CN108192263A - 电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料及制备方法 - Google Patents

电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，由如下重量份数的组分组成：聚烯烃弹性体树脂100份，石墨烯复合阻燃剂120份‑160份，抗氧剂0.5份‑1.5份，润滑剂1份‑3份；所述聚烯烃弹性体树脂为INFUSETM烯烃嵌段共聚物(OBC)s、乙烯‑α烯烃共聚物弹性体(POE)、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物(EVA)三种树脂的混合物。本发明还公开了该电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料的制备方法。本发明与现有技术相比，电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料具有柔软(80‑85A)、弹性好、耐开裂性能佳、阻燃性能好、燃烧过程中发热速度和发烟速度较低等特点，适用于电梯随行电缆的护套层。

Description

电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料及制备 方法
技术领域
本发明涉及阻燃聚烯烃材料及其制备技术领域，特别涉及一种电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料及其制备方法，其可用于电梯随行电缆护套，也可用于有柔软要求的电线电缆护套材料。
背景技术
在电梯高速运动中，随行电缆频繁受拉，目前常用的电梯随行电缆，采用含卤材料如聚氯乙烯(PVC)绝缘层、护套层，PVC一旦发生火灾，燃烧会产生大量浓烟，同时PVC燃烧时释放出卤酸腐蚀性气体，除危害人体外，还会造成对设备间接损害，不适合人员比较密集或空间狭小的场所及高档电梯使用。因此，电梯随行电缆的无卤阻燃化是必然趋势。虽然部分电梯随行电缆的绝缘层、护套层也有采用低烟无卤阻燃材料，但电梯频繁的上下运动，这些随行电缆也必然地随着其反复的升降造成损害。电梯随行电缆需具有柔软性强，弹性好，通常低烟无卤阻燃聚烯烃弹性体电缆料的柔软性和阻燃性能很难实现统一，在运行一段时间后常出现电缆护套层的开裂问题，给电梯运行带来严重的安全隐患。其主要原因是现有的低烟无卤阻燃聚烯烃弹性体电缆料其阻燃技术主要采用添加大量的氢氧化铝或氢氧化镁阻燃剂，且添加量通常为60％左右，大量的无机阻燃添加剂造成材料的柔软性、机械强度等性能变劣，易造成电梯随行电缆反复升降运行后的开裂，而且通常的低烟无卤阻燃聚烯烃弹性体电缆料其燃烧过程中发热速度和发烟速度较高，不利于火灾发生时的人员安全撤离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料及制备方法，以克服现有技术存在的电梯电缆反复升降运行后的缺陷，同时，减少低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料燃烧时热释放速度和烟释放速度，有利于火灾发生时人类撤离，降低火灾带来的安全隐患。
本发明所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，由如下重量份数的组分组成：
聚烯烃弹性体树脂100份，石墨烯复合阻燃剂120份-160份，抗氧剂0.5份-1.5份，润滑剂1份-3份；
所述聚烯烃弹性体树脂为INFUSETM烯烃嵌段共聚物(OBC)s、乙烯-α烯烃共聚物弹性体(POE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)三种树脂的混合物。
在本发明的一个优选实施例中，所述聚烯烃弹性体树脂由如下重量份数的组分的混合物：INFUSETM烯烃嵌段共聚物(OBCs)20份-50份，乙烯-α烯烃共聚物弹性体(POE)20份-50份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为20份-50份。
在本发明的一个优选实施例中，所述INFUSETM烯烃嵌段共聚物(OBC)s的密度为0.870-0.885g/cm3、熔融指数为0.5-5g/10min。
在本发明的一个优选实施例中，所述的乙烯-α烯烃共聚物弹性体(POE)为乙烯-丁烯或乙烯-辛烯共聚物，其熔融指数为18-30g/10min。
在本发明的一个优选实施例中，所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为分子中醋酸乙烯酯含量为28-40％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚树脂；
在本发明的一个优选实施例中，所述石墨烯复配阻燃剂由如下重量份数的组分复配而成：氢氧化铝100份，氢氧化镁20-50份，石墨烯粉粒2-10份。
在本发明的一个优选实施例中，所述的石墨烯粉粒的厚度为10nm,D50粒径≤1.5/um。
在本发明的一个优选实施例中，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、4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明的一个优选实施例中，所述润滑剂为硅油、硅酮母粒、PE蜡、脂肪酸或脂肪酸盐(如硬脂酸锌)的一种或任意两种以上的混合。
所述的电梯电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料的制备方法，包括以下步骤：
(1)石墨烯复配阻燃剂的制备：先将氢氧化铝、氢氧化镁、石墨烯按比例加入到高速混合机中进行高速混合，高速混合时间为5min-10min，高速混合机的转速为500转/min-800转/min，然后再按比例注入抗氧剂、润滑剂后继续高速混合5min。
(2)电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料的制备：按配方将聚烯烃弹性体树脂、石墨烯复配阻燃剂分别按配方比例通过不同的喂料口进入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机组中，经混炼、挤出塑化、造粒、干燥冷却而制得电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下
(1)本发明与现有技术相比，电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料具有柔软(80-85A)、弹性好、耐开裂性能佳、阻燃性能好、燃烧过程中发热速度和发烟速度较低等特点，适用于电梯随行电缆的护套层。
(2)本发明通过将石墨烯与氢氧化铝、氢氧化镁复配制备的复合阻燃剂，能够实现石墨烯与氢氧化铝、氢氧化镁充分混合与分散，并获得石墨烯复配阻燃剂均匀分散的无机阻燃聚烯烃电缆护套料，石墨烯本身的蜂窝状平面结构，自身强度很高，在燃烧过程中，使得阻燃剂形成的炭层在石墨烯表面沉积生长，能很好地有效地分散了来自材料正上方的辐射热流作用；而且这层炭层紧固不松散，不易滑落，不会再实际燃烧过程中产生滴落导致燃烧续继续，这种表面炭层结构的材料表现出很好的阻燃性能。抑制了燃烧过程的质量损失，降低了热释放速度及烟生成速度，降低了无卤阻燃电缆料的火灾危险性，并对于燃烧中烟的危险性与毒性量的抑制效果较好。其力学性能、电性能、阻止燃性能均可满足使用需求。
具体实施方式
本发明的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料是由以下重量份数组成：聚烯烃弹性体树脂100份，复合阻燃剂120份-160份，抗氧剂0.5份-1.5份，润滑剂1份-3份。
本发明的聚烯烃弹性体树脂是由INFUSETM烯烃嵌段共聚物(OBCs)20份-50份，乙烯-α烯烃共聚物弹性体(POE)20份-50份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为20份-50份；
所述石墨烯复配阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁与石墨烯复配；所述石墨烯复配阻燃剂由如下重量份数的组分组成：氢氧化铝100份，氢氧化镁20-200份，石墨烯1-5份。
本发明的石墨烯粉粒的厚度10nm,D50粒径≤1.5/um。
所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料的制备步骤：复配阻燃剂的制备：将氢氧化铝，氢氧化镁，石墨烯各个组分按比例在高速混合度中高速混合，高速混合时间为5min-10min，高速混合机的转速为500转/min-800转/min，然后再按比例注入抗氧剂、润滑剂等助剂后继续高速混合5min。
本发明电梯电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料的塑化混炼造粒：
使用SDJ75-180型(双螺杆/单螺杆)机组进行混炼、塑化、造粒，主机组包括主喂料和侧向喂料的双螺杆混炼区，单螺杆的均化造粒区，辅机组包括离心脱水机与沸腾床，整个混合、塑化、挤出、造粒、脱水干燥均在此机组上完成。
将聚烯烃弹性体树脂、石墨烯复配阻燃剂各个组分按配方分别通过不同的喂料口进入双螺杆挤出机中，聚烯烃弹性体树脂、40％-70％重量份的石墨烯复配阻燃剂在双螺杆挤出机的主喂料口进行喂料，余下的60％-30％重量份石墨烯复配阻燃剂在双螺杆挤出机的侧喂料口进行喂料注入到双螺杆中，经双螺杆挤出机组的混炼、挤出塑化、造粒、干燥冷却而制得电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料。
双螺杆混炼机的温度设置为：压缩段85℃～95℃，均化段105℃～125℃，单螺杆的温度100℃～125℃。
以下结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。
以下实施例中采用的原料均为可商购获得的标准工业品。例如，聚烯烃树脂可从有陶氏，杜邦，埃克森，国产扬巴等购买。
实施例1-5的原料配方参见表1，性能见表2。
表1：
组份 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例
OBCs 30 40 30 40 50 /
POE 30 30 20 20 20 20
EVA 40 30 50 40 30 80
氢氧化铝 100 100 100 100 100 100
氢氧化镁 20 30 30 40 60 60
石墨烯 8 5 5 2 1 /
聚乙烯蜡 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
硅油 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
DLTP 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
1010 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
硬脂酸锌 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
表2
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例
拉伸强度MPa 15.9 14.8 13.6 13.3 12.8 11.8
断裂伸长率％ 220 212 195 190 182 170
氧指数 32 33 33 34 36 35
总释放热MJ/m2 24 24 23 23 23 23
热释放速率峰值kW/m2 112 109 115 111 122 124
总烟释放m2/m2 481 329 329 519 537 744
总产烟m2 4.25 2.91 4.59 3.65 5.28 6.58
比消光面积均值m2/kg 445 315 412 524 736 1068
硬度肖氏A 75 78 79 82 85 95

Claims (10)

1.电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，其特征在于，由如下重量份数的组分组成：
聚烯烃弹性体树脂100份，石墨烯复合阻燃剂120份-160份，抗氧剂0.5份-1.5份，润滑剂1份-3份；
所述聚烯烃弹性体树脂为INFUSETM烯烃嵌段共聚物(OBC)s、乙烯-α烯烃共聚物弹性体(POE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)三种树脂的混合物。
2.如权利要求1所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，其特征在于，所述聚烯烃弹性体树脂由如下重量份数的组分的混合物：INFUSETM烯烃嵌段共聚物(OBCs)20份-50份，乙烯-α烯烃共聚物弹性体(POE)20份-50份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为20份-50份。
3.如权利要求1或2所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，其特征在于，所述INFUSETM烯烃嵌段共聚物(OBC)s的密度为0.870-0.885g/cm3、熔融指数为0.5-5g/10min。
4.如权利要求1或2所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，其特征在于，所述的乙烯-α烯烃共聚物弹性体(POE)为乙烯-丁烯或乙烯-辛烯共聚物，其熔融指数为18-30g/10min。
5.如权利要求1或2所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，其特征在于，所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为分子中醋酸乙烯酯含量为28-40％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚树脂。
6.如权利要求1所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，其特征在于，所述石墨烯复配阻燃剂由如下重量份数的组分复配而成：氢氧化铝100份，氢氧化镁20-50份，石墨烯粉粒2-10份。
7.如权利要求6所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，其特征在于，所述的石墨烯粉粒的厚度为10nm,D50粒径≤1.5/um。
8.如权利要求1所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，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、4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种或任意两种以上的混合。
9.如权利要求1所述的电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料，其特征在于，所述润滑剂为硅油、硅酮母粒、PE蜡、脂肪酸或脂肪酸盐(如硬脂酸锌)的一种或任意两种以上的混合。
10.权利要求1至9任一项权利要求所述的电梯电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料的制备方法，包括以下步骤：
(1)石墨烯复配阻燃剂的制备：先将氢氧化铝、氢氧化镁、石墨烯按比例加入到高速混合机中进行高速混合，高速混合时间为5min-10min，高速混合机的转速为500转/min-800转/min，然后再按比例注入抗氧剂、润滑剂后继续高速混合5min。
(2)电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料的制备：按配方将聚烯烃弹性体树脂、石墨烯复配阻燃剂分别按配方比例通过不同的喂料口进入双螺杆挤出机中，在双螺杆挤出机组中，经混炼、挤出塑化、造粒、干燥冷却而制得电梯随行电缆用石墨烯协效阻燃聚烯烃电缆护套料。
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