CN106700214A - 一种无卤低烟高阻燃耐火电缆料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无卤低烟高阻燃耐火电缆料，该电缆料的各组分及重量份数如下：乙烯醋酸乙烯酯共聚物 60～70份；甲基乙烯基硅橡胶 30～40份；氢氧化铝80～100份；氢氧化镁 40～50份；氧化锌15～30份；二氧化钛15～20份；抗氧剂1～3份；润滑剂2～5份；偶联剂1～2份；补强剂10～20份；硫化剂1～2份。本发明的无卤低烟高阻燃耐火电缆料中采用了乙烯醋酸乙烯酯共聚物、甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌和二氧化钛进行有机组合，各原料协同作用，使得本发明的无卤低烟高阻燃耐火电缆料具有优良的耐火性能，阻燃效果好；同时电缆料中不含卤素阻燃剂，无毒高效，燃烧时产生的烟雾低，机械性能好。
Description
技术领域
本发明涉及电缆绝缘材料技术领域，尤其涉及一种无卤低烟高阻燃耐火的电缆料及其制备方法。
背景技术
随着人口的不断增长，高层建筑、宾馆酒店、超市等大型公共建筑不断增加；地铁、隧道以及大型公共娱乐产所、公共交通设施也在急剧增加。每年火灾事故都会造成很大的人员伤亡及财产损失，消防与防火的重要性越来越凸显，在电线电缆方面阻燃与耐火的需求已成大势所趋。
然而，一般防火材料都没有耐火功能，不能在大火情况下保持电力通畅，保证人员用电安全；现有市场上出现的耐火材料价格昂贵阻燃较差，耐火电线电缆结构复杂。
目前，电线电缆阻燃及耐火要求日益提高，虽然近几年阻燃及耐火材料的开发越来越多，但很少有材料可以同时满足阻燃和耐火两大性能。
综上所述，本领域缺乏一种能满足阻燃和耐火同时经济耐用的电缆料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃性能好，耐火性能好，加工性能优越的无卤低烟高阻燃耐火电缆材料。本发明还提供了该电缆材料的制备方法。
本发明的一个目的是通过以下技术方案实现的：
一种无卤低烟高阻燃耐火电缆料，该电缆料的各组分及重量份数如下：
乙烯醋酸乙烯酯共聚物 60～70份；
甲基乙烯基硅橡胶 30～40份；
氢氧化铝 80～100份；
氢氧化镁 40～50份；
氧化锌 15～30份；
二氧化钛 15～20份；
抗氧剂 1～3份；
润滑剂 2～5份；
偶联剂 1～2份；
补强剂 10～20份；
硫化剂 1～2份。
其中，所述乙烯醋酸乙烯酯共聚物的VA含量为30%～40%，熔融指数为6～10g/10min。
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶为乙烯基封端的低乙烯基生胶，其乙烯基含量为0.13%～0.22%。
其中，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯的组合，其重量组分比为(0.6～1.2)：(0.8～1.6)。
其中，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、硅油中的一种或某些组合。
其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。
其中，所述补强剂为沉淀白炭黑。
其中，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双（叔丁过氧基）己烷，该硫化剂的熔点为6℃，分解温度为140～150℃。
进一步的，所述无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料中还包括3~5份的复合填料。所述复合填料的制备方法是将菱镁石3~5份、滑石粉2~3份、氮化硅粉体1~2份溶入20~40份的水中搅拌均匀，然后进行超声分散处理8~10min；再加入2~3mlPEG-200和1~4ml硅油，继续超声分散5~8min；调节pH值为7~9；再加入5~7份的石墨烯，搅拌均匀后再超声分散3~5min；之后沉降，去除上层清液；进行离心、洗涤、烘干处理即得复合填料。
本发明的另一目的是通过下述技术方案实现的：
上述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的制备方法，其包括以下步骤：
首先将甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、二氧化钛、抗氧剂、补强剂按照上述配方比加入高速混合机并在高速混合机混合5~15min，然后再加入润滑剂、偶联剂和硫化剂再混合3~10min，最后加入乙烯醋酸乙烯酯共聚物，混合1~5min；将混合好的料加入密炼机中密炼，待料温达到140-150℃，通过双锥强制喂料，经过双螺杆单螺杆双阶挤出机造粒，得到所述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料。
其中，所述双螺杆单螺杆双阶挤出机挤出机的各段温度自双螺杆入料口开始，依次为115～125℃、110～115℃、110～115℃、110～115℃、105～110℃、105～110℃、100～105℃，95～100℃、90～95℃、90～95℃、100～110℃、110～120℃、120～130℃，单螺杆的机头温度为135～145℃。
当原料中含有复合填料时，复合填料与甲基乙烯基硅橡胶一起加入。
本发明的有益效果是：本发明的无卤低烟高阻燃耐火电缆料中采用了乙烯醋酸乙烯酯共聚物、甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌和二氧化钛进行有机组合，各原料协同作用，使得本发明的无卤低烟高阻燃耐火电缆料具有优良的耐火性能，阻燃效果好；同时电缆料中不含卤素阻燃剂，无毒高效，燃烧时产生的烟雾低，机械性能好。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进配方，获得了一种阻燃性能好，耐火性能好，加工性能优越的无卤低烟高阻燃耐火电缆料及制备方法。在此基础上完成了本发明。
本发明中，术语“含有”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”或“包括”中。
以下对本发明的各个方面进行详述：
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
本发明的无卤低烟高阻燃耐火电缆料，其各组分及重量份数如下：
乙烯醋酸乙烯酯共聚物 60～70份；
甲基乙烯基硅橡胶 30～40份；
氢氧化铝 80～100份；
氢氧化镁 40～50份；
氧化锌 15～30份；
二氧化钛 15～20份；
抗氧剂 1～3份；
润滑剂 2～5份；
偶联剂 1～2份；
补强剂 10～20份；
硫化剂 1～2份。
其中更佳的，乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和甲基乙烯基硅橡胶的重量份数之和与氢氧化铝和氢氧化镁的重量份数之和的比值为1:1.2~1.5。乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和甲基乙烯基硅橡胶的重量份数之和与氧化锌和二氧化钛的重量份数之和的比值为1:0.3~0.5。乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和甲基乙烯基硅橡胶的重量份数之和与抗氧剂的重量份数比为100:1~3；乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和甲基乙烯基硅橡胶的重量份数之和与润滑剂的重量份数比为100：2～5；乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和甲基乙烯基硅橡胶的重量份数之和与偶联剂的重量份数比为100：1～2；乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和甲基乙烯基硅橡胶的重量份数之和与补强剂的重量份数比为100：10～20；乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）和甲基乙烯基硅橡胶的重量份数之和与硫化剂的重量份数比为100： 1～2。
上述配方中，氢氧化镁和氢氧化铝在高温或燃烧时能够释放出结合的水，从而降低了电缆料中的有机材料的可燃性；氧化锌在燃烧时能够起到阻隔的作用；二氧化钛在电缆料中形成非均相体系，不但不参与燃烧而且阻隔了热传导，同时二氧化钛和氧化锌共同作用还能够在电缆料的可燃材料表面形成隔氧层，隔氧层能够覆盖可燃材料表面从而阻止燃烧。另外，氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌和二氧化钛的熔点都很高，从而赋予了本发明的电缆料优越的耐火性能。另一方面，本发明根据实验限定了上述配方中材料的比例，从而避免氢氧化镁、氢氧化铝等影响电缆料的拉伸等物理性能。
在本发明的一个具体实施方式中，原料中的乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）的VA含量为30%～40%，熔融指数为6～10g/10min。本发明采用高VA含量的EVA树脂为基体树脂，能够相容更多的阻燃剂填料，增加了材料的阻燃性能。
在本发明的一个具体实施方式中，甲基乙烯基硅橡胶为乙烯基封端的低乙烯基生胶，其乙烯基含量为0.13%～0.22%。本发明使用了乙烯基封端的低乙烯基含量的甲基乙烯基硅橡胶为另一种基材，既对材料的阻燃性能有帮助，还能满足对材料的耐寒耐热要求，尤其是耐热等级提高不少，同时还解决了电缆材料流动性差的问题。
本发明的抗氧剂没有具体限制，可以采用各种可用的抗氧剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如受阻酚类抗氧剂，芳胺类抗氧剂。在本发明的一个具体实施方式中，抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和硫代二丙酸二月桂酯（抗氧剂DLTP）的组合，其重量组分比为(0.6～1.2)：(0.8～1.6)。
本发明的润滑剂没有具体限制，可以采用各种可用的润滑剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如硬脂酸盐、聚乙烯蜡、硅树脂。在本发明的一个具体实施方式中，润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、硅油中的一种或几种的组合。
本发明的偶联剂没有具体限制，可以采用各种可用的偶联剂，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。例如钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂。在本发明的一个具体实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。
在本发明的一个具体实施方式中，补强剂为沉淀白炭黑。
在本发明的一个具体实施方式中，硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双（叔丁过氧基）己烷，即（双25硫化剂）；该硫化剂的熔点为6℃，分解温度为140～150℃。由于本发明使用的甲基乙烯基硅橡胶较多，影响了电缆材料的机械性能，而沉淀白炭黑和双25硫化剂的加入，正好解决了这个问题。
上述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的制备方法，包括以下步骤：
首先将甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、二氧化钛、抗氧剂、补强剂按照上述配方比加入高速混合机并在高速混合机混合5~15min，然后再加入润滑剂、偶联剂和硫化剂再混合3~10min，最后加入乙烯醋酸乙烯酯共聚物，混合1~5min；将混合好的料加入密炼机中密炼，待料温达到140-150℃，通过双锥强制喂料，经过双螺杆单螺杆双阶挤出机造粒，得到所述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料。
在本发明的一个具体实施方式中，所述双螺杆单螺杆双阶挤出机挤出机的各段温度自双螺杆入料口开始，依次为115～125℃、110～115℃、110～115℃、110～115℃、105～110℃、105～110℃、100～105℃，95～100℃、90～95℃、90～95℃、100～110℃、110～120℃、120～130℃，单螺杆的机头温度为135～145℃。
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范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例一
本实施例的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料按重量份数比包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物 60份；甲基乙烯基硅橡胶 40份；氢氧化铝 80份；氢氧化镁 40份；氧化锌 15份；二氧化钛 15份；四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）1份；硬脂酸钙 2份；硅烷偶联剂 1份；沉淀白炭黑 10份；双25硫化剂 1份。
上述发明的制备方法,其包括以下工艺步骤:
首先将甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、二氧化钛、抗氧剂1010、沉淀白炭黑按照上述重量份数在高速混合机混合5min，然后再加入硬脂酸钙、硅烷偶联剂、双25硫化剂混合10min，最后加入EVA，混合1min。将混合好的料加入密炼机中密炼，等料温达到140-150℃，通过双锥强制喂料，经过双螺杆单螺杆双阶挤出机造粒，得到所述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料。
所述双阶挤出机的各段温度自双螺杆入料口开始，依次为115～125℃、110～115℃、110～115℃、110～115℃、105～110℃、105～110℃、100～105℃，95～100℃、90～95℃、90～95℃、100～110℃、110～120℃、120～130℃，单螺杆挤出机的机头温度为135～145℃。
实施例二
本实施例的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料按重量份数比包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物 65份；甲基乙烯基硅橡胶 35份；氢氧化铝 90份；氢氧化镁 45份；氧化锌 25份；二氧化钛 16份；抗氧剂1010 0.6份；抗氧剂DLTP 0.8份；聚乙烯蜡 3份；铝酸酯偶联剂 1份；沉淀白炭黑 15份；双25硫化剂 1份。
首先将甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、二氧化钛、抗氧剂1010、抗氧剂DLTP、沉淀白炭黑按照上述重量份数在高速混合机混合10min，然后再加入聚乙烯蜡、铝酸酯偶联剂、双25硫化剂混合5min，最后加入EVA，混合3min。将混合好的料加入密炼机中密炼，等料温达到140-150℃，通过双锥强制喂料，经过双螺杆单螺杆双阶挤出机造粒，得到所述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料。其他工艺参数同实施例一。
实施例三
本实施例的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料按重量份数比包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物 70份；甲基乙烯基硅橡胶 30份；氢氧化铝 100份；氢氧化镁 50份；氧化锌 30份；二氧化钛 20份；抗氧剂1010 1.2份；抗氧剂DLTP 1.6份；硬脂酸锌 2份；聚乙烯蜡 3份；磷酸酯偶联剂 2份；沉淀白炭黑 20份；双25硫化剂 2份。
首先将甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、二氧化钛、抗氧剂1010、抗氧剂DLTP、沉淀白炭黑按照上述重量份数在高速混合机混合15min，然后再加入硬脂酸锌、聚乙烯蜡、磷酸酯偶联剂、双25硫化剂混合3min，最后加入EVA，混合5min。将混合好的料加入密炼机中密炼，等料温达到140-150℃，通过双锥强制喂料，经过双螺杆单螺杆双阶挤出机造粒，得到所述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料。其他工艺参数同实施例一。
实施例四
本实施例的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料按重量份数比包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物 60份；甲基乙烯基硅橡胶 40份；氢氧化铝 100份；氢氧化镁 50份；氧化锌 25份；二氧化钛 15份；抗氧剂1010 1份；抗氧剂DLTP 1份；聚乙烯蜡 1.5份；硅油 2份；硅烷偶联剂1.8份；沉淀白炭黑 20份；双25硫化剂 1.5份。
制备方法同实施例一。
实施例五
本实施例的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料按重量份数比包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物 65份；甲基乙烯基硅橡胶 35份；氢氧化铝 90份；氢氧化镁 50份；氧化锌 25份；二氧化钛 15份；抗氧剂1010 1份；抗氧剂DLTP 1份；聚乙烯蜡 1.5份；硅油 2份；硅烷偶联剂1.8份；沉淀白炭黑 18份；双25硫化剂 1.5份。
制备方法同实施例一。
实施例六
本实施例的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料按重量份数比包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物 70份；甲基乙烯基硅橡胶 30份；氢氧化铝 80份；氢氧化镁 50份；氧化锌 25份；二氧化钛 15份；抗氧剂1010 1份；抗氧剂DLTP 1份；聚乙烯蜡 1.5份；硅油 2份；硅烷偶联剂1.8份；沉淀白炭黑 15份；双25硫化剂 1.5份。
制备方法同实施例一。
实施例七
本实施例的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料按重量份数比包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物 70份；甲基乙烯基硅橡胶 30份；氢氧化铝 90份；氢氧化镁 40份；氧化锌 25份；二氧化钛 15份；抗氧剂1010 1份；抗氧剂DLTP 1份；聚乙烯蜡 1.5份；硅油 2份；硅烷偶联剂1.8份；沉淀白炭黑 15份；双25硫化剂 1.5份、复合填料 3份。
其中复合填料的制备方法是将菱镁石3~5份、滑石粉2~3份、氮化硅粉体1~2份溶入20~40份的水中搅拌均匀，然后进行超声分散处理8~10min；再加入2~3mlPEG-200和1~4ml硅油，继续超声分散5~8min；调节pH值为7~9；再加入5~7份的石墨烯，搅拌均匀后再超声分散3~5min；之后沉降，去除上层清液；进行离心、洗涤、烘干处理即得复合填料。
制备时，首先将甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、二氧化钛、抗氧剂1010、抗氧剂DLTP、沉淀白炭黑、复合填料按照上述重量份数在高速混合机混合15min，然后再加入硬脂酸锌、聚乙烯蜡、磷酸酯偶联剂、双25硫化剂混合3min，最后加入EVA，混合5min。将混合好的料加入密炼机中密炼，等料温达到140-150℃，通过双锥强制喂料，经过双螺杆单螺杆双阶挤出机造粒，得到所述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料。其他工艺参数同实施例一。
实施例八
本实施例的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的原料按重量份数比包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物 70份；甲基乙烯基硅橡胶 30份；氢氧化铝 80份；氢氧化镁 50份；氧化锌 25份；二氧化钛 15份；抗氧剂1010 1份；抗氧剂DLTP 1份；聚乙烯蜡 1.5份；硅油 2份；硅烷偶联剂1.8份；沉淀白炭黑 15份；双25硫化剂 1.5份、复合填料 5份。
制备方法同实施例七。
对上述各实施例中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能表1所示。
表1各实施例产品性能测试结果
以上所述仅为本发明的经典实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种无卤低烟高阻燃耐火电缆料，其特征在于，所述电缆料的各组分及重量份数如下：
乙烯醋酸乙烯酯共聚物 60～70份；
甲基乙烯基硅橡胶 30～40份；
氢氧化铝 80～100份；
氢氧化镁 40～50份；
氧化锌 15～30份；
二氧化钛 15～20份；
抗氧剂 1～3份；
润滑剂 2～5份；
偶联剂 1～2份；
补强剂 10～20份；
硫化剂 1～2份。
2.根据权利要求1所述的电缆料，其特征在于，所述乙烯醋酸乙烯酯共聚物的VA含量为30%～40%，熔融指数为6～10g/10min。
3.根据权利要求1所述的电缆料，其特征在于，所述甲基乙烯基硅橡胶为乙烯基封端的低乙烯基生胶，其乙烯基含量为0.13%～0.22%。
4.根据权利要求1所述的电缆料，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯的组合，其重量组分比为(0.6～1.2)：(0.8～1.6)。
5.根据权利要求1所述的电缆料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、硅油中的一种或某些组合。
6.根据权利要求1所述的电缆料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的电缆料，其特征在于，所述补强剂为沉淀白炭黑。
8.根据权利要求1所述的电缆料，其特征在于，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双（叔丁过氧基）己烷，该硫化剂的熔点为6℃，分解温度为140～150℃。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
首先将甲基乙烯基硅橡胶、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、二氧化钛、抗氧剂、补强剂按照上述配方比加入高速混合机并在高速混合机混合5~15min，然后再加入润滑剂、偶联剂和硫化剂再混合3~10min，最后加入乙烯醋酸乙烯酯共聚物，混合1~5min；将混合好的料加入密炼机中密炼，待料温达到140-150℃，通过双锥强制喂料，经过双螺杆单螺杆双阶挤出机造粒，得到所述的无卤低烟高阻燃耐火电缆料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆单螺杆双阶挤出机挤出机的各段温度自双螺杆入料口开始，依次为115～125℃、110～115℃、110～115℃、110～115℃、105～110℃、105～110℃、100～105℃，95～100℃、90～95℃、90～95℃、100～110℃、110～120℃、120～130℃，单螺杆的机头温度为135～145℃。
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