CN106589746A - 一种石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于阻燃电线电缆领域，具体涉及一种石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料。所述电缆料由以下重量份的组分：聚烯烃100份、八钼酸铵5～8份、纳米石墨烯粉5～10份、碱式碳酸铝钠3～6份、二月桂酸二丁基锡0.5～1.5份。通过混合搅拌，揑炼、挤出造粒制成。该阻燃电缆料不含有卤族元素，燃烧时不会释放有毒气体，起到环保的目的，并且改性的电缆料的氧指数可以达到36，UL94阻燃级别达到V‑0，有焰烟密度最大不超过50，毒性指数不超过2.0，具有低烟、无卤、环保和很好的阻燃效果。

Description

一种石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料
技术领域
本发明属于电缆料阻燃改性领域，具体涉及一种石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料。
背景技术
据国家消防局统计，中国30％的火灾都是由于电缆着火引起的。由于传统的电缆采用较多的是聚氯乙烯(PVC)绝缘和聚乙烯绝缘，即使阻燃电缆，绝缘材料中都不会添加阻燃剂，只是在电缆护套材料方面采用阻燃材料。很多火灾都是由于电缆过载或短路导致绝缘着火而引起的火灾，虽然PVC绝缘本身就具有一定的阻燃效果，但由于PVC绝缘在着火时会释放大量的烟雾和有毒气体，且燃烧容易滴落，因而不仅会引发火灾，且还影响到人员的逃生，而聚乙烯绝缘由于添加阻燃剂较困难，国内采用聚乙烯绝缘基本上是不添加阻燃剂的，所以着火时这种材料也易燃和滴落，而引发火灾。
现有技术在聚乙烯绝缘中添加氢氧化镁或氢氧化铝之类的无机阻燃剂，但这种无机阻燃剂对XLPE的机械性能、电性能影响较大，且不易于加工，因此很少用于电线电缆领域。而在聚乙烯绝缘中添加有机阻燃剂，基本都是含卤族元素的，燃烧时会释放有毒气体，又不符合环保要求。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料，此阻燃电缆料具有较好的阻燃效果，且能实现低烟无卤的目的。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述电缆料由以下重量份的组分制成：聚烯烃100份、八钼酸铵5～8份、纳米石墨烯粉5～10份、碱式碳酸铝钠3～6份、二月桂酸二丁基锡0.5～1.5份。
优选的，所述电缆料由以下重量份的组分制成：聚烯烃100份、八钼酸铵6～7份、纳米石墨烯粉7～9份、碱式碳酸铝钠4～5份、二月桂酸二丁基锡0.8～1.2份。
进一步优选的，所述电缆料由以下重量份的组分制成：聚烯烃100份、八钼酸铵6.5份、纳米石墨烯粉8份、碱式碳酸铝钠4.5份、二月桂酸二丁基锡1份。
所述石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料的制备方法如下：
a)按上述重量份的聚烯烃、八钼酸铵、纳米石墨烯粉、碱式碳酸铝钠、二月桂酸二丁基锡，混合后加入高速混合机中，在300～500转/分的转速下混合15～20min，制得预混料；
b)将步骤a)制得的预混料在捏炼机中进行捏炼，在150～160℃温度下，在捏炼机中混炼20～30min，制得混炼后原料；
c)将步骤b)制得的混炼后原料加入双阶式单螺杆挤出机中，在机身温度155～190℃、机头温度195～215℃下挤出造粒，制得低烟无卤阻燃电缆料。
所述的聚烯烃为硅烷接枝低密度聚乙烯。
所述八钼酸铵燃烧时生成的气体蒸气密度较大，能较长时间地停留在燃烧区，具有较好的覆盖效应和稀释效应，即气体蒸汽覆盖在聚合物表面时可以隔热、隔氧，同时也起到稀释可燃性气体的作用，八钼酸铵分解时还可以捕获气相中维持燃烧链式反应的活泼自由基，改变气相中的反应模式，减少反应放热量而减缓或终止燃烧反应，还可以减少燃烧时的烟黑数量和抑制酸的生成。
所述碱式碳酸铝钠燃烧时，生成的氧化物和水，能起到吸收热量的效应，生成的二氧化碳，能起到隔绝氧，达到稀释的效果。
所述纳米石墨烯粉加入聚烯烃材料中，在燃烧时，加入的石墨烯会在聚合物表面会形成泡沫状炭，在材料表面形成有效的保护层，阻止了热和氧向聚合物内部传递，同时也阻止了聚合物降解产物向火焰扩散，使聚合物的热分解速率小于维持火焰所需的速率，最终熄灭火焰。此外，石墨烯性能的炭化物层吸附在燃烧的聚合物熔融区域，防止了滴流，避免了电缆料常会出现的火焰蔓延。
本发明的有益效果为：一种石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料，通过添加石墨烯改性的阻燃电缆料，不含有卤族元素，燃烧时不会释放有毒气体，起到环保的目的，并且改性的电缆具有很好低烟、阻燃效果，电缆料的氧指数可以达到36，UL94阻燃级别达到V-0，有焰烟密度最大不超过50，毒性指数不超过2.0。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明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，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
(1)称取聚烯烃100份、八钼酸铵5份、纳米石墨烯粉5份、碱式碳酸铝钠3份、二月桂酸二丁基锡0.5份混合后，加入高速混合机中，在300转/分的转速下混合15min，制得预混料；
(2)将步骤(1)制得的预混料在捏炼机中进行捏炼，在150℃温度下，在捏炼机中混炼20min，制得混炼后原料；
(3)将步骤(2)制得的混炼后原料加入双阶式单螺杆挤出机中，在机身温度155～190℃、机头温度195～215℃下挤出造粒，制得低烟无卤阻燃电缆料。
经试验测得，电缆料的氧指数可以达到36.5，UL94阻燃级别达到V-0，有焰烟密度48，毒性指2.0。
实施例2
(1)称取聚烯烃100份、八钼酸铵8份、纳米石墨烯粉10份、碱式碳酸铝钠6份、二月桂酸二丁基锡1.5份混合后，加入高速混合机中，在300转/分的转速下混合16min，制得预混料；
(2)将步骤(1)制得的预混料在捏炼机中进行捏炼，在153℃温度下，在捏炼机中混炼22min，制得混炼后原料；
(3)将步骤(2)制得的混炼后原料加入双阶式单螺杆挤出机中，在机身温度155～190℃、机头温度195～215℃下挤出造粒，制得低烟无卤阻燃电缆料。
经试验测得，电缆料的氧指数可以达到37.3，UL94阻燃级别达到V-0，有焰烟密度42，毒性指1.72。
实施例3
(1)称取聚烯烃100份、八钼酸铵6.8份、纳米石墨烯粉7.5份、碱式碳酸铝钠5.4份、二月桂酸二丁基锡0.8份混合后，加入高速混合机中，在300转/分的转速下混合17min，制得预混料；
(2)将步骤(1)制得的预混料在捏炼机中进行捏炼，在155℃温度下，在捏炼机中混炼24min，制得混炼后原料；
(3)将步骤(2)制得的混炼后原料加入双阶式单螺杆挤出机中，在机身温度155～190℃、机头温度195～215℃下挤出造粒，制得低烟无卤阻燃电缆料。
经试验测得，电缆料的氧指数可以达到37，UL94阻燃级别达到V-0，有焰烟密度44，毒性指1.75。
实施例4
(1)称取聚烯烃100份、八钼酸铵6份、纳米石墨烯粉7份、碱式碳酸铝钠4份、二月桂酸二丁基锡1.2份混合后，加入高速混合机中，在300转/分的转速下混合18min，制得预混料；
(2)将步骤(1)制得的预混料在捏炼机中进行捏炼，在157℃温度下，在捏炼机中混炼26min，制得混炼后原料；
(3)将步骤(2)制得的混炼后原料加入双阶式单螺杆挤出机中，在机身温度155～190℃、机头温度195～215℃下挤出造粒，制得低烟无卤阻燃电缆料。
经试验测得，电缆料的氧指数可以达到36.6，UL94阻燃级别达到V-0，有焰烟密度47，毒性指1.82。
实施例5
(1)称取聚烯烃100份、八钼酸铵7份、纳米石墨烯粉9份、碱式碳酸铝钠5份、二月桂酸二丁基锡0.9份混合后，加入高速混合机中，在300转/分的转速下混合19min，制得预混料；
(2)将步骤(1)制得的预混料在捏炼机中进行捏炼，在158℃温度下，在捏炼机中混炼28min，制得混炼后原料；
(3)将步骤(2)制得的混炼后原料加入双阶式单螺杆挤出机中，在机身温度155～190℃、机头温度195～215℃下挤出造粒，制得低烟无卤阻燃电缆料。
经试验测得，电缆料的氧指数可以达到37.5，UL94阻燃级别达到V-0，有焰烟密度45，毒性指1.7。
实施例6
(1)称取聚烯烃100份、八钼酸铵6.5份、纳米石墨烯粉8份、碱式碳酸铝钠4.5份、二月桂酸二丁基锡1份混合后，加入高速混合机中，在300转/分的转速下混合20min，制得预混料；
(2)将步骤(1)制得的预混料在捏炼机中进行捏炼，在160℃温度下，在捏炼机中混炼30min，制得混炼后原料；
(3)将步骤(2)制得的混炼后原料加入双阶式单螺杆挤出机中，在机身温度155～190℃、机头温度195～215℃下挤出造粒，制得低烟无卤阻燃电缆料。
经试验测得，电缆料的氧指数可以达到38.2，UL94阻燃级别达到V-0，有焰烟密度40，毒性指1.6。
燃烧释出气体的毒性，最为直观的是动物暴露法。但简便其且实用的是测量毒性指数，根据JB/T10707-2007标准，所谓毒性指数就是100g材料在1m3体积中充分燃烧所产生的各种气体的浓度与暴露在相应气体中30min致人死命的浓度比值的总和。试验箱中燃烧产物的分析应该包括的气体有：二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、氨气(NH3)、甲醛(HCHO)、氯化氢(HCl)、丙烯氰(CH2CHCN)、二氧化硫(SO2)、氧化氮(NO+NO2)、苯酚(C6H5OH)、氰化氢(HCN)、溴化氢(HBr)、氟化氢(HF)、光气(COCl2)。毒性指数试验可按照JB/T10707-2007中的规定进行，具体试验参照标准附录A中的规定。
烟密度试验是在有焰条件下进行，按照JB/T10707-2007中的规定进行烟密度试验。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述电缆料由以下重量份的组分制成：聚烯烃100份、八钼酸铵5～8份、纳米石墨烯粉5～10份、碱式碳酸铝钠3～6份、二月桂酸二丁基锡0.5～1.5份。
所述石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料的制备方法如下：
a)按上述重量份的聚烯烃、八钼酸铵、纳米石墨烯粉、碱式碳酸铝钠、二月桂酸二丁基锡，混合后加入高速混合机中，在300～500转/分的转速下混合15～20min，制得预混料；
b)将步骤a)制得的预混料在捏炼机中进行捏炼，在150～160℃温度下，在捏炼机中混炼20～30min，制得混炼后原料；
c)将步骤b)制得的混炼后原料加入双阶式单螺杆挤出机中，在机身温度155～190℃、机头温度195～215℃下挤出造粒，制得低烟无卤阻燃电缆料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，优选的，所述电缆料由以下重量份的组分制成：聚烯烃100份、八钼酸铵6～7份、纳米石墨烯粉7～9份、碱式碳酸铝钠4～5份、二月桂酸二丁基锡0.8～1.2份。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，进一步优选的，所述电缆料由以下重量份的组分制成：聚烯烃100份、八钼酸铵6.5份、纳米石墨烯粉8份、碱式碳酸铝钠4.5份、二月桂酸二丁基锡1份。
4.根据权利要求1所述的低烟低卤阻燃剂，其特征在于：所述的聚烯烃为硅烷接枝低密度聚乙烯。
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