六区93℃，七区93℃，八区93℃，九区93℃，机头温度96℃，出双螺杆挤出机后，经冷切，得到陶瓷化聚烯烃材料。
由上述实施例1至4制备的陶瓷化聚烯烃材料经测试具有下表所示的技术效果：
将由实施例1至4得到的陶瓷化聚烯烃材料制备成下表所示的线材样品，并且将样品参照国家标准GB/T 19216.21-2003进行瓷化性能测试，结果见下表:
Claims (9)
1.一种陶瓷化聚烯烃材料，其特征在于其原料组分及各组分的重量份分别为：
乙烯-α-烯烃共聚物 100份；
瓷化粉A 100-200份；
瓷化粉B 20-100份；
瓷化粉C 100-200份；
润滑剂 5-40份；
抗氧剂 0.1-1份；
其中：所述的乙烯-α-烯烃共聚物为乙烯与α-丙烯、α-丁烯、α-己烯、α-辛烯共聚物的一种或任意几种并且按任意重量比相混合的混合物；所述的瓷化粉A为层状无机粉、纤维状无机粉和针状无机粉中的一种或以上的组合；所述的瓷化粉B为硼砂、硼酸铵、硼酸锌及硼熔块、低熔点磷酸盐玻璃粉、低熔点硼酸盐玻璃粉、低熔点硅酸盐玻璃粉中的至少一种；所述的瓷化粉C为高温绝缘性优异的颗粒状粉体；所述的抗氧剂为1010、1076、168、626、300、DSTDP中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷化聚烯烃材料，其特征在于所述的层状无机粉为层状瓷化粉；所述的纤维状无机粉为纤维状瓷化粉；所述的针状无机粉为针状瓷化粉。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷化聚烯烃材料，其特征在于所述的层状瓷化粉为凹凸棒土、膨润土、蒙脱土、高岭土、绢云母、白云母、金云母、滑石粉中的至少一种；所述的纤维状瓷化粉为玻璃纤维、氧化铝纳米管中的至少一种；所述的针状瓷化粉为硅酸钙、硅灰石、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、硼酸铝晶须中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷化聚烯烃材料，其特征在于所述的颗粒状粉体为颗粒状瓷化粉。
5.根据权利要求4所述的一种陶瓷化聚烯烃材料，其特征在于所述的颗粒状瓷化粉为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑、高纯石英粉、石英玻璃粉、氧化铝中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种陶瓷化聚烯烃材料，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸、硬脂酸酯类衍生物、金属皂类、饱和烃类、硅系润滑剂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种陶瓷化聚烯烃材料，其特征在于所述的硬脂酸酯类衍生物为硬脂酸正丁酯和硬脂酸辛酯；所述的金属皂类润滑剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌；所述的饱和烃类润滑剂为液体石蜡、固体石蜡、微晶石蜡和聚乙烯蜡；所述的硅系润滑剂为高粘度硅油、硅酮母料。
8.一种如权利要求1所述的一种陶瓷化聚烯烃材料的制备方法，其特征在于其是将按重量份数称取的乙烯—α-烯烃共聚物100份、瓷化粉A100-200份、瓷化粉B20-100份、瓷化粉C100-200份、润滑剂5-40份和抗氧剂0.1-1份投入密炼机中混炼，当混炼至温度为100-115℃时出料并经锥形喂料斗引入双螺杆挤出机熔融挤出，并且控制双螺杆挤出机的一区至九区的温度以及控制双螺杆挤出机的机头的温度，出双螺杆挤出机后，经冷切，得到陶瓷化聚烯烃材料，其中：所述的乙烯—α-烯烃共聚物为乙烯与α-丙烯、α-丁烯、α-己烯、α-辛烯共聚物的一种或任意几种并且按任意重量比相配合的混合物；所述的瓷化粉A为层状无机粉、纤维状无机粉和针状无机粉中的一种或以上的组合；所述的瓷化粉B为硼砂、硼酸铵、硼酸锌及硼熔块、低熔点磷酸盐玻璃粉、低熔点硼酸盐玻璃粉、低熔点硅酸盐玻璃粉中的至少一种；所述的瓷化粉C为高温绝缘性优异的颗粒状粉体；所述的抗氧剂为1010、1076、168、626、300、DSTDP中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的一种陶瓷化聚烯烃材料的制备方法，其特征在于所述的控制双螺杆挤出机的一区至九区的温度是将一区至九区的温度分别控制为：一区50～60℃，二区60～70℃，三区70～80℃，四区80～90℃，五区90～95℃，六区90～95℃，七区90～95℃，八区90～95℃，九区90～95℃；所述的控制双螺杆挤出机的机头的温度是将机头温度控制为95～100℃。
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