CN106674708A - 低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料及其制备方法，由以下重量份的组分组成：乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、乙烯‑α‑辛烯共聚物、茂金属聚乙烯树脂、马来酸酐接枝无定形聚烯烃、可膨胀石墨、乙二醇、聚磷酸铵、双氰胺、勃姆石、纳米氢氧化铝、有机蒙脱土、碳纳米管、抗氧剂1010、硅烷偶联剂A‑172、硅酮母粒、羟基硅油；所述乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物的乙烯含量为14~40%，熔体流动速率为2~8g/10min；所述乙烯‑α‑辛烯共聚物的熔体流动速率为1~5 g/10min，断裂伸长率≥600%。本发明成良好的封闭炭层，有效降低挥发性气体（燃料）向火焰区域扩散，使材料的氧指数达到40以上。
Description
技术领域
本发明涉及无卤阻燃护套料技术领域，尤其涉及一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展，电线电缆的用量迅速增长，电气火灾事故也频频发生。人们从电气火灾事故的惨重教训中，逐渐认识到在一些重要场所，如大型电站、采油平台、石化企业、舰船、大型指挥控制中心和高层建筑、地下建筑物、隧道、地铁等线路中主要电气设备，在发生火灾后，线路能够在一定时间内保持正常运行，对救援工作有很大帮助，最大程度上减少人员伤亡和财产损失。随着人们防火防灾意识和环保意识的不断提高，耐火电缆应用越来越广泛。
耐火电缆指在规定火焰条件下，能保持一定的正常运行时间或在燃烧条件下，一点时间内仍能保持线路完整性的电缆。目前在国外有关耐火电缆的标准中，英国BS 6387标准规定的耐火试验方法最为苛刻，即电缆除在规定的试验温度下持续燃烧并能持续供电3h外，同时还附加机械敲击和水喷淋试验。这种试验对电缆性能、电缆结构设计及制造工艺均提出了更高的要求。而国内尚无耐火电缆的产品标准，对耐火电缆的耐火质量指标的评定，主要是通过GB/T 19216或IEC 60331的耐火特性试验，该试验是将电缆水平固定在火焰温度不低于750℃环境下持续燃烧90min，同时在试验期间接通电源，在试样上施加的电压值等于产品标准规定的额定电压值。如果在试验期间电缆不击穿，则可判定该电缆耐火试验合格。
低烟无卤阻燃耐火电缆则要求阻燃、耐火、低烟、无卤、低毒，具体而言就是：在火焰燃烧情况下，电缆能保持一定的运行时间，且保证线路的完整性，构成电缆的材料不含卤素或卤素含量极低，燃烧产物的腐蚀性较低，电缆燃烧时产生的烟尘较少，透光率较高，电缆材料燃烧时产生的气体毒性较低。目前市场上有关低烟无卤阻燃耐火电缆料的研究较少，是今后阻燃耐火电线电缆领域的重要研究方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，该低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料具有阻燃和耐火的双重特性，遇高温着火后会形成一层致密的膨胀碳层，该碳层隔热、降温、隔氧、阻燃、耐火，保证了电线电缆线路正常运行；同时，提供一种用于上述低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的护套料技术方案是：一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，由以下重量份的组分组成：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 40~65份，
乙烯-α-辛烯共聚物 20~50份，
茂金属聚乙烯树脂 10~20份，
马来酸酐接枝无定形聚烯烃 5~10份，
可膨胀石墨 5~8份，
乙二醇 6~10份，
聚磷酸铵 12~15份，
双氰胺 5~12份，
勃姆石 20~50份，
纳米氢氧化铝 50~70份，
有机蒙脱土 2~5份，
碳纳米管 3~8份，
抗氧剂1010 0.5~2份，
硅烷偶联剂A-172 0.5~2份，
润滑剂硅酮母粒 2~6份，
羟基硅油 2~5份；
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的乙烯含量为14~40%，熔体流动速率为2~8g/10min；
所述乙烯-α-辛烯共聚物的熔体流动速率为1~5 g/10min，断裂伸长率≥600%；
所述茂金属聚乙烯的拉伸强度≥15MPa，断裂伸长率≥500%；
所述马来酸酐接枝无定形聚烯烃，接枝率为1.0%~1.5%，其融熔指数为1~10g/10min；
所述可膨胀石墨的粒度为80~200目，膨胀倍率为200~350ml/g；
所述聚磷酸铵的平均聚合度≥50，五氧化二磷含量≥70%；
所述勃姆石的平均粒径为4~10μm，活性氧化铝含量≥92%；
所述碳纳米管的质量纯度≥60%，比表面积≥400m2/g。
上述技术方案进一步改进的技术方案如下：
1. 上述方案中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为北京有机化工生产的EVA14-2、陶氏杜邦公司生产的EVA265、日本三井公司生产的EVA260和韩华道达尔生产的EVA180中的一种。
2. 上述方案中，所述乙烯-α-辛烃共聚物为陶氏化学生产的8003、8130、8150、8200、8400、8450、8452、8480中的一种。
3. 上述方案中，所述的茂金属聚乙烯为日本三井生产的SP5040、SP4020、SP1071C中的一种，或者为美国陶氏化学生产的5815、4404G中的一种。
为达到上述发明目的，本发明采用的方法技术方案是：一种用于上述的低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物40~65份，乙烯-α-辛烯共聚物20~50份，茂金属聚乙烯树脂10~20份，马来酸酐接枝无定形聚烯烃5~10份，可膨胀石墨5~8份，乙二醇6~10份，聚磷酸铵12~15份，双氰胺5~12份，勃姆石20~50份，纳米氢氧化铝50~70份，有机蒙脱土2~5份，碳纳米管3~8份，抗氧剂1010 0.5~2份，硅烷偶联剂A-172 0.5~2份，润滑剂硅酮母粒2~6份；羟基硅油2~5份，一次全部投入到密炼机中混炼，混炼料温至140~145℃时出料；
步骤二、将步骤一中得到的料送入锥形喂料斗，经过双螺杆挤出机组塑化挤出，设定双螺杆挤出机组的一区至九区的温度分别为一区110℃~120℃、二区120℃~125℃、三区125℃~130℃、四区130℃~140℃、五区140~150℃、六区140℃~150℃、七区140℃~150℃、八区140℃~145℃、九区140~145℃，双螺杆挤出机的机头温度140~145℃，冷切造粒，获得一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料及其制备方法。
上述技术方案进一步改进的技术方案如下：
上述方案中，所述的双螺杆挤出机组的一区至九区的温度分别控制为一区110℃~120℃、二区120℃~125℃、三区125℃~130℃、四区130℃~140℃、五区140~150℃、六区140℃~150℃、七区140℃~150℃、八区140℃~145℃、九区140~145℃，双螺杆挤出机的机头温度140~145℃。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1. 本发明低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料及其制备方法，其在电缆料中加入可膨胀石墨、聚磷酸铵、乙二醇、双氰胺的复配体系作为材料炭层的膨胀体系，首先体系中的酸源聚磷酸铵受热放出无机酸，与碳源乙二醇发生酯化反应脱水炭化，生成的水蒸气和气源产生的一些不燃性气体使炭层膨胀，最终形成一层多微孔的坚硬炭层；体系中特定参数的可膨胀石墨的加入可以使材料在高温下迅速膨胀，起到优异的隔热作用；且在膨胀过程中大量吸热，降低了体系的温度，复配体系中的多个材料共同作用，能产生协同作用，在添加量很少的时候即能起到非常好的隔热、降温、阻燃、耐火效果。
2. 本发明低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料及其制备方法，其选用的碳纳米管、有机蒙脱土、勃姆石、纳米氢氧化铝具有协同阻燃效果，可形成良好的封闭炭层，有效降低挥发性气体（燃料）向火焰区域扩散，使材料的热释放速率相应降低，进而提高材料的阻燃性能，使材料的氧指数达到40以上。
3. 本发明低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料及其制备方法，其在特定参数的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物40~65份，茂金属聚乙烯树脂10~20份，马来酸酐接枝无定形聚烯烃5~10份，进一步添加乙烯-α-辛烯共聚物20~50份，具有良好的相容性，使材料具有优异的机械性能，拉伸强度大于10.0MPa、断裂伸长率大于150%。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1~3：一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，由以下重量份的组分组成，如表1所示：
表1
上述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的乙烯含量为14~40%，熔体流动速率为2~8g/10min；
上述乙烯-α-辛烯共聚物的熔体流动速率为1~5 g/10min，断裂伸长率≥600%；
上述茂金属聚乙烯的拉伸强度≥15MPa，断裂伸长率≥500%；
上述马来酸酐接枝无定形聚烯烃，接枝率为1.0%~1.5%，其融熔指数为1~10g/10min；
上述可膨胀石墨的粒度为80~200目，膨胀倍率为200~350ml/g；
上述聚磷酸铵的平均聚合度≥50，五氧化二磷含量≥70%；
上述勃姆石的平均粒径为4~10μm，活性氧化铝含量≥92%；
上述碳纳米管的质量纯度≥60%，比表面积≥400m2/g；
实施例1中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为北京有机化工生产的EVA14-2，乙烯-α-辛烃共聚物为陶氏化学生产的8003，茂金属聚乙烯为日本三井生产的SP5040；
实施例2中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为陶氏杜邦公司生产的EVA265，乙烯-α-辛烃共聚物为陶氏化学生产的8150，茂金属聚乙烯为日本三井生产的SP1071C；
实施例3中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为日本三井公司生产的EVA260，乙烯-α-辛烃共聚物为陶氏化学生产的8450，茂金属聚乙烯为美国陶氏化学生产的5815。
一种用于上述的低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物40~65份，乙烯-α-辛烯共聚物20~50份，茂金属聚乙烯树脂10~20份，马来酸酐接枝无定形聚烯烃5~10份，可膨胀石墨5~8份，乙二醇6~10份，聚磷酸铵12~15份，双氰胺5~12份，勃姆石20~50份，纳米氢氧化铝50~70份，有机蒙脱土2~5份，碳纳米管3~8份，抗氧剂1010 0.5~2份，硅烷偶联剂A-172 0.5~2份，润滑剂硅酮母粒2~6份；羟基硅油2~5份，一次全部投入到密炼机中混炼，混炼料温至140~145℃时出料；
步骤二、将步骤一中得到的料送入锥形喂料斗，经过双螺杆挤出机组塑化挤出，设定双螺杆挤出机组的一区至九区的温度分别为一区110℃~120℃、二区120℃~125℃、三区125℃~130℃、四区130℃~140℃、五区140~150℃、六区140℃~150℃、七区140℃~150℃、八区140℃~145℃、九区140~145℃，双螺杆挤出机的机头温度140~145℃，冷切造粒，获得低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料。
一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料制备的挤出机温度设定，如表2所示：
表2
将上述实施例1~3得到的一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，经过试验测试，具有性能指标如下表3所示：
表3
| 试验项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 拉伸强度 / MPa | 11.6 | 12.2 | 12.9 |
| 断裂伸长率 / % | 181 | 190 | 184 |
| 20℃时体积电阻率 / Ω·m | 2.6*1012 | 2.9*1012 | 1.6*1012 |
| 邵氏硬度A / HD | 97 | 96 | 97 |
| 卤酸气体含量测定 | 0.5 | 0.3 | 0.4 |
| 放出气体酸度（PH值） | 5.5 | 5.6 | 5.8 |
| 毒性指数 | 1.1 | 0.95 | 0.9 |
| 氧指数 | 42 | 41 | 42 |
在约2.5mm2的铜芯上挤上约1mm厚的本发明的一种一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料及其制备方法，按照国家标准GB/T19216.21-2003进行线路完整性耐火试验，试验结果如下表4所示：
表4
从表3和4获得本发明低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，具有以下优点：
（1）各组分具有良好的相容性，使材料具有优异的机械性能，拉伸强度大于10.0MPa、断裂伸长率大于150%；
（2）具有非常优异的阻燃性能，氧指数可达40以上；
（3）安全环保，无卤、无毒、无味，通过ROHS检验标准；
（4）在电缆料中加入可膨胀石墨、聚磷酸铵、乙二醇、双氰胺的复配体系作为材料炭层的膨胀体系，首先体系中的酸源聚磷酸铵受热放出无机酸，与碳源乙二醇发生酯化反应脱水炭化，生成的水蒸气和气源产生的一些不燃性气体使炭层膨胀，形成多微孔的坚硬炭层；体系中特定参数的可膨胀石墨的加入可以使材料在高温下迅速膨胀3~4倍，起到优异的隔热作用；且在膨胀过程中大量吸热，降低了体系的温度。复配体系中的多个材料共同作用，能产生协同作用，在添加量很少的情况下即能起到非常好的隔热、降温、阻燃、耐火效果。
（5）选用的碳纳米管、有机蒙脱土、勃姆石、纳米氢氧化铝具有协同阻燃效果，可形成良好的封闭炭层，有效降低挥发性气体（燃料）向火焰区域扩散，使材料的热释放速率相应降低，进而提高材料的阻燃性能。
（6）加工工艺好，具有挤出加工工艺简单、设备要求低、安装敷设方便，是目前国内外电缆材料发展的一个重要方向。
本发明具有机械性能好、阻燃性能好、耐火性能好、安全环保，无卤、无毒、无味，通过ROHS检验标准、材料在受热时形成多微孔的坚硬炭层具有非常优异的隔热、降温、阻燃、耐火效果，能通过国家标准的耐火测试。该电缆料挤出加工性能好，设备要求低，安装敷设方便，遇高温着火后经过瓷化转变成坚硬的膨胀炭层，并且具有一定的机械强度，能保证电线电缆线路的正常运行。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，其特征在于：由以下重量份的组分组成：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 40~65份，
乙烯-α-辛烯共聚物 20~50份，
茂金属聚乙烯树脂 10~20份，
马来酸酐接枝无定形聚烯烃 5~10份，
可膨胀石墨 5~8份，
乙二醇 6~10份，
聚磷酸铵 12~15份，
双氰胺 5~12份，
勃姆石 20~50份，
纳米氢氧化铝 50~70份，
有机蒙脱土 2~5份，
碳纳米管 3~8份，
抗氧剂1010 0.5~2份，
硅烷偶联剂A-172 0.5~2份，
硅酮母粒 2~6份，
羟基硅油 2~5份；
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的乙烯含量为14~40%，熔体流动速率为2~8g/10min；
所述乙烯-α-辛烯共聚物的熔体流动速率为1~5 g/10min，断裂伸长率≥600%；
所述茂金属聚乙烯的拉伸强度≥15MPa，断裂伸长率≥500%；
所述马来酸酐接枝无定形聚烯烃，接枝率为1.0%~1.5%，其融熔指数为1~10g/10min；
所述可膨胀石墨的粒度为80~200目，膨胀倍率为200~350ml/g；
所述聚磷酸铵的平均聚合度≥50，五氧化二磷含量≥70%；
所述勃姆石的平均粒径为4~10μm，活性氧化铝含量≥92%；
所述碳纳米管的质量纯度≥60%，比表面积≥400m2/g。
2.根据权利要求1所述的低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为北京有机化工生产的EVA14-2、陶氏杜邦公司生产的EVA265、日本三井公司生产的EVA260和韩华道达尔生产的EVA180中的一种。
3.根据权利要求1所述的低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，其特征在于：所述乙烯-α-辛烃共聚物为陶氏化学生产的8003、8130、8150、8200、8400、8450、8452、8480中的一种。
4.根据权利要求1所述的低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料，其特征在于：所述的茂金属聚乙烯为日本三井生产的SP5040、SP4020、SP1071C中的一种，或者为美国陶氏化学生产的5815、4404G中的一种。
5.一种用于权利要求1所述的低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物40~65份，乙烯-α-辛烯共聚物20~50份，茂金属聚乙烯树脂10~20份，马来酸酐接枝无定形聚烯烃5~10份，可膨胀石墨5~8份，乙二醇6~10份，聚磷酸铵12~15份，双氰胺5~12份，勃姆石20~50份，纳米氢氧化铝50~70份，有机蒙脱土2~5份，碳纳米管3~8份，抗氧剂1010 0.5~2份，硅烷偶联剂A-172 0.5~2份，润滑剂硅酮母粒2~6份；羟基硅油2~5份，一次全部投入到密炼机中混炼，混炼料温至140~145℃时出料；
步骤二、将步骤一中得到的料送入锥形喂料斗，经过双螺杆挤出机组塑化挤出，设定双螺杆挤出机组的一区至九区的温度分别为一区110℃~120℃、二区120℃~125℃、三区125℃~130℃、四区130℃~140℃、五区140~150℃、六区140℃~150℃、七区140℃~150℃、八区140℃~145℃、九区140~145℃，双螺杆挤出机的机头温度140~145℃，冷切造粒，获得低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料。
6.根据权利要求1所述的低烟无卤陶瓷化聚烯烃耐火绝缘料的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机组的一区至九区的温度分别控制为一区110℃~120℃、二区120℃~125℃、三区125℃~130℃、四区130℃~140℃、五区140~150℃、六区140℃~150℃、七区140℃~150℃、八区140℃~145℃、九区140~145℃，双螺杆挤出机的机头温度140~145℃。
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