CN108239329B - 一种热固性无卤阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

一种热固性无卤阻燃材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热固性无卤阻燃材料及其制备方法，属于阻燃材料领域。该热固性无卤阻燃材料包括以下原料组分：乙烯‑醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、马来酸酐接枝物、阻燃剂、润滑剂、复合抗氧剂、敏化剂。本发明中以乙烯‑醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、马来酸酐接枝物作为基础树脂，制得的阻燃材料具有热固性、无卤、低烟、高电性的特点；各原料组分之间的相容性好，从而提高了聚烯烃绝缘材料的阻燃性、断裂强度和伸长率；本发明的无卤阻燃材料经辐照交联后，材料的强度和伸长率变化小，可通过热延伸试验，具有热固性。与传统的聚烯烃绝缘料相比，本发明的阻燃材料便于成型加工、提高了生产效率，降低成本，大大提高了可电性能。

Description

一种热固性无卤阻燃材料及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃材料领域，尤其涉及一种热固性无卤阻燃材料及其制备方法。
背景技术
随着全球经济的发展，各领域对聚烯烃绝缘材料的质量和性能要求越来越高，随着电线、电缆等老化而引起的火灾的增多，低烟、无卤、阻燃、高电性的聚烯烃绝缘材料成为电线电缆行业的发展方向。目前，传统的无卤低烟阻燃材料，大部分是在聚烯烃基材中加入氢氧化铝作为阻燃体系，可以达到一定的阻燃效果，但是却不能同时满足电性能要求：标准JB/T10436-2004中电性能要求≥1.0*1012Ω·m，以及新颁布的国标GB/T32129-2015中，要求浸水24H后电性能≥1.0*1012Ω·m。而满足电性能要求高的无卤低烟阻燃聚烯烃材料，一般采用镁作为阻燃剂，但是由于国产镁在螺杆挤出机中挤出时发热量大，流动性差，若挤出速度过快会温度升高，导致材料分解，在实际应用中不宜大批量生产；而进口镁又存在价格昂贵的问题，大大增加了制造成本，在国内市场内没有竞争优势，不适合作为阻燃剂使用。另外，大量无机材料的加入，也会影响聚烯烃材料的物理机械性能和加工工艺性能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种热固性无卤阻燃材料及其制备方法，克服了现有技术中存在的生产速度慢、制造成本高、不能满足电性能要求等问题。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种热固性无卤阻燃材料，包括以下原料组分及其重量份数：
Figure BDA0001193901100000011
其中，乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、马来酸酐接枝物作为基础树脂。
进一步地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物在190℃×2.16kg下的熔融指数为4-7g/10min。
进一步地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的VA(醋酸乙烯酯)含量为24wt％-30wt％。
进一步地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的强度＞18MPa，断裂伸长率＞750％。
优选地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物选自台塑7470M。
进一步地，所述聚乙烯在190℃×2.16kg下的熔融指数为3.0-4.0g/10min。
优选地，所述聚乙烯选自埃克森3518CB。
进一步地，所述马来酸酐接枝物的接枝率为0.75％-0.85％。
进一步地，所述马来酸酐接枝物选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝EVA(EVA是指乙烯-醋酸乙烯共聚物)、马来酸酐接枝POE(POE是指聚烯烃弹性体)中的一种或多种。优选地，马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝EVA。
进一步地，所述阻燃剂是碳酸镁和氢氧化镁的混合物，是以碳酸镁为主要成分、氢氧化镁为辅助成分的阻燃体系。
优选地，所述碳酸镁与氢氧化镁的质量比为1.5-3：1。更优选地，所述碳酸镁与氢氧化镁的质量比为2：1。
更优选地，所述碳酸镁选自CH-01，所述氢氧化镁选自丹东日天RT-1J。
进一步地，所述润滑剂包括聚乙烯蜡和硅橡胶母粒，聚乙烯蜡和硅橡胶母粒的重量比为(0.3-2)：(1.2-2.5)。
更进一步地，所述聚乙烯蜡的平均分子量为2000-4000，优选高桥CH-ⅢB。所述硅橡胶母料的平均分子量为500000-800000。
进一步地，所述硅橡胶母料由硅胶和氢氧化物阻燃剂复合加工得到。
优选地，硅橡胶母料是由硅胶和氢氧化物阻燃剂按照质量比1:1.5，经物理混合复合加工得到。
更优选地，硅橡胶母料为氢氧化铝硅胶母料，由硅胶和氢氧化铝复合加工得到。更优选硅胶选自东爵。
进一步地，所述复合抗氧剂选自N，N’-双[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼(1024)、硫代二丙酸二月桂酯(DLTP)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)的一种或多种。
优选地，所述复合抗氧剂为1024、DLTP、1010、168的混合物，1024、DLTP、1010、168的重量比为2:1:1:0.5。
进一步地，所述敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，主要起催化作用，能够加快辐照交联时分子之间的反应。
更进一步地，所述敏化剂的酸值(mgKOH/g)＜0.2，固含量＞95％。
本发明还提供了一种制备上述热固性无卤阻燃材料的方法，具体步骤为：将原料按照配比加入到高速混合机中，搅拌混合，混合均匀出料后立即用密炼机混合均匀并进行造粒，然后将粒料放入双螺杆挤出机中挤出造粒即可。
进一步地，高速混合机的转速为700-800rpm，搅拌时间为10-20min，保证原料组分混合均匀。
进一步地，采用密炼机造粒时应严格保证混合后的物料干燥，造粒可采用水冷拉条切粒工艺，以使切出的粒子大小均一。
进一步地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为110-170℃。
优选地，所述双螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区110-120℃，机筒二区120-130℃，机筒三区130-140℃，机筒四区140-150℃，机筒五区150-160℃，机头和模具160-170℃。
本发明另一方面还提供了一种上述热固性无卤阻燃材料在电线电缆领域中的应用。
本发明所公开的热固性无卤阻燃材料，是以乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、马来酸酐接枝物作为基础树脂，加入碳酸镁和氢氧化镁组成的阻燃体系、润滑剂和复合抗氧剂、敏化剂，制得的阻燃材料具有热固性、无卤、低烟、高电性的特点；热固性无卤阻燃材料的各原料组分之间的相容性好，从而提高了聚烯烃绝缘材料的阻燃性、断裂强度和伸长率；本发明的无卤阻燃材料经辐照交联后，材料的强度和伸长率变化小，可通过热延伸试验，具有热固性。与传统的聚烯烃绝缘料相比，本发明的阻燃材料便于成型加工、提高了生产效率，降低成本，大大提高了可电性能。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种热固性无卤阻燃材料，包括以下原料组分及配比(单位Kg)：
Figure BDA0001193901100000031
Figure BDA0001193901100000041
其中复合抗氧剂中1024、DLTP、1010、168的重量比为2:1:1:0.5。
制备方法包括下列步骤：
将原料按照配比加入到高速混合机中，转速为700rpm，搅拌10分钟，使其混合均匀，出料后立即用密炼机混合均匀造粒，然后将粒料放入双螺杆挤出机中挤出造粒即可；
其中，双螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区110℃，机筒二区125℃，机筒三区130℃，机筒四区150℃，机筒五区150℃，机头和模具170℃。
实施例2
一种热固性无卤阻燃材料，包括以下原料组分及配比(单位Kg)：
Figure BDA0001193901100000042
其中复合抗氧剂选自1024。
制备方法包括下列步骤：
将原料按照配比加入到高速混合机中，转速为750rpm，搅拌15分钟，使其混合均匀，出料后立即用密炼机混合均匀造粒，然后将粒料放入双螺杆挤出机中挤出造粒即可；
其中，双螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区120℃，机筒二区130℃，机筒三区135℃，机筒四区140℃，机筒五区160℃，机头和模具165℃。
实施例3
一种热固性无卤阻燃材料，包括以下原料组分及配比(单位Kg)：
Figure BDA0001193901100000043
Figure BDA0001193901100000051
其中复合抗氧剂选自DLTP。
制备方法包括下列步骤：
将原料按照配比加入到高速混合机中，转速为800rpm，搅拌15分钟，使其混合均匀，出料后立即用密炼机混合均匀造粒，然后将粒料放入双螺杆挤出机中挤出造粒即可；
其中，双螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区115℃，机筒二区120℃，机筒三区140℃，机筒四区145℃，机筒五区155℃，机头和模具165℃。
实施例4
一种热固性无卤阻燃材料，包括以下原料组分及配比(单位Kg)：
Figure BDA0001193901100000052
其中复合抗氧剂中1024、DLTP、1010、168的重量比为2:1:1:0.5。
制备方法包括下列步骤：
将原料按照配比加入到高速混合机中，转速为700rpm，搅拌10分钟，使其混合均匀，出料后立即用密炼机混合均匀造粒，然后将粒料放入双螺杆挤出机中挤出造粒即可；
其中，双螺杆挤出机的温度设置为：机筒一区110℃，机筒二区120℃，机筒三区135℃，机筒四区140℃，机筒五区150℃，机头和模具160℃。
测试方法
按照国家相关技术标准，分别对实施例1-4所得的无卤阻燃材料进行性能测试，测试结果如下表所示。
并将各实施例的热固性无卤阻燃材料以辐照剂量为13.5Mrad一次辐照成型，并测相应的强度、伸率和热延伸。
表1性能测试结果
Figure BDA0001193901100000061
从表中的性能测试结果可以看出，本发明实施例1-4所得的热固性无卤阻燃材料，具有高电性、低烟、无卤的特点，阻燃性能好，力学性能、抗冲击性能优异，辐照后强度和伸率影响较小，可通过热延伸试验，具有热固性，且电性能满足国家标准。综上所述，本发明公开的一种热固性无卤阻燃材料有效克服了现有技术的种种缺点而具有高度的产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种热固性无卤阻燃材料，其特征在于，采用以下原料组分及其重量份数：
Figure FDA0002680592290000011
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物在190℃×2.16kg下的熔融指数为4-7g/10min，所述阻燃剂是碳酸镁和氢氧化镁的混合物，所述碳酸镁与氢氧化镁的质量比为1.5-3：1；
所述马来酸酐接枝物选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝POE中的一种或多种，所述马来酸酐接枝物的接枝率为0.75％-0.85％；
所述聚乙烯选自埃克森3518CB；
所述复合抗氧剂为N，N’-双[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、硫代二丙酸二月桂酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯以重量比为2:1:1:0.5形成的混合物；
所述润滑剂包括聚乙烯蜡和硅橡胶母粒，聚乙烯蜡和硅橡胶母粒的重量比为(0.3-2)：(1.2-2.5)，所述硅橡胶母料是由硅胶和氢氧化铝阻燃剂按照质量比1:1.5，经物理混合复合加工得到；
所述敏化剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
2.根据权利要求1所述的热固性无卤阻燃材料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的VA含量为24wt％-30wt％。
3.根据权利要求1所述的热固性无卤阻燃材料，其特征在于，所述敏化剂的酸值＜0.2，固含量＞95％。
4.一种制备权利要求1至3任一项所述热固性无卤阻燃材料的方法，其特征在于，具体步骤为：将原料按照配比加入到高速混合机中，搅拌混合，混合均匀出料后立即用密炼机混合均匀并进行造粒，然后将粒料放入双螺杆挤出机中挤出造粒即可。
5.权利要求1至3任一项所述热固性无卤阻燃材料在电线电缆领域中的应用。
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