CN105218934A - 超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料、制备及应用 - Google Patents

超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料、制备及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料、制备及应用，其护套料包括以下重量份数的原料：高密度聚乙烯树脂5～20重量份；线性低密度聚乙烯树脂5～20重量份；乙烯醋酸乙烯共聚物树脂30～50重量份；改性树脂A5～10重量份；改性树脂B10～20重量份；无卤阻燃剂140～180重量份；表面爽滑剂10～15重量份；抗氧剂0.5～1.0重量份；润滑剂0.2～0.5重量份；其中，所述表面爽滑剂是酰胺类爽滑剂、含氟流变剂和超高分子量硅氧烷的混合物。本发明所述的技术方案得到了一种同时满足超低摩擦系数、低烟无卤且具有高阻燃性能的蝶形光缆用环保型聚烯烃护套料。

Description

超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料、制备及应用
技术领域
本发明涉及一种塑料粒子及其制备方法，具体说是，蝶形光缆用的具有超低摩擦系数和高阻燃性能的低烟无卤聚烯烃护套料及其制备方法，本发明的蝶形光缆用聚烯烃护套料同时具有超低摩擦系数、低烟无卤和高阻燃性能。
背景技术
蝶形光缆是一种新型用户接入光缆，是组建智能大楼、数字小区、校园网、局域网等网络的重要部分，由于其特殊的结构特性，使其具备光缆外径小、重量轻、成本低、柔软性能和弯曲性能好，轻便易敷设，施工成本低、速度快、灵活快捷的特点。由于其使用范围广、敷设场合多样，因此对性能的要求也较为严格，对塑料护套的要求也很高，户内使用的光缆还需要具备阻燃等级，目前更有满足无卤低烟要求的趋向。
聚氯乙烯和使用含卤阻燃剂的阻燃聚烯烃电缆料，由于在燃烧时会释放出大量烟雾和有毒、有腐蚀性的卤化氢等有害气体，对环境产生很大的污染，并造成火灾的“二次危害”，加大了火灾造成的损失。目前，室内光缆还有较多的场合仍采用聚氯乙烯为护套，低烟无卤阻燃护套料替代聚氯乙烯已成为一种必然趋势。同时，人们对公共场所、办公楼宇、家庭住宅的防火安全性要求也逐步提高，对室内用的材料的防火性有了更高的要求。普通低烟无卤阻燃聚烯烃材料虽具有一定的阻燃性，但其易被点燃，自熄性差，容易蔓延，在垂直布线或成束布线时，其阻燃性难以满足要求。
随着我国信息化建设的飞速发展，蝶形光缆的使用量大幅增加，蝶形光缆一般采用穿管敷设或成束敷设，较低的表面摩擦系数可降低光缆的表面摩擦力，有效提高敷设效率，增加单位管道的光缆容纳量，节省管道资源，后期维修和更换光缆也更方便，同时也在很大程度上避免了光缆表面被磨损甚至刮伤，确保光信号稳定，延长光缆寿命，在后期维修或更换某一根光缆时也易于抽出和穿入。而一般蝶形光缆护套采用的聚氯乙烯表面摩擦系数大，普通低烟无卤阻燃材料由于添加了大量无机阻燃剂，导致其表面摩擦系数较高，在低摩擦性能和阻燃性能上无法兼顾。
发明内容
本发明的第一个目的是提供了一种蝶形光缆用聚烯烃护套料，能同时满足超低摩擦系数、高阻燃性能和低烟无卤的特性，用该材料作为蝶形光缆的护套，可赋予光缆超低的滚动摩擦系数和静摩擦系数，提高敷设效率，增加单位管道的光缆容纳量，节省管道资源，后期维修和更换光缆也更方便，同时也在很大程度上避免了光缆表面被磨损甚至刮伤，确保光信号稳定，延长光缆寿命。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，包括以下重量份数的原料：
高密度聚乙烯树脂5～20重量份；
线性低密度聚乙烯树脂5～20重量份；
乙烯醋酸乙烯共聚物树脂30～50重量份；
改性树脂A5～10重量份；
改性树脂B10～20重量份；
无卤阻燃剂140～180重量份；
表面爽滑剂10～15重量份；
抗氧剂0.5～1.0重量份；
润滑剂0.2～0.5重量份；
其中，所述表面爽滑剂是酰胺类爽滑剂、含氟流变剂和超高分子量硅氧烷的混合物，其中酰胺类爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或两者混合物。
优选的，所述无卤阻燃剂是复合膨胀型阻燃剂、金属水合物无机阻燃剂与硅烷偶联剂的混合物，所述复合膨胀型阻燃剂、金属水合物无机阻燃剂与硅烷偶联剂的重量比例为1：(2～9)：(0.1～0.5)，其中所述金属水合物无机阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁，所述复合膨胀型阻燃剂是按照金属磷酸盐：季戊四醇：三聚氰胺＝8:1:1的重量比例混合而成。
优选的，所述金属磷酸盐为次磷酸铝。
优选的，所述线性低密度聚乙烯树脂是茂金属聚乙烯，熔融指数为0.5～1.0g/10min；所述高密度聚乙烯树脂的熔融指数为5.0～8.0g/10min。
优选的，所述乙烯醋酸乙烯共聚物树脂的熔融指数为3.0～6.0g/10min，其中醋酸乙烯含量为25～28％。
优选的，改性树脂A是乙烯醋酸乙烯共聚物的马来酸酐单体接枝物，其中马来酸酐单体的接枝率为1.5％；改性树脂B是线性低密度聚乙烯的马来酸酐单体接枝物，其中马来酸酐单体的接枝率为1.5％。
优选的，所述抗氧剂是1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯或β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
优选的，所述润滑剂是聚乙烯蜡和聚酯蜡的混合物。
本发明的第二个目的是提供了制备上述超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料的方法，其特征在于包括以下步骤：
先将所述金属水合物无机阻燃剂投入到高速搅拌机中搅拌至60～80℃，然后均匀喷洒所述硅烷偶联剂，继续搅拌3～5分钟后冷却至50℃以下，再投入复合膨胀型阻燃剂继续搅拌3分钟，得到无卤阻燃剂，其中所述复合膨胀型阻燃剂、金属水合物无机阻燃剂与硅烷偶联剂的重量比例为1：(2～9)：(0.1～0.5)；
接着将高密度聚乙烯树脂5～20重量份、线性低密度聚乙烯树脂5～20重量份、乙烯醋酸乙烯共聚物树脂30～50重量份、改性树脂A5～10重量份、改性树脂B10～20重量份、无卤阻燃剂140～180重量份、表面爽滑剂10～15重量份、抗氧剂0.5～1.0重量份和润滑剂0.2～0.5重量份，一起投入温度为150～165℃的密闭式混炼机中，混炼15～20分钟，得到塑化均匀的料团；
然后，将料团投入六温度段双螺杆挤出机中，挤制成颗粒状，得到超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料；其中六温度段双螺杆挤出机的六个温度段的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、160℃、160℃。
本发明的第三个目的是提供了超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料的应用，以所述超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料作为原料制备蝶形光缆，可以得到具有超低摩擦系数、低烟无卤以及高阻燃性能的蝶形光缆。
下面对本发明的主要成分进行说明：
高密度聚乙烯树脂是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，其具有机械强度好，耐热性和耐寒性好的优势；其硬度和拉伸强度优于低密度聚乙烯树脂。
线性低密度聚乙烯，具有较高的软化温度和熔融温度，除具有一般聚烯烃树脂的性能外，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性尤为优越。
乙烯醋酸乙烯共聚物树脂，化学稳定性良好，抗老化和耐臭氧强度好。
改性树脂A和改性树脂B通过引入强极性基团，使其具有高的极性和反应性，能大大提高原料之间的相容性，提高产品性能。
本发明采用不同类型的聚合物树脂，互相配合，相互弥补，使产品既有优良的机械性能，又有良好的加工性能。
本发明所述的表面爽滑剂选用酰胺类爽滑剂、含氟流变剂和超高分子量硅氧烷的混合物，用于降低产品整体的摩擦系数；其中酰胺类爽滑剂选用油酸酰胺和芥酸酰胺这两种爽滑剂，效果明显，添加量极少，价格适中。
表面爽滑剂中的超高分子量硅氧烷在材料表面形成均匀分布的润滑点，上述酰胺类爽滑剂在润滑点间均匀分布，当外界接触面与材料发生摩擦时，润滑点减小了接触面积，所述酰胺类爽滑剂促进了接触面与这些点之间的滑动，从而极大的降低了表面摩擦系数，同时，含氟流变剂确保了在材料被挤制成光缆时表面的平整性，减小表面的凹凸程度。本发明所述的爽滑剂除了各组分自有的爽滑特性外，其还与无卤阻燃剂及主体树脂间构成良好的协同作用，材料各组分的分子间、有机物和无机物两相间、材料与外部摩擦面之间的摩擦系数均有效降低，材料整体的摩擦系数非常低。
本发明采用复合膨胀型阻燃剂、金属水合物阻燃剂以及硅烷偶联剂配伍形成的无卤阻燃剂来实现其高阻燃性能；采用硅烷偶联剂对阻燃剂进行偶联处理，改善金属水合物阻燃剂和膨胀型阻燃剂之间，以及两者与主体有机物树脂之间的界面性能，提高产品性能。一般情况下，普通膨胀型阻燃剂与氢氧化铝或氢氧化镁阻燃剂不能配伍使用，本发明中涉及的膨胀型阻燃剂含有金属磷酸盐，其组分与氢氧化铝可形成有效的协同作用，因此本发明所述的无卤阻燃剂综合了氢氧化铝难点燃、低烟、低释热率及不易滴落，和膨胀型阻燃剂难蔓延、自熄快的优点，相比单独使用某一种阻燃剂体现出更强的阻燃性，因此相对较少的添加量便可赋予材料极高的阻燃性，极大的提高材料的阻燃效率。阻燃剂添加量的减少也降低了表面摩擦系数，并进一步减小了材料在韧性和机械性能上的衰减。
本发明所述的润滑剂采用聚乙烯蜡和聚酯蜡的混合物，其中聚乙烯蜡和聚酯蜡作为内润滑剂，在聚合物内部起到降低聚合物分子间内聚力的作用，从而改善熔体的流动性，降低材料各组分的分子间的摩擦系数，进一步提高产品的加工性能。
本发明的有益效果：
综上所述，本发明采用上述技术方案得到了一种同时满足超低摩擦系数、低烟无卤且具有高阻燃性能的蝶形光缆用环保型聚烯烃护套料，主体树脂采用不同类型的聚合物树脂，赋予本产品优良的机械性能和加工性能。将所述超低摩擦高阻燃的聚烯烃护套料用于制备蝶形光缆，其中超低的摩擦系数赋予蝶形光缆表面极低的滚动摩擦和静摩擦系数，使此类蝶形光缆在施工时极大的减小了摩擦力，更易于铺设和维修，护层也不易被磨损或刮伤，延长使用寿命；同时本发明所述的蝶形光缆用聚烯烃护套料是一种低烟、无卤、低毒性、低腐蚀性、不含铅、镉等有害重金属的环保材料，在发生火灾时其极高的阻燃性使其具备难于被点燃、不易燃烧、易于自动熄灭，蔓延少，热释放量低、烟雾危害小、不会对环境造成二次危害等特点。
附图说明
图1为蝶形光缆摩擦系数测定装置的工作原理示意图。
具体实施方式
实施例1
无卤阻燃剂的制备：先将金属水合物无机阻燃剂投入到高速搅拌机中搅拌至60～80℃，然后均匀喷洒硅烷偶联剂，继续搅拌3～5分钟后冷却至50℃以下，再投入膨胀型阻燃剂继续搅拌3分钟，得到无卤阻燃剂，其中所述复合膨胀型阻燃剂、金属水合物无机阻燃剂与硅烷偶联剂的重量比例为1：(2～9)：(0.1～0.5)，其中所述金属水合物无机阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁，所述复合膨胀型阻燃剂是按照次磷酸铝：季戊四醇：三聚氰胺＝8:1:1的重量比例混合而成。
超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护料套的制备：将高密度聚乙烯树脂5重量份；线性低密度聚乙烯树脂20重量份；乙烯醋酸乙烯共聚物树脂50重量份；改性树脂A5重量份；改性树脂B20重量份；无卤阻燃剂180重量份；表面爽滑剂15重量份；抗氧剂1.0重量份；润滑剂0.2重量份，一起投入温度为150～165℃的密闭式混炼机中，混炼15～20分钟，得到塑化均匀的料团；
造粒：将所述料团投入六温度段双螺杆挤出机中，挤制成颗粒状，得到蝶形光缆用超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料；其中六温度段双螺杆挤出机的六个温度段的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、160℃、160℃。
实施例2
按实施例1中所述的方法制备无卤阻燃剂。
按实施例1中所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护料套的制备步骤制备聚烯烃护套料，其中高密度聚乙烯树脂20重量份；线性低密度聚乙烯树脂5重量份；乙烯醋酸乙烯共聚物树脂50重量份；改性树脂A10重量份；改性树脂B15重量份；无卤阻燃剂180重量份；表面爽滑剂15重量份；抗氧剂1.0重量份；润滑剂0.2重量份。
造粒方法同实施例1。
实施例3
按实施例1中所述的方法制备无卤阻燃剂。
按实施例1中所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护料套的制备步骤制备聚烯烃护套料，其中高密度聚乙烯树脂20重量份；线性低密度聚乙烯树脂20重量份；乙烯醋酸乙烯共聚物树脂30重量份；改性树脂A10重量份；改性树脂B20重量份；无卤阻燃剂140重量份；表面爽滑剂15重量份；抗氧剂0.5重量份；润滑剂0.5重量份。
造粒方法同实施例1。
实施例4
按实施例1中所述的方法制备无卤阻燃剂。
按实施例1中所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护料套的制备步骤制备聚烯烃护套料，其中高密度聚乙烯树脂20重量份；线性低密度聚乙烯树脂20重量份；乙烯醋酸乙烯共聚物树脂40重量份；改性树脂A10重量份；改性树脂B10重量份；无卤阻燃剂140重量份；表面爽滑剂15重量份；抗氧剂0.5重量份；润滑剂0.5重量份。
造粒方法同实施例1。
对比例采用现有技术，用于与实施例做对比。
对比例1
制备：将高密度聚乙烯树脂20重量份；线性低密度聚乙烯树脂5重量份；乙烯醋酸乙烯共聚物树脂50重量份；改性树脂A10重量份；改性树脂B15重量份；氢氧化铝阻燃剂180重量份；表面爽滑剂15重量份；抗氧剂1.0重量份；润滑剂0.2重量份；一起投入温度为150～165℃的密闭式混炼机中，混炼15～20分钟，得到塑化均匀的料团。
造粒方法同实施例1。
对比例2
按对比例1中的制备步骤制备：其中高密度聚乙烯树脂20重量份；线性低密度聚乙烯树脂5重量份；乙烯醋酸乙烯共聚物树脂50重量份；改性树脂A10重量份；改性树脂B15重量份；无卤阻燃剂180重量份；爽滑剂(超高分子量硅氧烷与芥酸酰胺的混合物)15重量份；抗氧剂1.0重量份；润滑剂0.2重量份。
造粒方法同实施例1。
对比例3
按对比例1中的制备步骤制备：其中高密度聚乙烯树脂15重量份；线性低密度聚乙烯树脂10重量份；乙烯醋酸乙烯共聚物树脂50重量份；改性树脂A10重量份；改性树脂B15重量份；无卤阻燃剂120重量份；表面爽滑剂15重量份；抗氧剂1.0重量份。
造粒方法同实施例1。
对比例4
按对比例1中的制备步骤制备：其中乙烯醋酸乙烯共聚物树脂75重量份；改性树脂A10重量份；改性树脂B15重量份；无卤阻燃剂180重量份；表面爽滑剂15重量份；抗氧剂1.0重量份；润滑剂0.2重量份。
造粒方法同实施例1。
对实施例和对比例中制备的产品进行检测，其性能分别如表1和表2所示。指标项为国家规定应当达到的标准值(依据YD/T1113-2009及YD/T1997.1-2014)。
表1蝶形光缆用超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料性能
表2对比例样品性能
从表1和表中可知：对比例1与实施例1类似，但其使用了普通的阻燃剂，可见其无法满足成束燃烧要求，且摩擦系数高。
对比例2与实施例1类似，但其采用仅使用了有超高分子量硅氧烷和酰胺类润滑剂的爽滑剂，导致摩擦系数偏高。
对比例3减少了无卤阻燃剂的添加量，导致氧指数低，垂直燃烧等级降低为FV-2级，且光缆的成束燃烧和单根垂直燃烧均无法通过。
对比例4不添加高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯，导致摩擦系数偏高。
其中，表中蝶形光缆摩擦系数的测定方法如下：
装置试验原理：在上下平行的两个模板上固定放置两个与被测样品相同的光缆样品，将被测样品置于两个固定样品间，同时在上模板的中心位置放置一重物，被测样品的一头用夹样器夹住，通过带有力传感器的牵引绳由牵引电机以一固定的速度进行牵引，在一定的压力下，通过电机牵引，带动传感器移动，也就是使两试验表面在固定载荷压力下相对移动，由传感器所测得的力，根据重物施加的压力，可计算得出被测样品的表面摩擦系数。
固定样品长度：150毫米；
被测样品滑移长度：300毫米；
负荷：2.0kg；
滑动速度：500毫米/分钟；
每次应进行10个标本的测试；
摩擦系数应采用每个样品在100毫米和250毫米之间的位移平均力(Ft)计算：
μ = F t 2 × F 0
其中，μ为动态摩擦系数；Ft＝滑移的力[N]；F0＝载荷的力[N]。
试验结果应取十个样本的摩擦系数平均值以消除不确定性。

Claims (10)

1.超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
高密度聚乙烯树脂5～20重量份；
线性低密度聚乙烯树脂5～20重量份；
乙烯醋酸乙烯共聚物树脂30～50重量份；
改性树脂A5～10重量份；
改性树脂B10～20重量份；
无卤阻燃剂140～180重量份；
表面爽滑剂10～15重量份；
抗氧剂0.5～1.0重量份；
润滑剂0.2～0.5重量份；
其中，所述表面爽滑剂是酰胺类爽滑剂、含氟流变剂和超高分子量硅氧烷的混合物，其中酰胺类爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或两者混合物。
2.根据权利要求1所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述无卤阻燃剂是复合膨胀型阻燃剂、金属水合物无机阻燃剂与硅烷偶联剂的混合物，所述复合膨胀型阻燃剂、金属水合物无机阻燃剂与硅烷偶联剂的重量比例为1：(2～9)：(0.1～0.5)，其中所述金属水合物无机阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁，所述复合膨胀型阻燃剂是按照金属磷酸盐：季戊四醇：三聚氰胺＝8:1:1的重量比例混合而成。
3.根据权利要求1所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述金属磷酸盐为次磷酸铝。
4.根据权利要求1所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述线性低密度聚乙烯树脂是茂金属聚乙烯，熔融指数为0.5～1.0g/10min；所述高密度聚乙烯树脂的熔融指数为5.0～8.0g/10min。
5.根据权利要求1所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述乙烯醋酸乙烯共聚物树脂的熔融指数为3.0～6.0g/10min，其中醋酸乙烯含量为25～28％。
6.根据权利要求1所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：改性树脂A是乙烯醋酸乙烯共聚物的马来酸酐单体接枝物，其中马来酸酐单体的接枝率为1.5％；改性树脂B是线性低密度聚乙烯的马来酸酐单体接枝物，其中马来酸酐单体的接枝率为1.5％。
7.根据权利要求1所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述抗氧剂是1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯或β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，或两者混合物。
8.根据权利要求1所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述润滑剂是聚乙烯蜡和聚酯蜡的混合物。
9.制备权利要求1～8任一权利要求所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料的方法，其特征在于包括以下步骤：
先将所述金属水合物无机阻燃剂投入到高速搅拌机中搅拌至60～80℃，然后均匀喷洒所述硅烷偶联剂，继续搅拌3～5分钟后冷却至50℃以下，再投入复合膨胀型阻燃剂继续搅拌3分钟，得到无卤阻燃剂，其中所述复合膨胀型阻燃剂、金属水合物无机阻燃剂与硅烷偶联剂的重量比例为1：(2～9)：(0.1～0.5)；
接着将高密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、乙烯醋酸乙烯共聚物树脂、改性树脂A、改性树脂B、无卤阻燃剂、表面爽滑剂、抗氧剂和润滑剂按权利要求1所述的重量份一起投入温度为150～165℃的密闭式混炼机中，混炼15～20分钟，得到塑化均匀的料团；
然后，将料团投入六温度段双螺杆挤出机中，挤制成颗粒状，得到超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料；其中六温度段双螺杆挤出机的六个温度段的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、160℃、160℃。
10.根据权利要求1～8任一权利要求所述的超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料在蝶形光缆用护套料制备中的应用，以所述超低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料作为原料制备蝶形光缆。
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