CN105385016B - 基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

基于乙烯‑四氟乙烯共聚物的复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。解决了现有技术中乙烯‑四氟乙烯共聚物热稳定性差的技术问题。本发明的基于乙烯‑四氟乙烯共聚物的复合材料，包括50～90重量份的乙烯‑四氟乙烯共聚物、0～20重量份的聚偏氟乙烯、1～10重量份的敏化剂、3～8重量份的热稳定剂和0.5～1重量份的抗氧剂。该复合材料具有很高的热稳定性，初始热分解温度为346～390℃，可满足高温条件(>300℃)下的挤出加工要求，避免乙烯‑四氟乙烯共聚物在加工过程中的降解，提高了乙烯‑四氟乙烯共聚物的可加工性，能够电线绝缘料或者电缆绝缘料应用。

Description

基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，具有优良的机械性能、耐热性能、耐介质性能、电绝缘性能，并在较宽的温度范围内都具有显著的韧性和耐摩擦性能，被广泛用于制备耐腐蚀件，减磨耐磨件，电线、电缆的绝缘层，防腐设备，密封材料，工业、农业用建筑薄膜等。
但是，ETFE的熔点与分解温度之间距离较小，在加工过程中容易分解，尤其在利用挤出加工制备电线、电缆的绝缘层时，ETFE将出现变色、起泡等现象，影响使用性能。
现有技术中，采用在ETFE中引入第三单体，破环二元共聚物的交替序列结构的方法，降低ETFE的熔点，以提高其热稳定性，但是该方法成本较高，不利于实际加工。
发明内容
本发明的目的是如何提供一种具有很高的热稳定性，初始热分解温度为346～390℃，可满足高温条件(>300℃)下挤出加工要求，加工过程中不出现变色、起泡等现象的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料及其制备方法与应用。
本发明的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，包括：
所述敏化剂为敏化剂A、三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、三烯丙基氰酸酯(TAC)中的一种或多种按任意比例的混合；
所述敏化剂A的结构式如下：
所述热稳定剂为三氧化二铝、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙中一种或几种按任意比例的混合。
优选的，所述的乙烯-四氟乙烯共聚物的熔融指数为3～10g/10min，熔点为225～280℃。
优选的，所述的聚偏氟乙烯的熔融指数为2～10g/10min，熔点为155～165℃。
优选的，所述的抗氧剂为抗氧剂133、抗氧剂1010、抗氧剂445中一种或几种按任意比例的混合。
本发明还提供上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法：
按重量份称取各组分，加入密炼机中混合均匀后，经螺杆挤出机在260～310℃的温度区间内挤出，得到基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料。
优选的，所述在密炼机中混合均匀的温度为260～310℃。
本发明还提供上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料作为电线绝缘料或者电缆绝缘料的应用：将基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料加入挤出机，260～310℃挤出，包覆在电线或者电缆的外表面，然后将包覆基于乙烯-四氟乙烯共聚物的电线或者电缆置于115～135℃的温度下退火24～36h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料具有很高的热稳定性，初始热分解温度为346～390℃，可满足高温条件(>300℃)下挤出加工要求，避免了乙烯-四氟乙烯共聚物在加工过程中的降解，提高了乙烯-四氟乙烯共聚物的可加工性，可作为电线、电缆绝缘料使用；
2、本发明的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法成本低、操作方便、便于大规模生产。
附图说明
图1中，(a)为对比例1的乙烯-四氟乙烯共聚物挤出、退火后的照片，(b)为实施例6的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料挤出、退火后的照片。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，主要包括50～90重量份的乙烯-四氟乙烯共聚物、0～20重量份的聚偏氟乙烯、1～10重量份的敏化剂、3～8重量份的热稳定剂和0.5～1重量份的抗氧剂，该复合材料的初始热分解温度为346～390℃。根据实际使用需求，还可以包括其他助剂，如染料、塑化剂等。其他助剂的用量很据领域技术人员熟知用量添加，一般为0.5重量份。
本发明中，乙烯-四氟乙烯共聚物和聚偏氟乙烯，没有特殊限制，当采用挤出加工时，乙烯-四氟乙烯共聚物的熔融指数为3～10g/10min，熔点为225～280℃，聚偏氟乙烯的熔融指数为2～10g/10min，熔点为155～165℃。
本发明中，敏化剂为敏化剂A、TAIC、TMPTMA、TAC中的一种或多种按任意比例的混合。其中，敏化剂A为现有技术，详见中国专利一种辐照交联敏化剂及其制备方法与应用。
本发明中，热稳定剂为三氧化二铝、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化钙中一种或几种按任意比例的混合。
本发明中，抗氧剂没有特殊要求，优选抗氧剂133、抗氧剂1010、抗氧剂445中一种或几种按任意比例的混合。
上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法是先按重量份称取各组分，加入密炼机中混合均匀，优选混合均匀的温度为260～310℃，然后经螺杆挤出机在260～310℃的温度区间内挤出，得到基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料。
本发明的方法中螺杆挤出机没有特殊限制，可以采用单螺杆挤出机或者双螺杆挤出机，螺杆挤出机螺杆的长径比可以采用20:1。
上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料能够作为电线、电缆绝缘料应用，其具体应用方法是将基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料加入电线电缆挤出机，在260～310℃挤出，使基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料包覆电线、电缆的外表面，然后置于115～135℃的温度下退火24～36h。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，由90重量份的ETFE、4重量份的TAIC、5重量份的二氧化钛和1重量份的抗氧剂133组成。
上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法：
按重量份称取各组分，加入密炼机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出，得到基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料。双螺杆挤出机的工艺参数为：1区：250℃；2区：270℃；3区：280℃；4区：290℃；5区：299℃；6区：298℃；机头：280℃。
对实施例1的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料进行热稳定性检测，结果如表1所示。
实施例2
基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，由85重量份的ETFE、5重量份的TAIC、4重量份的三氧化二铝、3重量份的二氧化钛和1重量份的抗氧剂133组成。
上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法：
按重量份称取各组分，加入密炼机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出，得到基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料。双螺杆挤出机的工艺参数为：1区：250℃；2区：270℃；3区：280℃；4区：290℃；5区：299℃；6区：298℃；机头：280℃。
对实施例2的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料进行热稳定性检测，结果如表1所示。
实施例3
基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，由78重量份的ETFE、8重量份的PVDF、5重量份的敏化剂A、2重量份的TAIC、4重量份的三氧化二铝、2重量份的二氧化钛和1重量份的抗氧剂133组成。
上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法：
按重量份称取各组分，加入密炼机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出，得到基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料。双螺杆挤出机的工艺参数为：1区：250℃；2区：270℃；3区：280℃；4区：290℃；5区：299℃；6区：298℃；机头：280℃。
对实施例3的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料进行热稳定性检测，结果如表1所示。
表1实施例1～3的复合材料的热稳定性
从表1可以看出，本发明的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料具有很高的热稳定性，可满足高温条件下挤出加工要求。
实施例4
基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，由60重量份的ETFE、20重量份的PVDF、10重量份的TAC、7重量份的氧化锌、1重量份的氧化镁和0.5重量份的抗氧剂1010组成。
上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法：
按重量份称取各组分，加入密炼机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出，得到基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料。双螺杆挤出机的工艺参数为：
1区：250℃；2区：270℃；3区：285℃；4区：290℃；5区：299℃；6区：298℃；机头：280℃。
实施例5
基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，由50重量份的ETFE、1重量份的TMPTMA、3重量份的氧化钙和0.5重量份的抗氧剂445组成。
上述基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法：
按重量份称取各组分，加入密炼机中混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出，得到基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料。双螺杆挤出机的工艺参数为：
1区：250℃；2区：270℃；3区：280℃；4区：290℃；5区：299℃；6区：298℃；机头：280℃。
实施例6
基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料作为电线绝缘料或者电缆绝缘料的应用(为便于观察，实施例中不使用电线或者电缆)：
将实施例3的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料经双螺杆挤出在260～310℃的温度区间内挤出后，置于125℃的温度下退火24h。
对比例1
将乙烯-四氟乙烯共聚物经双螺杆挤出在260～310℃的温度区间内挤出后，置于125℃的温度下退火24h。
观察对比例1和实施例6退火后的材料，结果分别如图1(a)和图1(b)所示，从图中看出，ETFE出现变色、起泡，而本发明的复合材料未出现变色、起泡,说明本发明的复合材料作为电线、电缆绝缘料性能稳定。
显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，其特征在于，组成如下：
所述敏化剂为敏化剂A和三烯丙基异氰尿酸酯的混合；
所述敏化剂A的结构式如下：
所述热稳定剂为三氧化二铝和二氧化钛的混合。
2.根据权利要求1所述的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，其特征在于，所述的乙烯-四氟乙烯共聚物的熔融指数为3～10g/10min，熔点为225～280℃。
3.根据权利要求1所述的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，其特征在于，所述的聚偏氟乙烯的熔融指数为2～10g/10min，熔点为155～165℃。
4.根据权利要求1所述的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂133、抗氧剂1010、抗氧剂445中一种或几种按任意比例的混合。
5.权利要求1-4任何一项所述的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法，其特征在于，按重量份称取各组分，加入密炼机中混合均匀后，经螺杆挤出机在260～310℃的温度区间内挤出，得到基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料。
6.根据权利要求5所述的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料的制备方法，其特征在于，所述在密炼机中混合均匀的温度为260～310℃。
7.权利要求1-4任何一项所述的基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料作为电线绝缘料或者电缆绝缘料的应用，其特征在于，将基于乙烯-四氟乙烯共聚物的复合材料加入挤出机，260～310℃挤出，包覆在电线或者电缆的外表面，然后将包覆基于乙烯-四氟乙烯共聚物的电线或者电缆置于115～135℃的温度下退火24～36h。
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