CN108003444B - 一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工材料技术领域，提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，该电缆料其原料按重量分数计包括：乙烯‑醋酸乙烯共聚物17‑39份，弹性体5‑10份，氢氧化镁55‑65份，聚磷腈0.5‑5份以及马来酸酐接枝聚苯醚(PPE‑MAH)0.5‑2份；该电缆料能够解决现有技术难获得高氧指数和高力学性能电缆料的问题。该制备方法包括：(1)将乙烯‑醋酸乙烯共聚物，弹性体，氢氧化镁，聚磷腈，PPE‑MAH以及加工助剂按重量份数比混合，机械搅拌得到混合料；(2)将混合料挤出切粒得到低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料；该制备方法设计科学合理简单，操作简单，可实现大规模工业化生产。

Description

一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法
技术领域
本发明属于化工材料技术领域，具体地说，涉及一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法。
背景技术
随着全球经济的飞速发展及人类环保意识的不断加强，绿色、低碳环保型建筑已成为建筑行业的发展趋势，地上建筑越高，地下设施的规模越大，电线电缆正被广泛应用，铺设也越趋密集，因电缆护套的损坏或老化而引发的火灾越来越多，如何降低火灾的发生率以及发生火灾的死亡率，低烟、无卤、阻燃环保已成为电线电缆行业的研发应用方向。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明的第一目的在于提供一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，以解决现有技术难获得高氧指数和高力学性能电缆料的问题。
针对现有技术中上述的不足，本发明的第二目的在于提供一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，该制备方法设计科学合理简单，操作简单，可实现大规模工业化生产。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：
一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物17-39份，弹性体5-10份，氢氧化镁55-65份，聚磷腈0.5-5份以及马来酸酐接枝聚苯醚(PPE-MAH)0.5-2份。
一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，包括：(1)将乙烯-醋酸乙烯共聚物，弹性体，氢氧化镁，聚磷腈，PPE-MAH以及加工助剂按重量份数比混合，机械搅拌得到混合料；(2)将混合料挤出切粒得到低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料。
本发明提供的一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法的有益效果是：
(1)本发明提供的一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由于其原料中采用了氢氧化镁、聚磷腈和PPE-MAH，三者能够协同增效从而大幅度提高电缆料的阻燃性能和力学性能；
其中，聚磷腈作为磷氮阻燃剂可发挥其耐热温度高、不析出和不含卤素的特点，相对于普通复配型磷氮阻燃体系使用的三聚氰胺氰尿酸盐和聚磷酸铵复配，可防止两者的析出和吸水后阻燃性大幅度降低的现象；同时聚磷腈分子结构中同时含有P、N元素，较三聚氰胺氰尿酸盐和聚磷酸铵类的混合物分散难度低、阻燃效率更高；PPE-MAH作为阻燃协效剂，可使材料燃烧时生成大量的碳，提供了碳源，且PPE-MAH能够与其他组分的相容性，从而提高氧指数和力学性能；
本发明中的使用聚磷腈与PPE-MAH复配才能发挥两者的协同作用，可防止现有技术为达到高氧指数时大量添加无机填料的现象，聚磷腈与PPE-MAH复配后与氢氧化镁具有明显的协同阻燃作用，使电缆料的氧指数高达40％，能够有效避免电缆料力学性能降低，且使电缆料断裂伸长率高达200％。
(2)本发明提供的一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，该制备方法设计科学合理简单，操作简单，可实现大规模工业化生产。
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，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料进行具体说明。
一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物17-39份，弹性体5-10份，氢氧化镁55-65份，聚磷腈0.5-5份，PPE-MAH0.5-2份；优选地，还包括小于1份的加工助剂。
采用上述各原料及其配比，能够相互配合起到协同增效的作用，尤其是采用氢氧化镁、聚磷腈和PPE-MAH三者的复配，能够避免单纯采用氢氧化镁作为无机填料，其添加量高，力学和加工性能破坏严重，很难做到高氧指数与力学性能的平衡等缺点。
其中，优选地，氢氧化镁的粒径为0.5-5μm，在该粒径范围内，氢氧化镁耐高温性能更好，且更易于聚磷腈与PPE-MAH协同配合；弹性体优选地包括聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶或丙烯基弹性体，该些弹性体均具有密度小、弯曲大、低温抗冲击性能高、易加工、可重复使用等特点；加工助剂优选地包括抗氧剂1010和硬脂酸钙；其中抗氧剂1010能有效地防止聚合物材料在长期老化过程中的热氧化降解，同时也是一种高效的加工稳定剂，能改善聚合物材料在高温加工条件下的耐变色性；硬脂酸钙作为润滑剂能够改善混合料的流动性能和流平性能，使产品更加光滑平整。优选地，抗氧剂1010和硬脂酸钙的质量比为1:1，以便满足同时兼顾平衡多种性能。
一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法包括：(1)将乙烯-醋酸乙烯共聚物，弹性体，氢氧化镁，聚磷腈，PPE-MAH以及加工助剂按重量份数比混合，机械搅拌得到混合料；其中，优选地，采用高速混合机进行混料，高速混合机的转速为700-900rpm，且搅拌时间为至少3min，以达到更好的混合效果；
(2)将混合料挤出切粒得到低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料；优选地，采用双螺杆挤出机挤出混合料，为了达到更好的挤出效果，进一步提高产品的力学性能，优选地，双螺杆挤出机的直径小于200mm；长径比为36-44：1；主机转数250-1800rpm；机筒温度为80-190℃；水槽温度为20-60℃；此外，为了达到更好的切粒效果，提高工作效率，优选地，切粒所采用的切粒机的转速为300-1500rpm。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物34份，聚烯烃弹性体5份，氢氧化镁55份，聚磷腈5份，PPE-MAH 0.5份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，包括：(1)将乙烯-醋酸乙烯共聚物，弹性体，氢氧化镁，聚磷腈，PPE-MAH以及加工助剂按上述重量份数比混合，采用转速为700-900rpm的高速混合机进行混料至少3min；(2)将混合料采用双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机的直径小于200mm；长径比为36-44：1；主机转数250-1800rpm；机筒温度为80-190℃；水槽温度为20-60℃；采用转速为300-1500rpm的切粒机进行切粒得到低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料。
本实施例2
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物23份，三元乙丙橡胶10份，氢氧化镁61份，聚磷腈5份，PPE-MAH0.5份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例3
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物23份，丙烯基弹性体10份，氢氧化镁61份，聚磷腈5份，PPE-MAH0.5份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例4
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物30.5份，聚烯烃弹性体7.5份，氢氧化镁60份，聚磷腈0.5份，PPE-MAH 1份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例5
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物20.5份，聚烯烃弹性体8份，氢氧化镁65份，聚磷腈5份，PPE-MAH 1份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例6
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物30.75份，聚烯烃弹性体9份，氢氧化镁55份，聚磷腈2.75份，PPE-MAH 2份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例7
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物33份，聚烯烃弹性体6份，氢氧化镁58份，聚磷腈2份，PPE-MAH 0.5份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例8
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物26.5份，聚烯烃弹性体8份，氢氧化镁62份，聚磷腈1份，PPE-MAH 2份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例9
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物23.75份，聚烯烃弹性体9份，氢氧化镁64份，聚磷腈1.5份，PPE-MAH1.25份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例10
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物17份，聚烯烃弹性体10份，氢氧化镁65份，聚磷腈5份，PPE-MAH 2份，抗氧剂1010 0.5份以及硬脂酸钙0.5份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例11
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物39份，聚烯烃弹性体5份，氢氧化镁55份，聚磷腈0.5份，PPE-MAH 0.5份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
本实施例12
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物28份，聚烯烃弹性体9.5份，氢氧化镁60份，聚磷腈1份，PPE-MAH 1份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本实施例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例1
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物33.5份，聚烯烃弹性体5份，氢氧化镁54份，聚磷腈5份，PPE-MAH 2份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例2
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物20.5份，聚烯烃弹性体10份，氢氧化镁66份，聚磷腈2份，PPE-MAH 1份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例3
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物23.1份，聚烯烃弹性体9份，氢氧化镁65份，聚磷腈0.4份，PPE-MAH 2份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例4
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物26份，聚烯烃弹性体7份，氢氧化镁60份，聚磷腈5.5份，PPE-MAH1份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例5
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物30.1份，聚烯烃弹性体6份，氢氧化镁58份，聚磷腈5份，PPE-MAH 0.4份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例6
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物21.2份，聚烯烃弹性体8份，氢氧化镁63份，聚磷腈5份，PPE-MAH 2.3份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例7
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物22.5份，聚烯烃弹性体9份，氢氧化镁60份，三聚氰胺3份，聚磷酸铵3份，PPE-MAH 2份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例8
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物20.5份，聚烯烃弹性体8份，氢氧化镁65份，聚磷腈5份，PPE 1份，抗氧剂1010 0.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例9
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物31份，聚烯烃弹性体7.5份，氢氧化镁60份，PPE-MAH1份，抗氧剂10100.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
对比例10
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其原料按重量分数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物31.5份，聚烯烃弹性体7.5份，氢氧化镁60份，聚磷腈0.5份，抗氧剂10100.25份以及硬脂酸钙0.25份。
本对比例提供了一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，具体步骤请参照实施例1。
实验例1
实验方法：对实施例1-12和对比例1-10制得的12个试验产品以及10个对照产品设置为实验组1-22，对实验组1-22的产品分别进行检测，测试试样均由XLB-25型液压平板硫化机在170℃，10MPa压力条件模压成型。
检测方法如下：(1)拉伸强度：按照GB/T1040-2006测试；(2)断裂伸长率：按照GB/T1040-2006测试；(3)氧指数：按照GB/T 2406-2009测试；(4)耐热冲击试验：按照GB/T32129-2015测试(试验温度130℃、5公斤砝码)；(5)析出实验：按100℃，240h，热烘箱空气老化，考察拉伸样条表面析出情况。
对实验组1-22的产品的检测结果如表1所示。
表1实验组1-22的产品的检测结果
Figure BDA0001510818310000121
Figure BDA0001510818310000131
由表1数据可知，实验组1-12的产品的拉伸强度为10.6-13MPa；断裂伸长率为163-200％；氧指数为36-42％；产品经过耐热冲击试验均为发生开裂现象；产品经过析出实验均未析出。
对比例1和2的氢氧化镁的重量份数不在本发明实施例提供的范围内，对比例1对应的实验组13的产品的氧指数和拉伸强度较低，对比例2对应的实验组14的产品的断裂伸长率较低，经过耐热冲击试验产品出现了开裂现象；对比例3和4的聚磷腈的重量份数不在本发明实施例提供的范围内，对比例3对应的实验组15的产品的氧指数较低，对比例4对应的实验组16的产品的经过耐热冲击试验出现了开裂现象；对比例5和6的PPE-MAH的重量份数不在本发明实施例提供的范围内，对比例5对应的实验组17的产品的氧指数较低，对比例6对应的实验组18的产品的经过耐热冲击试验出现了开裂现象；对比例7采用了三聚氰胺和聚磷酸铵作为磷氮阻燃剂代替聚磷腈，对比例7对应的实验组19的产品的拉伸强度和氧指数均较低，而且经过耐热冲击试验产品出现了开裂，经过析出实验产品发生析出；对比例8采用了PPE树脂作为阻燃协效剂代替PPE-MAH，对比例8对应的实验组20的产品的拉伸强度，断裂伸长率和氧指数均较低，而且经过耐热冲击试验产品出现了开裂；对比例9和对比例10分别未添加聚磷腈和PPE-MAH，对比例9对应的实验组21的产品以及对比例10对应的实验组22的氧指数均较低。
上述结果表明，采用本发明实施例提供的各原料及其配比，能够相互配合起到协同增效的作用，尤其是采用氢氧化镁、聚磷腈和PPE-MAH三者的复配，能够协同增效从而同时大幅度提高电缆料的阻燃性能和力学性能。
综上所述，由本发明实施例提供的一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及制备方法，该低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料能够解决现有技术难获得高氧指数和高力学性能电缆料的问题；该该低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，设计科学合理简单，操作简单，可实现大规模工业化生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于：其原料按重量份数计包括：乙烯-醋酸乙烯共聚物17-39份，弹性体5-10份，氢氧化镁55-65份，聚磷腈0.5-5份以及马来酸酐接枝聚苯醚0.5-2份。
2.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，其原料按重量分数计还包括：加工助剂小于1份。
3.根据权利要求2所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述加工助剂包括抗氧剂1010和硬脂酸钙。
4.根据权利要求3所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述抗氧剂1010和所述硬脂酸钙的质量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述氢氧化镁的粒径为0.5-5μm。
6.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述弹性体包括聚烯烃弹性体。
7.一种如权利要求2所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，其特征在于，包括：(1)将所述乙烯-醋酸乙烯共聚物，所述弹性体，所述氢氧化镁，所述聚磷腈，所述马来酸酐接枝聚苯醚以及所述加工助剂按所述重量份数比混合，机械搅拌得到混合料；(2)将所述混合料挤出切粒得到低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料。
8.根据权利要求7所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的机械搅拌的转速为700-900rpm，时间为至少3min。
9.根据权利要求7所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中采用双螺杆挤出机对所述混合料进行挤出，所述双螺杆挤出机的直径小于200mm；长径比为36-44：1；主机转数250-1800rpm；机筒温度为80-190℃；水槽温度为20-60℃。
10.根据权利要求7所述的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中切粒所采用的切粒机的转速为300-1500rpm。
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