CN106589658A - 阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料 - Google Patents

阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料及其制备方法，该绝缘料包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯35‑50份、对苯二甲酸二辛脂15‑25份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物10‑18份、植物纤维15‑18份、氢氧化铝10‑13份、高岭土8‑12份、氧化钙5‑10份、偶联剂2‑5份及稳定剂3‑6份。通过各组分之间的协同作用，获得了优良的阻燃耐寒性能，还能够确保材料的机械性能，而且其制备工艺简单易行，生产成本较低，可广泛应用于工业生产中。

Description

阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料
技术领域
本发明涉及一种电缆料，具体涉及阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料；属于高分子材料改性技术领域。
背景技术
电源电缆是电力系统正常运作的基础，电缆的质量直接决定了供电质量和稳定性。随着电子技术的迅猛发展，现在计算机、家电、工业机器等大多使用多芯电缆，由于线束传输信号特性不同，电缆束之间会产生干扰和窜扰，加上其他电子设备会产生电磁辐射，导致电缆受到外界干扰的影响很严重，因而市场上大多推广具有屏蔽能力、抗干扰性能好的电缆。
聚氯乙烯价格低廉，原料来源广泛，具有耐磨、抗化学腐蚀、电绝缘性能优异和机械强度高等优点，在工业、农业、建筑、日用品、包装以及电力等方面具有广泛的应用。但是聚氯乙烯分子链极性较强，对外显示出一定的脆性，其强度和韧性不能满足社会的要求，这在一定程度上限制了聚氯乙烯的应用。
另外，随着社会对安全性的关注越来越密切，对电缆的防火性能要求也更高，因此需要开发具有更好阻燃性能的PVC电缆料，同时为了优化电缆料的使用性能，还应当考虑电缆料在极寒气候条件下的稳定性和可靠性。在现有技术中，PVC耐寒阻燃电缆料是以PVC树脂为基料，添加适量增塑剂、阻燃剂、稳定剂、润滑剂等，通过适当的比例经过螺杆挤出塑化后混合在一起而制得电缆料。目前，行业内的主要做法是添加癸二酸二辛酯、已二酸二辛酯等耐寒增塑剂来提高产品耐严寒性能，添加三氧化二锑、硼酸锌等阻燃剂来提高产品阻燃性能，但是，添加大量增塑剂会降低产品软化点，添加量越大，增塑剂越容易从树脂内析出，使产品阻燃性能越差。另外，耐寒电缆料产品要达到理想的阻燃效果，必须添加大量复合阻燃剂，而复合阻燃剂的增加又会使产品的耐寒性能降低产品，从而形成恶性循环，也使配方成本增加。
鉴于上述原因，有必要开发一种新的PVC绝缘料，同时优化其阻燃性能和耐寒性能，并且合理控制电缆料的成本。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，具有良好的阻燃性能和耐寒性能。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯35-50份、对苯二甲酸二辛脂15-25份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-18份、植物纤维15-18份、氢氧化铝10-13份、高岭土8-12份、氧化钙5-10份、偶联剂2-5份及稳定剂3-6份。
优选地，前述聚氯乙烯树脂的聚合度不低于1500。
更优选地，前述植物纤维经粉碎机粉碎处理，平均粒径为5-15μm。
再优选地，前述偶联剂选自硅烷偶联剂货钛酸酯基偶联剂中的一种。
更优选地，前述稳定剂为钙锌复合稳定剂。
进一步优选地，前述稳定剂是质量比为2-5:1的纳米二氧化钛与环氧大豆油的混合物，其中纳米二氧化钛的平均粒径为100-250nm。
此外，本发明还公开了如前所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚氯乙烯树脂与粉碎处理过的植物纤维按重量份投入密炼机中，于50-80℃下密炼2-4h；
S2、按重量份，将氢氧化铝、高岭土、氧化钙、偶联剂及稳定剂加入密炼机中，升温，在90-105℃下混炼15-25min，得到中间料；
S3、按重量份，将癸二酸二辛酯、对苯二甲酸二辛脂及乙烯-醋酸乙烯共聚物投入步骤S2得到的中间料中，升温至120-130℃继续混炼30-60min，得到粗料；
S4、将步骤S3得到的粗料送入双螺杆挤出机中挤出并切粒包装即得产品。
优选地，前述步骤S2和S3中，升温速率为1-1.5℃/min。
更优选地，前述步骤S4中，挤出温度为100-120℃，螺杆转速为800-1200r/min。
本发明的有益之处在于：本发明制得的电缆料的垂直燃烧等级均为V-0级，拉伸强度在25.7-28.5MPa之间，断裂伸长率≥350％，冲击脆化温度在-38℃以上，-60℃低温拉伸率达240％以上。通过各组分之间的协同，获得了优良的阻燃耐寒性能，还能够确保材料的机械性能，而且其制备工艺简单易行，生产成本较低，可广泛应用于工业生产中。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
本实施例的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯35份、对苯二甲酸二辛脂15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、植物纤维15份、氢氧化铝10份、高岭土8份、氧化钙5份、偶联剂2份及稳定剂3份。
其中，聚氯乙烯树脂的聚合度不低于1500；植物纤维经粉碎机粉碎处理，平均粒径为5-15μm；偶联剂选自硅烷偶联剂货钛酸酯基偶联剂中的一种；稳定剂为钙锌复合稳定剂。
为了更好地理解本发明，对该阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料的制备方法进行阐述，包括如下步骤：
S1、将聚氯乙烯树脂与粉碎处理过的植物纤维按重量份投入密炼机中，于50℃下密炼3h；
S2、按重量份，将氢氧化铝、高岭土、氧化钙、偶联剂及稳定剂加入密炼机中，升温，在90℃下混炼15min，得到中间料；
S3、按重量份，将癸二酸二辛酯、对苯二甲酸二辛脂及乙烯-醋酸乙烯共聚物投入步骤S2得到的中间料中，升温至120℃继续混炼30min，得到粗料；
S4、将步骤S3得到的粗料送入双螺杆挤出机中挤出并切粒包装即得产品。
需要注意的是，在步骤S2和S3中，升温速率为1-1.5℃/min；在步骤S4中，挤出温度为100-120℃，螺杆转速为800-1200r/min。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于各组分的重量份，具体如下：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯40份、对苯二甲酸二辛脂20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、植物纤维16份、氢氧化铝12份、高岭土10份、氧化钙8份、偶联剂4份及稳定剂5份。
其中，聚氯乙烯树脂的聚合度不低于1500；植物纤维经粉碎机粉碎处理，平均粒径为5-15μm；偶联剂选自硅烷偶联剂货钛酸酯基偶联剂中的一种；稳定剂为钙锌复合稳定剂。
制备方法包括如下步骤：
S1、将聚氯乙烯树脂与粉碎处理过的植物纤维按重量份投入密炼机中，于60℃下密炼2h；
S2、按重量份，将氢氧化铝、高岭土、氧化钙、偶联剂及稳定剂加入密炼机中，升温，在100℃下混炼20min，得到中间料；
S3、按重量份，将癸二酸二辛酯、对苯二甲酸二辛脂及乙烯-醋酸乙烯共聚物投入步骤S2得到的中间料中，升温至125℃继续混炼45min，得到粗料；
S4、将步骤S3得到的粗料送入双螺杆挤出机中挤出并切粒包装即得产品。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于各组分的重量份，具体如下：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯50份、对苯二甲酸二辛脂25份、乙烯-醋酸乙烯共聚物18份、植物纤维18份、氢氧化铝13份、高岭土12份、氧化钙10份、偶联剂5份及稳定剂6份。
其中，聚氯乙烯树脂的聚合度不低于1500；植物纤维经粉碎机粉碎处理，平均粒径为5-15μm；偶联剂选自硅烷偶联剂货钛酸酯基偶联剂中的一种；稳定剂为钙锌复合稳定剂。
制备方法包括如下步骤：
S1、将聚氯乙烯树脂与粉碎处理过的植物纤维按重量份投入密炼机中，于80℃下密炼4h；
S2、按重量份，将氢氧化铝、高岭土、氧化钙、偶联剂及稳定剂加入密炼机中，升温，在105℃下混炼25min，得到中间料；
S3、按重量份，将癸二酸二辛酯、对苯二甲酸二辛脂及乙烯-醋酸乙烯共聚物投入步骤S2得到的中间料中，升温至130℃继续混炼60min，得到粗料；
S4、将步骤S3得到的粗料送入双螺杆挤出机中挤出并切粒包装即得产品。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于稳定剂不同，具体包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯35份、对苯二甲酸二辛脂15份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、植物纤维15份、氢氧化铝10份、高岭土8份、氧化钙5份、偶联剂2份及稳定剂3份。
其中，聚氯乙烯树脂的聚合度不低于1500；植物纤维经粉碎机粉碎处理，平均粒径为5-15μm；偶联剂选自硅烷偶联剂货钛酸酯基偶联剂中的一种；稳定剂是质量比为2:1的纳米二氧化钛与环氧大豆油的混合物，其中纳米二氧化钛的平均粒径为150nm。
制备方法与实施例1完全相同，将稳定剂进行替换即可，本实施例中不作赘述。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于稳定剂不同，具体包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯40份、对苯二甲酸二辛脂20份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、植物纤维16份、氢氧化铝12份、高岭土10份、氧化钙8份、偶联剂4份及稳定剂5份。
其中，聚氯乙烯树脂的聚合度不低于1500；植物纤维经粉碎机粉碎处理，平均粒径为5-15μm；偶联剂选自硅烷偶联剂货钛酸酯基偶联剂中的一种；稳定剂是质量比为4:1的纳米二氧化钛与环氧大豆油的混合物，其中纳米二氧化钛的平均粒径为100nm。
制备方法与实施例2完全相同，将稳定剂进行替换即可，本实施例中不作赘述。
实施例6
本实施例与实施例3的区别在于稳定剂不同，具体如下：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯50份、对苯二甲酸二辛脂25份、乙烯-醋酸乙烯共聚物18份、植物纤维18份、氢氧化铝13份、高岭土12份、氧化钙10份、偶联剂5份及稳定剂6份。
其中，聚氯乙烯树脂的聚合度不低于1500；植物纤维经粉碎机粉碎处理，平均粒径为5-15μm；偶联剂选自硅烷偶联剂货钛酸酯基偶联剂中的一种；稳定剂是质量比为5:1的纳米二氧化钛与环氧大豆油的混合物，其中纳米二氧化钛的平均粒径为250nm。
制备方法与实施例3完全相同，将稳定剂进行替换即可，本实施例中不作赘述。
对比例1
本对比例与实施例3的区别是未添加氢氧化铝。
本对比例的电缆料包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯50份、对苯二甲酸二辛脂25份、乙烯-醋酸乙烯共聚物18份、植物纤维18份、高岭土12份、氧化钙10份、偶联剂5份及稳定剂6份。
制备方法包括如下步骤：
S1、将聚氯乙烯树脂与粉碎处理过的植物纤维按重量份投入密炼机中，于80℃下密炼4h；
S2、按重量份，将高岭土、氧化钙、偶联剂及稳定剂加入密炼机中，升温，在105℃下混炼25min，得到中间料；
S3、按重量份，将癸二酸二辛酯、对苯二甲酸二辛脂及乙烯-醋酸乙烯共聚物投入步骤S2得到的中间料中，升温至130℃继续混炼60min，得到粗料；
S4、将步骤S3得到的粗料送入双螺杆挤出机中挤出并切粒包装即得产品。
对比例2
本对比例与实施例6的区别在于未添加氧化钙。
本对比例的电缆料包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯50份、对苯二甲酸二辛脂25份、乙烯-醋酸乙烯共聚物18份、植物纤维18份、氢氧化铝13份、高岭土12份、偶联剂5份及稳定剂6份。
制备方法包括如下步骤：
S1、将聚氯乙烯树脂与粉碎处理过的植物纤维按重量份投入密炼机中，于80℃下密炼4h；
S2、按重量份，将氢氧化铝、高岭土、偶联剂及稳定剂加入密炼机中，升温，在105℃下混炼25min，得到中间料；
S3、按重量份，将癸二酸二辛酯、对苯二甲酸二辛脂及乙烯-醋酸乙烯共聚物投入步骤S2得到的中间料中，升温至130℃继续混炼60min，得到粗料；
S4、将步骤S3得到的粗料送入双螺杆挤出机中挤出并切粒包装即得产品。
对比例3
本对比例与实施例6的区别在于未添加植物纤维。
本对比例的电缆料包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯50份、对苯二甲酸二辛脂25份、乙烯-醋酸乙烯共聚物18份、氢氧化铝13份、高岭土12份、氧化钙10份、偶联剂5份及稳定剂6份。
制备方法包括如下步骤：
S1、将聚氯乙烯树脂按重量份投入密炼机中，于80℃下密炼4h；
S2、按重量份，将氢氧化铝、高岭土、氧化钙、偶联剂及稳定剂加入密炼机中，升温，在105℃下混炼25min，得到中间料；
S3、按重量份，将癸二酸二辛酯、对苯二甲酸二辛脂及乙烯-醋酸乙烯共聚物投入步骤S2得到的中间料中，升温至130℃继续混炼60min，得到粗料；
S4、将步骤S3得到的粗料送入双螺杆挤出机中挤出并切粒包装即得产品。
性能测试
按照GB/T8815-2002、GB/T 2408-1980和GB/T5470-2008的标准规定的实验方法，对实施例1-6和对比例1-3所制得的改性聚氯乙烯绝缘料进行性能检测，结果见下表1：
表1 实施例1-6和对比例1-3的产品性能测试结果对比
由上表可见，实施例1-6制得的电缆料的垂直燃烧等级均为V-0级，拉伸强度在25.7-28.5MPa之间，断裂伸长率≥350％，冲击脆化温度在-38℃以上，-60℃低温拉伸率达240％以上。更加需要说明的是，在本发明中，稳定剂的选择对于材料的耐寒性能也是十分关键的，从测试结果可以看出，选用纳米二氧化钛与环氧大豆油的混合物作为稳定剂能够赋予材料最优的耐寒性能，可见，实施例6为最优实施例。
对比例1-3中分别未添加氢氧化铝、氧化钙和植物纤维，聚氯乙烯绝缘料的阻燃性能和耐寒性能均受到显著影响，机械性能也不尽人意，特别地，植物纤维对于材料的机械性能影响最为显著，氢氧化铝对于材料的阻燃性能最优化起到至关重要的作用。因此，本发明的改性聚氯乙烯绝缘料的性能提升是基于各组分之间的协同作用而发生的，获得了优良的阻燃耐寒性能，还能够确保材料的机械性能，而且其制备工艺简单易行，生产成本较低，可广泛应用于工业生产中。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：聚氯乙烯树脂100份、癸二酸二辛酯35-50份、对苯二甲酸二辛脂15-25份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10-18份、植物纤维15-18份、氢氧化铝10-13份、高岭土8-12份、氧化钙5-10份、偶联剂2-5份及稳定剂3-6份。
2.根据权利要求1所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，其特征在于，所述聚氯乙烯树脂的聚合度不低于1500。
3.根据权利要求1所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，其特征在于，所述植物纤维经粉碎机粉碎处理，平均粒径为5-15μm。
4.根据权利要求1所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂货钛酸酯基偶联剂中的一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，其特征在于，所述稳定剂为钙锌复合稳定剂。
6.根据权利要求1-4任一项所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料，其特征在于，所述稳定剂是质量比为2-5:1的纳米二氧化钛与环氧大豆油的混合物，其中纳米二氧化钛的平均粒径为100-250nm。
7.如权利要求1-6任一项所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将聚氯乙烯树脂与粉碎处理过的植物纤维按重量份投入密炼机中，于50-80℃下密炼2-4h；
S2、按重量份，将氢氧化铝、高岭土、氧化钙、偶联剂及稳定剂加入密炼机中，升温，在90-105℃下混炼15-25min，得到中间料；
S3、按重量份，将癸二酸二辛酯、对苯二甲酸二辛脂及乙烯-醋酸乙烯共聚物投入步骤S2得到的中间料中，升温至120-130℃继续混炼30-60min，得到粗料；
S4、将步骤S3得到的粗料送入双螺杆挤出机中挤出并切粒包装即得产品。
8.根据权利要求7所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2和S3中，升温速率为1-1.5℃/min。
9.根据权利要求7所述的阻燃耐寒高性能屏蔽电源软电缆用改性聚氯乙烯绝缘料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，挤出温度为100-120℃，螺杆转速为800-1200r/min。
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