CN106009261A - 阻燃聚丙烯绝缘电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成，均为质量份：聚丙烯107‑116，白炭黑5‑10，硫磺3‑8，硼酸锌4‑9，硬脂酸钙6‑10，羧甲基纤维素钠6‑12，环氧大豆油5‑11，氢氧化铝17‑23，硅藻土10‑16，木质素8‑13。本发明所得产品机械性能良好，耐冲击、耐腐蚀、耐拉伸，阻燃性高，绝缘性好，可更加安全有效地保护电缆。

Description

阻燃聚丙烯绝缘电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆料领域，特别是涉及阻燃聚丙烯绝缘电缆料及其制备方法。
背景技术
电线电缆绝缘及护套用塑料俗称电缆料，传统的阻燃电缆一般采用聚氯乙烯做为护套，虽然聚氯乙烯材料具有阻燃性好、价廉、工艺好等特点，但由于其含有卤素，燃烧时会放出大量卤化氢气和浓烟，造成火灾的“二次危害”，从而加大了火灾的损失。尤其是很多科学研究已证实，卤化物对人体健康与环境所造成的损害已愈来愈严重，人们越来越重视环保。使得不含卤素的低烟无卤阻燃电缆料得到广泛的使用并呈现出很大的发展潜力。
公布号CN 104231401 A（申请号201410500796.7）的中国专利文献公开了一种聚丙烯电缆料，其是由下述重量份的原料制得：茂金属线性聚乙烯40-57、无规聚丙烯25-30、红磷3-4、氢氧化镁8-10、气相白炭黑7-9、复合填料50-57、纳米碳酸钙2-4、辣椒素0.4-0.6、腰果壳油3-6、间苯二甲酸酯5-8、甘油三醋酸酯1-2、马来酸二辛酯0.5-1、二茂铁1-2、色釉混合物料着色剂：1-3。公布号CN 103709487 A（申请号201410012208.5）的中国专利文献公开了一种聚丙烯电缆料，其是由下述重量份的原料制得：茂金属线性聚乙烯60-77、等规聚丙烯17-22、红磷1-2、氢氧化镁4-6、气相白炭黑5-7、复合填料60-67，纳米碳酸钙2-4、辣椒素0.1-0.3、腰果壳油1-2、间苯二甲酸酯2-4、甘油三醋酸酯1-2、马来酸二辛酯0.3-0.8、二茂铁1-2。公布号CN 103509262 A（申请号201310403479.9）的中国专利文献公开了一种阻燃聚丙烯电缆料，其是由下述重量份的原料制得：氯化聚乙烯100-110、等规聚丙烯10-20、硬酯酸镁1-2、氢氧化铝10-15、氢氧化镁2-4、顺丁烯二酸二丁酯1-2、氧化钙1.5-3、氧化锌0.8-1、硬脂酸锌0.4-0.6、邻苯二甲酸聚酯0.3-0.5、环氧大豆油1-2、硫酸钡1-2、改性白云石粉60-70、甲基三甲氧基硅烷1-2、抗氧剂DLTP1.4-3。
目前市面上的阻燃电缆料，在实际应用过程中，其阻燃效果及机械性能均有不足，市场推广不容易，因此需要进一步加强对此方面的研究，改善缺点，提高电缆料性能。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种阻燃效果好、使用安全的阻燃聚丙烯绝缘电缆料及其制备方法。
本发明的技术方案是：
阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成，均为质量份：聚丙烯107-116，白炭黑5-10，硫磺3-8，硼酸锌4-9，硬脂酸钙6-10，羧甲基纤维素钠6-12，环氧大豆油5-11，氢氧化铝17-23，硅藻土10-16，木质素8-13。
优选方案为，聚丙烯110-113，白炭黑6-9，硫磺5-7，硼酸锌5-8，硬脂酸钙7-9，羧甲基纤维素钠8-10，环氧大豆油6-10，氢氧化铝19-21，硅藻土12-14，木质素9-12。
更加优选的是，聚丙烯111.5，白炭黑7.5，硫磺5.5，硼酸锌6.5，硬脂酸钙8，羧甲基纤维素钠9，环氧大豆油8，氢氧化铝20，硅藻土13，木质素10.5。
所述的阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法，步骤如下：
（1）取氢氧化铝和硅藻土混合，加水研磨，粉碎30-50分钟（优选的：粉碎35-45分钟；更加优选的：粉碎40分钟），浆料过筛，烘干粉碎，制成粉末；
（2）将白炭黑、硫磺、硼酸锌、硬脂酸钙、羧甲基纤维素钠、环氧大豆油和木质素混合，匀速搅拌10-30分钟（优选的：匀速搅拌15-25分钟；更加优选的：匀速搅拌20分钟），取出置于捏合机中捏合10分钟，取出冷却；
（3）将步骤（2）所得混合物与聚丙烯混合，再加入步骤（1）所制粉末，加热至95℃并高速搅拌24-40分钟（优选的：高速搅拌28-36分钟；更加优选的：高速搅拌32分钟），混合均匀后，停止搅拌并冷却；
（4）将步骤（3）所得产物放入双螺杆挤出机中混炼造粒，经分离、筛选和包装后，即得电缆料。
所述的制备方法，步骤（1）加水量为原料质量的0.4-0.6倍（优选的：加水量为原料质量的0.5倍）。
所述的制备方法，步骤（1）浆料过200-400目筛（优选的：浆料过250-350目筛；更加优选的：浆料过300目筛）。
所述的制备方法，步骤（2）捏合机的设定温度为100-130℃（优选的：捏合机的设定温度为110-120℃；更加优选的：捏合机的设定温度为115℃）。
所述的制备方法，步骤（3）加热至80-110℃（优选的：加热至90-100℃；更加优选的：加热至95℃）。
所述的制备方法，步骤（3）高速搅拌的速度为600-1000转/分钟（优选的：高速搅拌的速度为700-900转/分钟；更加优选的：高速搅拌的速度为800转/分钟）。
所述的制备方法，步骤（4）双螺杆挤出机的挤出温度为135-155℃（优选的：挤出温度为140-150℃；更加优选的：挤出温度为145℃）。
本发明提供的阻燃聚丙烯绝缘电缆料制备科学，工艺简单。除此之外，本发明的优良效果还表现在：本发明所得产品机械性能良好，耐冲击、耐腐蚀、耐拉伸，阻燃性高，绝缘性好，可更加安全有效地保护电缆。
具体实施方式
下面结合实施例和实验例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。
实施例 1阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成（每份5kg）：聚丙烯107份，白炭黑5份，硫磺3份，硼酸锌4份，硬脂酸钙6份，羧甲基纤维素钠6份，环氧大豆油5份，氢氧化铝17份，硅藻土10份，木质素8份。上述阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法是：
（1）取氢氧化铝和硅藻土混合，加入原料质量0.4倍的水，粉碎30分钟，浆料过200目筛，烘干粉碎，制成粉末；
（2）将白炭黑、硫磺、硼酸锌、硬脂酸钙、羧甲基纤维素钠、环氧大豆油和木质素混合，匀速搅拌10分钟，取出置于捏合机中捏合10分钟，设定温度为100℃，取出冷却；
（3）将步骤（2）所得混合物与聚丙烯混合，再加入步骤（1）所制粉末，加热至80℃并高速搅拌24分钟，搅拌速度为600转/分钟，混合均匀后，停止搅拌并冷却；
（4）将步骤（3）所得产物放入双螺杆挤出机中混炼造粒，挤出温度为135℃，经分离、筛选和包装后，即得电缆料。
实施例 2阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成（每份5kg）：聚丙烯116份，白炭黑10份，硫磺8份，硼酸锌9份，硬脂酸钙10份，羧甲基纤维素钠12份，环氧大豆油11份，氢氧化铝23份，硅藻土16份，木质素13份。上述阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法是：
（1）取氢氧化铝和硅藻土混合，加入原料质量0.6倍的水，粉碎50分钟，浆料过400目筛，烘干粉碎，制成粉末；
（2）将白炭黑、硫磺、硼酸锌、硬脂酸钙、羧甲基纤维素钠、环氧大豆油和木质素混合，匀速搅拌30分钟，取出置于捏合机中捏合10分钟，设定温度为130℃，取出冷却；
（3）将步骤（2）所得混合物与聚丙烯混合，再加入步骤（1）所制粉末，加热至110℃并高速搅拌40分钟，搅拌速度为1000转/分钟，混合均匀后，停止搅拌并冷却；
（4）将步骤（3）所得产物放入双螺杆挤出机中混炼造粒，挤出温度为155℃，经分离、筛选和包装后，即得电缆料。
实施例 3阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成（每份5kg)：聚丙烯110份，白炭黑6份，硫磺5份，硼酸锌5份，硬脂酸钙7份，羧甲基纤维素钠8份，环氧大豆油6份，氢氧化铝19份，硅藻土12份，木质素9份。上述阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法是：
（1）取氢氧化铝和硅藻土混合，加入原料质量0.4倍的水，粉碎35分钟，浆料过250目筛，烘干粉碎，制成粉末；
（2）将白炭黑、硫磺、硼酸锌、硬脂酸钙、羧甲基纤维素钠、环氧大豆油和木质素混合，匀速搅拌15分钟，取出置于捏合机中捏合10分钟，设定温度为110℃，取出冷却；
（3）将步骤（2）所得混合物与聚丙烯混合，再加入步骤（1）所制粉末，加热至90℃并高速搅拌28分钟，搅拌速度为700转/分钟，混合均匀后，停止搅拌并冷却；
（4）将步骤（3）所得产物放入双螺杆挤出机中混炼造粒，挤出温度为140℃，经分离、筛选和包装后，即得电缆料。
实施例 4阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成（每份5kg）：聚丙烯113份，白炭黑9份，硫磺7份，硼酸锌8份，硬脂酸钙9份，羧甲基纤维素钠10份，环氧大豆油10份，氢氧化铝21份，硅藻土14份，木质素12份。上述阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法是：
（1）取氢氧化铝和硅藻土混合，加入原料质量0.6倍的水，粉碎45分钟，浆料过350目筛，烘干粉碎，制成粉末；
（2）将白炭黑、硫磺、硼酸锌、硬脂酸钙、羧甲基纤维素钠、环氧大豆油和木质素混合，匀速搅拌25分钟，取出置于捏合机中捏合10分钟，设定温度为120℃，取出冷却；
（3）将步骤（2）所得混合物与聚丙烯混合，再加入步骤（1）所制粉末，加热至100℃并高速搅拌36分钟，搅拌速度为900转/分钟，混合均匀后，停止搅拌并冷却；
（4）将步骤（3）所得产物放入双螺杆挤出机中混炼造粒，挤出温度为150℃，经分离、筛选和包装后，即得电缆料。
实施例 5阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成（每份5kg）：聚丙烯111.5份，白炭黑7.5份，硫磺5.5份，硼酸锌6.5份，硬脂酸钙8份，羧甲基纤维素钠9份，环氧大豆油8份，氢氧化铝20份，硅藻土13份，木质素10.5份。上述阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法是：
（1）取氢氧化铝（购自上海信裕生物科技有限公司）和硅藻土（购自湖北艺康源化工有限公司）混合，加入原料质量0.5倍的水，粉碎40分钟，浆料过300目筛，烘干粉碎，制成粉末；
（2）将白炭黑（购自济南春禄福商贸有限公司）、硫磺（购自临沂昌盛化工有限公司）、硼酸锌（购自淄博旭贝化工有限公司）、硬脂酸钙（购自上海元吉化工有限公司）、羧甲基纤维素钠（购自石家庄宁诺商贸有限公司）、环氧大豆油（购自上海邦景实业有限公司）和木质素（购自河北邯郸诚和建材化工有限公司）混合，匀速搅拌20分钟，取出置于捏合机中捏合10分钟，设定温度为115℃，取出冷却；
（3）将步骤（2）所得混合物与聚丙烯（购自湖北巨胜科技有限公司）混合，再加入步骤（1）所制粉末，加热至95℃并高速搅拌32分钟，搅拌速度为800转/分钟，混合均匀后，停止搅拌并冷却；
（4）将步骤（3）所得产物放入双螺杆挤出机中混炼造粒，挤出温度为145℃，经分离、筛选和包装后，即得电缆料。
本发明所用主要原料：
聚丙烯：是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。其特点是无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用。具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响，化学稳定性很好，适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用。
白炭黑：即水合二氧化硅，其组成可用SiO2·nH2O表示，是微细粉末状或超细粒子状的二氧化硅。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。其化学稳定性好，受高温不易分解、不燃烧、比表面积大、电绝缘性强，具有很高的多孔性、吸水性，有很好的补强和增黏作用、良好的分散性、悬浮和振动液化特性。
硫磺：外观为淡黄色脆性结晶或粉末，有特殊臭味。分子量为32.06，不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于二硫化碳。主要用于制造染料、农药、火柴、火药、橡胶、人造丝等。
硼酸锌：是一种环保型的非卤素阻燃剂，无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点，可以有效提高阻燃性能，减少燃烧时烟雾的产生，并可以调节橡塑产品的化学，机械，电等方面的性能。
硬脂酸钙：由氯化钙与硬脂酸和棕榈酸钠盐的混合物反应生成用水洗涤去除氯化钠得到硬脂酸钙。白色粉末，不溶于水，遇强酸分解为硬脂酸和相应的钙盐，有吸湿性。可用作稳定剂；润滑剂；油漆平光剂；铅笔芯的润滑剂；塑料脱模剂；建筑防水剂；润滑油的增稠剂、聚丙烯、聚乙烯的卤素吸收剂。
羧甲基纤维素钠：为纤维素羧甲基醚的钠盐，属阴离子型纤维素醚，为白色或乳白色纤维状粉末或颗粒，无臭，无味，无味，有吸湿性，易于分散在水中成透明胶状溶液，不溶于有机溶剂。用途：食品工业中用作增稠剂，医药工业中用作药物载体，日用化学工业中用作黏结剂、抗再沉凝剂。印染工业中用作上浆剂和印花糊料的保护胶体等。在石油化工中可作为采油压裂液成分。
环氧大豆油：是用大豆油经过氧化处理后制得的一种化工产品，常温下为浅黄色粘稠油状液体，是一种使用广泛的聚氯乙烯无毒增塑剂兼稳定剂：与PVC树脂相容性好，挥发性低、迁移性小。具有优良的热稳定性和光稳定性，耐水性和耐油性亦佳，可赋予制品良好的机械强度、耐候性及电性能，且无毒性，是国际认可的用于食品包装材料的化学工艺助剂。
氢氧化铝：为白色固体，用作无机阻燃添加剂，还可以防止发烟、不产生滴下物、不产生有毒气体，用作热固性塑料、热塑性塑料、合成橡胶、涂料及建材等行业。
硅藻土：是一种生物成因的硅质沉积岩，它主要由古代硅藻的遗骸所组成。其化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质。 硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，具有无毒性、多孔性，较大的比表面积，相对的不可压缩性及化学稳定性等，工业上常用来作为保温材料、过滤材料、填料、研磨材料、水玻璃原料、脱色剂及硅藻土助滤剂，催化剂载体等。
木质素：是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。可作为增强剂、矿粉粘结剂、混凝土减水剂、防垢剂和缓蚀剂等。
试验例 1 本发明所得阻燃聚丙烯绝缘电缆料（实施例5）的性能测试：
1.选取本发明所得阻燃聚丙烯绝缘电缆料和常规聚丙烯电缆料，参照国家相关标准测试主要性能，其结果如表1所示：
表1 两组产品的测试结果
由表1可知，本发明所得产品的主要性能均优于常规产品，拉伸强度及断裂伸长率高，机械性能好，便于加工，体积电阻率高，绝缘性好，氧指数高，阻燃等级最高，阻燃效果更好，因此本发明所得产品综合性能更加优越。
应当指出的是，具体实施方式只是本发明比较有代表性的例子，显然本发明的技术方案不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。

Claims (10)

1.阻燃聚丙烯绝缘电缆料，其特征在于，主要由下列原料制备而成，均为质量份：聚丙烯107-116，白炭黑5-10，硫磺3-8，硼酸锌4-9，硬脂酸钙6-10，羧甲基纤维素钠6-12，环氧大豆油5-11，氢氧化铝17-23，硅藻土10-16，木质素8-13。
2.如权利要求1所述的阻燃聚丙烯绝缘电缆料，其特征在于，聚丙烯110-113，白炭黑6-9，硫磺5-7，硼酸锌5-8，硬脂酸钙7-9，羧甲基纤维素钠8-10，环氧大豆油6-10，氢氧化铝19-21，硅藻土12-14，木质素9-12。
3.如权利要求1所述的阻燃聚丙烯绝缘电缆料，其特征在于，聚丙烯111.5，白炭黑7.5，硫磺5.5，硼酸锌6.5，硬脂酸钙8，羧甲基纤维素钠9，环氧大豆油8，氢氧化铝20，硅藻土13，木质素10.5。
4.如权利要求1-3任一所述的阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）取氢氧化铝和硅藻土混合，加水研磨，粉碎30-50分钟（优选的：粉碎35-45分钟；更加优选的：粉碎40分钟），浆料过筛，烘干粉碎，制成粉末；
（2）将白炭黑、硫磺、硼酸锌、硬脂酸钙、羧甲基纤维素钠、环氧大豆油和木质素混合，匀速搅拌10-30分钟（优选的：匀速搅拌15-25分钟；更加优选的：匀速搅拌20分钟），取出置于捏合机中捏合10分钟，取出冷却；
（3）将步骤（2）所得混合物与聚丙烯混合，再加入步骤（1）所制粉末，加热并高速搅拌24-40分钟（优选的：高速搅拌28-36分钟；更加优选的：高速搅拌32分钟），混合均匀后，停止搅拌并冷却；
（4）将步骤（3）所得产物放入双螺杆挤出机中混炼造粒，经分离、筛选和包装后，即得电缆料。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）加水量为原料质量的0.4-0.6倍（优选的：加水量为原料质量的0.5倍）。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）浆料过200-400目筛（优选的：浆料过250-350目筛；更加优选的：浆料过300目筛）。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）捏合机的设定温度为100-130℃（优选的：捏合机的设定温度为110-120℃；更加优选的：捏合机的设定温度为115℃）。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）加热至80-110℃（优选的：加热至90-100℃；更加优选的：加热至95℃）。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）高速搅拌的速度为600-1000转/分钟（优选的：高速搅拌的速度为700-900转/分钟；更加优选的：高速搅拌的速度为800转/分钟）。
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）双螺杆挤出机的挤出温度为135-155℃（优选的：挤出温度为140-150℃；更加优选的：挤出温度为145℃）。
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