CN106543514A - 一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料，包括以下重量份的组分：聚乙烯树脂15-30份；相容剂10-30份；炭黑母料2-10份；阻燃剂20-50份；硅胶母料阻燃剂2-15份；抗氧剂0.2-2.0份；润滑剂0.2-2.0份。本发明还进一步提供了低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料的制备方法。本发明提供一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料的成本低，不含卤素、铅及其他重金属，并具有良好的机械性能、加工性能、抗开裂性能、阻燃性能，同时制成的电缆表面光滑，可适用于各种规格的中低压、超高压。

Description

一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料及其制备方法
技术领域
本发明属于电缆料技术领域，具体涉及一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料及其制备方法。
背景技术
随着世界各国环保和安全意识的提高，阻燃环保型的电缆料得到了广泛应用并且具有很大的发展潜力。阻燃聚乙烯因其质量轻、力学性能好、同时具有非常好的耐低温性能、良好的耐环境应力开裂性能、良好的加工性、优秀的电绝缘性能等突出的特点，在阻燃电缆领域有着非常广泛的应用。目前市场上应用最广泛的阻燃聚乙烯一般使用溴锑阻燃，该类阻燃体系阻燃性能好，但是价格昂贵，并且不环保，而且该类阻燃聚乙烯燃烧时放出大量的烟和有毒气体，在发生火灾时对受害者造成更大的危害。而市场上普通的无卤阻燃聚乙烯电缆料为了具有较好的阻燃性，通常添加大量的无机氢氧化物来提高材料的阻燃性，但这将使产品的机械及加工性能变得很差，另外由于材料中存在大量的无机氢氧化物，在挤制电缆过程中，电缆料在挤出机里易产生摩擦热，使物料温度升高，给挤出机各区温控带来困难。同时大量无机氢氧化物的填充也使得电缆料的抗裂性能急剧降低，伴有电缆开裂的风险。
由于目前市场上的阻燃聚乙烯的上述缺点，使的阻燃聚乙烯的使用受到限制，因此开发出一种低成本、抗开裂型的阻燃聚乙烯电缆料是势在必行，值得本领域的从业者深入研究与探讨。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料及其制备方法，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料，包括以下重量份的组分：
优选地，所述一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料，包括以下重量份的组分：
优选地，所述聚乙烯(PE)为线型低密度的聚乙烯树脂。
更优选地，所述线型低密度的聚乙烯树脂的条件为：分子结构为线型长主链；密度为0.92-0.93g/cm3；熔融指数(190℃*2.16Kg)为0.5-5g/10min；强度为23Mpa-30Mpa；断裂伸长率≥1000％；熔点为118-124℃。
进一步地，所述熔融指数＜2.0g/10min时，所述线型低密度的聚乙烯树脂为低流动性聚乙烯树脂；所述熔融指数≥2.0g/10min时，所述线型低密度的聚乙烯树脂为高流动性聚乙烯树脂。
优选地，所述相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯(PE)和聚烯烃弹性体(POE)。
更优选地，所述马来酸酐接枝聚乙烯和聚烯烃弹性体的条件为：熔融指数(190℃*2.16Kg)为0.5-2g/10min；接枝率为0.5-2％。
更优选地，所述聚乙烯与聚烯烃弹性体加入的质量之比为1-2：1。所述聚乙烯为上述线型低密度的聚乙烯树脂。
优选地，所述炭黑母料按重量百分比计，包括以下组分：
炭黑 30-40％；
载体 60-70％。
更优选地，所述载体为聚乙烯。所述聚乙烯为上述线型低密度的聚乙烯树脂。
优选地，所述阻燃剂为无机阻燃剂。
更优选地，所述无机阻燃剂选自磷氮系无机阻燃剂、碳酸钙、氢氧化镁的一种或者多种组合。
进一步地，所述磷氮系无机阻燃剂为红磷。
进一步地，所述无机阻燃剂中红磷、碳酸钙加入的重量之比为5-8：10-35；所述无机阻燃剂中红磷、氢氧化镁加入的重量之比为5-8：：10-20；所述无机阻燃剂中碳酸钙、氢氧化镁加入的重量之比为10-35：10-20；所述无机阻燃剂中红磷、碳酸钙、氢氧化镁加入的重量之比为5-8：10-35：10-20。
最优选地，所述无机阻燃剂中红磷、碳酸钙、氢氧化镁加入的重量之比为5-8：10-35：10-20。
优选地，所述硅胶母料阻燃剂选自碳酸钙或氢氧化镁中的任意一种与硅橡胶、聚乙烯混合做成的母料。
更优选地，所述硅橡胶的分子量为40-80万。
更优选地，所述聚乙烯为上述线型低密度的聚乙烯树脂。
更优选地，所述硅胶母料阻燃剂中碳酸钙或氢氧化镁、硅橡胶、聚乙烯加入的重量之比为30-40：30-40：20-40。
优选地，所述抗氧剂包括硫代二丙酸双月桂酯(抗氧剂DLTP)、多元受阻酚类、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)中的任意一种或多种组合。
更优选地，所述抗氧剂包括硫代二丙酸双月桂酯(抗氧剂DLTP)、多元受阻酚类、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)中的任意2种或3种组合。
所述多元受阻酚类为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯(抗氧剂1010)。
进一步地，所述抗氧剂DLTP、抗氧剂1010、抗氧剂168中的任意2种加入的重量之比为1：1；所述抗氧剂DLTP、抗氧剂1010、抗氧剂168加入的重量之比为1：1：1。
最优选地，所述抗氧剂DLTP、抗氧剂1010、抗氧剂168加入的重量之比为1：1：1。
优选地，所述润滑剂选自硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡(PE蜡)中的任意一种或多种组合。
更优选地，所述润滑剂选自硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡(PE蜡)中的任意2种或3种组合。
进一步地，所述润滑剂中硬脂酸镁、硬脂酸钙加入的重量之比为0.2-0.3：0.2-0.3；所述润滑剂中硬脂酸镁、聚乙烯蜡加入的重量之比为0.2-0.3：0.2-0.4；所述润滑剂中硬脂酸钙、聚乙烯蜡加入的重量之比为0.2-0.3：0.2-0.4；所述润滑剂中硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡加入的重量之比为0.2-0.3：0.2-0.3：0.2-0.4。
最优选地，所述润滑剂中硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡加入的重量之比为0.2-0.3：0.2-0.3：0.2-0.4。
本发明第二方面公开了一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料的制备方法，具体包括以下步骤：
1)将各组分按照配比放入高速混合机混合均匀；
2)将步骤1)中所得物料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，烘干即得。
优选地，步骤1)中，所述高速混合机的混合温度为25-75℃，混合时间为5-20min。
优选地，步骤1)中，所述高速混合机的转速为100-1500rpm。
更优选地，所述高速混合机的转速为500-1000rpm。
所述高速混合机为常规使用的高速混合机。
优选地，步骤2)中，所述双螺杆挤出机为喂料挤出造粒混炼型双螺杆挤出造粒机。
优选地，步骤2)中，所述双螺杆挤出机的挤出温度为135-180℃。
更优选地，步骤2)中，所述双螺杆挤出机的温度设置为：加料段135-140℃，混料段145-165℃，挤出造粒段170-180℃，机头部分160-170℃。
更优选地，步骤2)中，所述双螺杆挤出机的挤出温度为145-170℃。
最优选地，步骤2)中，所述双螺杆挤出机的温度设置为：加料段145-150℃，混料段155-165℃，挤出造粒段170℃，机头部分150-160℃。
优选地，步骤2)中，所述烘干温度为60-80℃。
优选地，步骤2)中，所述烘干时间为1-3小时。
本发明第三发明公开了一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料在电线电缆中的用途。
如上所述，本发明的一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料及其制备方法，通过使用特种高分子树脂改性，并加入相应试剂，制备的聚乙烯电缆料，其成本低，不含卤素、铅及其他重金属，并具有良好的机械性能、加工性能、抗开裂性能、阻燃性能，阻燃性能能够满足成束C类实验的技术要求，并具有较高的性价比，成本价格仅为市场上普通阻燃聚乙烯的2/3，且便于施工，从而可以有效的扩展阻燃聚乙烯电缆料的应用范围，提高其在市场中的份量。同时制成的电缆表面光滑，可适用于各种规格的中低压、超高压。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
以下实施例中使用的实验材料和设备如下：
线型低密度的聚乙烯树脂(PE)、聚烯烃弹性体(POE)、马来酸酐、炭黑、磷氮系无机阻燃剂、碳酸钙、氢氧化镁、硅橡胶、硫代二丙酸双月桂酯、多元受阻酚、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡均可以通过市场常规购买获得。高速混合机、喂料挤出造粒混炼型双螺杆挤出造粒机也均为常规使用的设备。
实施例1
电缆料配方中，各组分名称及各组分重量份数配比如下：
将各组分按照所述配比选择原料，其中，炭黑母料中按重量百分比计，炭黑为30-40％，载体聚乙烯为60-70％。氢氧化镁硅胶阻燃母料中氢氧化镁、硅橡胶、聚乙烯加入的重量之比为30-40：30-40：20-40。将称量准确的树脂和助剂在高速混合机中以100-1500rpm转速充分混合，所述高速混合机的混合温度为25-75℃，混合时间为5-20min。在喂料挤出造粒混炼型双螺杆挤出造粒机中挤出造粒，所述双螺杆挤出机的挤出温度为135-180℃，所述双螺杆挤出机的温度设置为：加料段135-140℃，混料段145-165℃，挤出造粒段170-180℃，机头部分160-170℃。造粒后干燥，所述烘干温度为60-80℃，所述烘干时间为1-3小时，即获得电缆用粒料。原料组分的组成及重量份配比如表1所示。
实施例2
电缆料配方中，各组分名称及各组分重量份数配比如下：
混合及挤出造粒等工艺同实施例1。原料组分的组成及重量份配比如表1所示。
实施例3
电缆料配方中，各组分名称及各组分重量份数配比如下：
将各组分按照所述配比选择原料，其中，炭黑母料中按重量百分比计，炭黑为30-40％，载体聚乙烯为60-70％。碳酸钙硅胶阻燃母料中碳酸钙、硅橡胶、聚乙烯加入的重量之比为30-40：30-40：20-40。将称量准确的树脂和助剂在高速混合机中中以500-1000rpm转速充分混合，所述高速混合机的混合温度为50℃，混合时间为15min。在喂料挤出造粒混炼型双螺杆挤出造粒机中挤出造粒，所述双螺杆挤出机的挤出温度为145-170℃，所述双螺杆挤出机的温度设置为：加料段145-150℃，混料段155-165℃，挤出造粒段170℃，机头部分150-160℃。造粒后干燥，所述烘干温度为70℃，所述烘干时间为2小时，即获得电缆用粒料。原料组分的组成及重量份配比如表1所示。
实施例4
电缆料配方中，各组分名称及各组分重量份数配比如下：
混合及挤出造粒等工艺同实施例3。原料组分的组成及重量份配比如表1所示。
实施例5
电缆料配方中，各组分名称及各组分重量份数配比如下：
混合及挤出造粒等工艺同实施例3，其中，氢氧化镁硅胶阻燃母料中氢氧化镁、硅橡胶、聚乙烯加入的重量之比为30-40：30-40：20-40。原料组分的组成及重量份配比如表1所示。
表1实施例1-5中阻燃聚乙烯电缆护套料的配方
实施例6
将实施例1-5中配比制得阻燃聚乙烯电缆料分别按照相关标准进行性能测试，所制备的电缆料的相关性能结果见表2。
表2实施例1-5制得电缆料性能测试结果
由表2中数据可知，本发明中制得的一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料，强度、伸长率、耐环境应力开裂测试结果均远远高于标准值，电缆成束燃烧可以满足常规的C类要求。本发明中所用阻燃剂的成本远低于市场上所用的溴锑阻燃剂，因此制成的阻燃聚乙烯电缆料的成本只有市场上阻燃聚乙烯的2/3，市场竞争力强。
综上所述，本发明中制得的一种低成本抗开裂阻燃聚乙烯电缆料具有良好抗开裂性能能和阻燃性能，且成本很低。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种聚乙烯电缆料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的聚乙烯电缆料，其特征在于，所述聚乙烯为线型低密度的聚乙烯树脂；所述相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯和聚烯烃弹性体；所述聚乙烯与聚烯烃弹性体加入的质量之比为1-2：1。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯电缆料，其特征在于，所述炭黑母料按重量百分比计，包括以下组分：
炭黑 30-40％；
载体 60-70％。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯电缆料，其特征在于，所述阻燃剂为无机阻燃剂；所述无机阻燃剂选自磷氮系无机阻燃剂、碳酸钙、氢氧化镁的一种或者多种组合。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯电缆料，其特征在于，所述硅胶母料阻燃剂选自碳酸钙或氢氧化镁中的任意一种与硅橡胶、聚乙烯混合做成的母料。
6.根据权利要求1所述的聚乙烯电缆料，其特征在于，所述抗氧剂包括硫代二丙酸双月桂酯、多元受阻酚类、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯中的任意一种或多种组合；所述润滑剂选自硬脂酸镁、硬脂酸钙、聚乙烯蜡中的任意一种或多种组合。
7.一种聚乙烯电缆料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)将各组分按照配比放入高速混合机混合均匀；
2)将步骤1)中所得物料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，烘干即得。
8.根据权利要求7所述的聚乙烯电缆料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述双螺杆挤出机为喂料挤出造粒混炼型双螺杆挤出造粒机；所述双螺杆挤出机的挤出温度为135-180℃。
9.根据权利要求8所述的聚乙烯电缆料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的温度设置为：加料段135-140℃，混料段145-165℃，挤出造粒段170-180℃，机头部分160-170℃。
10.根据权利要求1-6任一所述的聚乙烯电缆料在低成本抗开裂阻燃聚乙烯电线电缆中的用途。
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