CN107987359B - 一种防裂耐高温交联聚乙烯电缆护套的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种防裂耐高温交联聚乙烯电缆护套的制备方法,以交联聚乙烯为主料,熔融,将辅料加入至熔融的主料中,然后加入至硫化机硫化,将硫化后的胶料添加至挤塑机挤压至缆芯表层制成电缆护套,加热软化成型的护套,然后将改性石灰石颗粒均匀喷敷在护套的表面,最后通过压辊挤压护套,冷却后制成。通过添加阻燃剂和表层包覆挤压的改性石灰石颗粒,使交联聚乙烯护套层具有阻燃的效果,同时改性的石灰石颗粒由于偶联剂的添加,提高与电缆护套的键合力,提高电缆护套的表面性能,在防火阻燃的基础上,同时附带耐磨、耐弯曲和提高使用寿命的优点。
Description
技术领域
本发明涉及现代通信网络电缆的工艺技术领域,尤其涉及一种防裂耐高温交联聚乙烯电缆护套的制备方法。
背景技术
为了使碳酸钙粉末具有所需要的性能,首先要在普通碳酸钙基础上对其进行各种性能改进,使其为活性碳酸钙。其中包括对碳酸钙的结晶形态、粒子大小、粒度分布及表面处理等方面的改进,以达到在复合材料中的填充和改性双重作用。
聚乙烯经过交联,可使耐环境应力开裂性、耐热性、耐蠕变性、耐介质性等获得提高。有关聚合物改性碳酸钙在交联聚乙烯中的应用研究少见报导,聚乙烯(PE)的产销量大、价格低廉,但商用PE的耐温性能、机械力学性能和耐溶剂腐蚀性能等不尽人意。经过交联以后,这些性能有很大改善。硅烷交联是PE常用的一种交联方法,被广泛应用于生产电线电缆、塑料管材等。虽然交联提高了PE的耐热性能,但仍不阻燃,因此研究硅烷交联聚乙烯的阻燃具有重要意义。因为含卤阻燃材料燃烧时会释放大量的有毒、腐蚀性气体和烟雾,所以聚合物材料的无卤阻燃引起了人们的重视。
本发明根据交联聚乙烯材料自身的特点,通过添加阻燃添加剂,提高交联聚乙烯的阻燃特性,从而制成一种电缆的护套。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种具有阻燃特性的交联聚乙烯材质电缆护套,其中添加阻燃剂提高阻燃特性,同时在护套的表层挤压一层改性石粉可以,有利于延长电缆护套的使用寿命。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:
本发明针对现有技术的不足,提供一种具有阻燃特性的交联聚乙烯材质电缆护套,其中添加阻燃剂提高阻燃特性,同时在护套的表层挤压一层改性石粉可以,有利于延长电缆护套的使用寿命。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:
以交联聚乙烯为主料,将交联聚乙烯200~300份在120℃左右的开放式炼胶机中熔融,然后加入辅料45~60份,辅料包括以下重量份的原料:乙烯基三甲烷基硅烷10~15份、过氧化二异丙烷6~10份、二丁基锡二月硅酸酯2~5份、阻燃剂30~45份、水镁石粉4~8份、炭黑N330 10~15份、防老剂RD 1~2、氯化石蜡5~10份、甘油3~6份、交联助剂TAIC 1~3份、硫化剂DTBP 0.2~0.6份、环氧硬脂酸丁酯3~5份,所述份的单位为Kg。加入至熔融的主料中搅拌混合20min,然后加入至硫化机在160℃左右硫化。其中的阻燃剂为三元乙丙橡胶与氢氧化镁5:1~2混合制成。
氢氧化镁的添加自身可以吸热分解,具有一定的冷却作用,同时自身可以分解产生水蒸气,可以稀释燃烧区可燃气体的浓度,使燃烧速率降低;氢氧化镁分解产生不然的氧化镁微粒可以覆盖在可燃物的表面,形成保护层,具有一定的隔热作用,同时可以使电缆表面碳化后的炭沉积在其表面上,从而起到一定的抑烟作用。
三元乙丙橡胶大分子中含有双键,更容易被过氧化物引发硅烷接枝、交联或者与聚合物发生共交联,形成致密的三维网状结构,使其阻燃效果大幅度提高。
本发明的主要目的是提高电缆护套的阻燃性能,但是在实际的使用过程中,可能会受到各种机械应力的作用,这些应力容易在电缆绝缘护套上造成应力集中,导致微裂纹的出现,引发水树,导致电缆绝缘过早失效。交联聚乙烯为高聚物材料,具有良好的韧性;但是,温度的变化对高聚物的韧性影响极大。在一定的应变速率下,随着温度的升高,材料的断裂应力和屈服应力均下降,但屈服应力对温度的变化更为敏感。也就是说在较低的温度下,交联聚乙烯材料的护套容易发生脆性断裂。
通过改变石灰石颗粒颗粒的表面特性,以此来改善其在有机高分子材料中的表面分散性,同时添加至塑料橡胶制品中作为填充剂,起到补强的作用,通过改性使其表面性能由无机性向有机性过渡,由此来增大碳酸钙与树脂的相容性,改善制品的加工性能和物理机械性能,主要采用两亲架构处理,石灰石颗粒的表面具有碳酸钙结构,碳酸钙经偶联活化过后吸水量下降,吸油量减少,同时改善了无机碳酸钙在合成树脂中的分散性能,增强键合能力。
石粒的表面具有极性,含水量极少,所以可以采用偶联剂钛酸酯,通过与石粉表面吸附的微量质子发生化学反应,偶联到石粉表面形成单分子层,同时释放出异丙醇,与基体形成较强的单面作用。
具体的操作过程是:首先把钛酸酯溶解到等质量的液体石蜡中,同时加热搅拌10~20min,按料液比1:2~3的比例加入石粉颗粒,于水浴环境中控温80~90℃,用磁力搅拌机800~1000r/min搅拌30~40min,对改性后的石粉颗粒进行干燥后烘干,再次粉碎成颗粒状。
石粉颗粒的表面具有碳酸钙分子结构,添加至塑料中,添加偶联剂钛酸酯的作用主要有两方面:一方面是“增塑作用”,通过钛酸酯的有机基团将长链分子隔开,减少了分子链之间的相互缠结,从而起到润滑的作用;另一方面是界面粘合作用,由于钛酸酯上有大量的有机基团富集在填料的表面上,改善了无机填料与高聚物的相容性,加强了两相之间的键合力,使其力学性能和工艺性得到改善,钛酸酯偶联剂通过烷基氧基团与石粉颗粒表面吸附的微量质子发生化学反应,偶联到石粉颗粒的表面形成单分子层,同时释放出异丙醇,与基体形成较强的界面作用。当复合材料受到外力的作用时,界面能使外力均匀地传递给石粉颗粒中的碳酸钙粒子,复合材料的力学性能随之上升。
在实际的使用过程中,护套表面上镶嵌了一层改性石灰石的颗粒物,石灰石属于颗粒状的无机物,具有很好的阻燃,阻烟效果,其硬质的表面还可以提高电缆的耐磨性,最主要的是,经过改性的石灰石颗粒,其表面与偶联剂钛酸酯偶联,使无机颗粒物与有机材料相结合,提高其耐弯曲性能,电缆在使用的过程中,需要频繁的弯曲适应各种工作需要,而添加的石粉颗粒可以有效提高电缆表面受环境的刺激性,防止表层水树的产生。
本发明的优点在于:通过添加阻燃剂和表层包覆挤压的改性石灰石颗粒,使交联聚乙烯护套层具有阻燃的效果,在耐高温的基础上进一步提高性能,同时改性的石灰石颗粒由于偶联剂的添加,提高与电缆护套的键合力,提高电缆护套的表面性能,在防火阻燃的基础上,同时附带耐磨、耐弯曲和提高使用寿命的优点。
进一步,护套表面镶嵌的石粉颗粒,可以减小环境刺激性,减小水树的产生。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
一种防裂耐高温交联聚乙烯电缆护套的制备方法,以交联聚乙烯为主料200份,在110℃的开放式炼胶机中熔融,将辅料45份加入至熔融的主料中搅拌混合20min,然后加入至硫化机在155℃条件下硫化,将硫化后的胶料添加至挤塑机挤压至缆芯表层制成电缆护套,护套的厚度为1.0cm,通过高温烘箱120℃加热软化成型的护套,然后将改性石灰石颗粒均匀喷敷在护套的表面,最后通过压辊挤压护套,冷却后制成。
所述辅料由以下重量(Kg)的原料制成:乙烯基三甲烷基硅烷10、过氧化二异丙烷6、二丁基锡二月硅酸酯2、阻燃剂30、水镁石粉4、炭黑N330 10、防老剂RD 1、氯化石蜡5、甘油3、交联助剂TAIC 1、硫化剂DTBP 0.2、环氧硬脂酸丁酯3。所述阻燃剂为三元乙丙橡胶与氢氧化镁以5:1比例混合制成。
所述改性石灰石颗粒的改性方法是将石灰石粉碎、研磨、水洗并烘干,过筛得20目筛的石粉颗粒,把钛酸酯溶解到等质量的液体石蜡中,同时加热搅拌10min混匀,按料液比1:2的比例加入石粉颗粒,于水浴环境中控温80℃,用磁力搅拌机800r/min搅拌30min,完成后完成改性,烘干后即得。
实施例2:
一种防裂耐高温交联聚乙烯电缆护套的制备方法,以交联聚乙烯为主料250份,在116℃的开放式炼胶机中熔融,将辅料52份加入至熔融的主料中搅拌混合25min,然后加入至硫化机在160℃条件下硫化,将硫化后的胶料添加至挤塑机挤压至缆芯表层制成电缆护套,护套的厚度为1.25cm,通过高温烘箱135℃加热软化成型的护套,然后将改性石灰石颗粒均匀喷敷在护套的表面,最后通过压辊挤压护套,冷却后制成。
所述辅料由以下重量(Kg)的原料制成:乙烯基三甲烷基硅烷12、过氧化二异丙烷8、二丁基锡二月硅酸酯3.5、阻燃剂38、水镁石粉6、炭黑N330 12、防老剂RD 1.5、氯化石蜡7.5、甘油4.5、交联助剂TAIC 2、硫化剂DTBP 0.4、环氧硬脂酸丁酯4。所述阻燃剂为三元乙丙橡胶与氢氧化镁以5:1.5比例混合制成。
所述改性石灰石颗粒的改性方法是将石灰石粉碎、研磨、水洗并烘干,过筛得30目筛的石粉颗粒,把钛酸酯溶解到等质量的液体石蜡中,同时加热搅拌15min混匀,按料液比1:2.5的比例加入石粉颗粒,于水浴环境中控温85℃,用磁力搅拌机900r/min搅拌35min,完成后完成改性,烘干后即得。
实施例3:
一种防裂耐高温交联聚乙烯电缆护套的制备方法,以交联聚乙烯为主料300份,在125℃的开放式炼胶机中熔融,将辅料60份加入至熔融的主料中搅拌混合30min,然后加入至硫化机在165℃条件下硫化,将硫化后的胶料添加至挤塑机挤压至缆芯表层制成电缆护套,护套的厚度为1.5cm,通过高温烘箱150℃加热软化成型的护套,然后将改性石灰石颗粒均匀喷敷在护套的表面,最后通过压辊挤压护套,冷却后制成。
所述辅料由以下重量(Kg)的原料制成:乙烯基三甲烷基硅烷15、过氧化二异丙烷10、二丁基锡二月硅酸酯5、阻燃剂45、水镁石粉8、炭黑N330 15、防老剂RD 2、氯化石蜡10、甘油6、交联助剂TAIC 3、硫化剂DTBP 0.6、环氧硬脂酸丁酯5。所述阻燃剂为三元乙丙橡胶与氢氧化镁以5:2比例混合制成。
所述改性石灰石颗粒的改性方法是将石灰石粉碎、研磨、水洗并烘干,过筛得40目筛的石粉颗粒,把钛酸酯溶解到等质量的液体石蜡中,同时加热搅拌20min混匀,按料液比1:3的比例加入石粉颗粒,于水浴环境中控温90℃,用磁力搅拌机1000r/min搅拌40min,完成后完成改性,烘干后即得。
通过与普通的交联聚乙烯材质电缆护套(对照组)对比各项测试,结果如下表:
需要说明的是弯曲强度(抗撕强度)在原有的基础上有所增强,其中实施例2中的原料配比所得的效果最好,最大热释放速率的大小表示护套辐射的热通量,其值越小说明材料越难达到燃烧要求,所以根据结果显示,反而是实施例1的阻燃效果最好,从点燃时间上判断,也可以得出类似结论。
需要说明的是,在本文中,如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种防裂耐高温交联聚乙烯电缆护套的制备方法,其特征在于:以交联聚乙烯为主料,在110~125℃的开放式炼胶机中熔融,将辅料加入至熔融的主料中搅拌混合20~30min,然后加入至硫化机在155~165℃条件下硫化,将硫化后的胶料添加至挤塑机挤压至缆芯表层制成电缆护套,通过高温烘箱120~150℃加热软化成型的护套,然后将改性石灰石颗粒均匀喷敷在护套的表面,最后通过压辊挤压护套,冷却后制成;
所述主料200~300份,辅料45~60份;
所述辅料由以下重量份的原料制成:乙烯基三甲烷基硅烷10~15份、过氧化二异丙烷6~10份、二丁基锡二月硅酸酯2~5份、阻燃剂30~45份、水镁石粉4~8份、炭黑N330 10~15份、防老剂RD 1~2份、氯化石蜡5~10份、甘油3~6份、交联助剂TAIC 1~3份、硫化剂DTBP0.2~0.6份、环氧硬脂酸丁酯3~5份;
所述阻燃剂为三元乙丙橡胶与氢氧化镁以5:1~2比例混合制成;
所述挤压电缆护套的厚度为1.0~1.5cm;
所述改性石灰石颗粒的改性方法是将石灰石粉碎、研磨、水洗并烘干,过筛得20~40目筛的石粉颗粒,把钛酸酯溶解到等质量的液体石蜡中,同时加热搅拌10~20min混匀,按料液比1:2~3的比例加入石粉颗粒,于水浴环境中控温80~90℃,用磁力搅拌机800~1000r/min搅拌30~40min,完成后完成改性,烘干后即得。
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