CN108314835A - 一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，由下列重量份的原料组成：聚烯烃基料：100份、马来酸酐改性聚烯烃10‑30份、填料40‑100份、玻璃纤维5‑10份、含磷阻燃剂5‑10份，含氮阻燃剂5‑10份，环氧基硅烷偶联剂0.1‑5份、含单胺的直链烷烃2‑5份、加工助剂0.5‑2份组成；制备出的电缆料具有良好的阻燃效果以及良好的物理机械性能，具有极大的应用前景。

Description

一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料。
背景技术
伴随着电力、通信、轨道交通、汽车以及造船等行业规模的不断扩大，对电线电缆的需求也在迅速增长，可以预见今后电缆市场还有巨大的发展潜力。
然而，目前因电线、电缆的老化而引发的火灾也越来越多，导致死亡率以及因电缆燃烧时释放出的卤化气体导致人窒息而死的不断升高，然后越来越重视电缆的阻燃性能。因此，低烟、无卤、阻燃、环保也成为电线电缆行业的发展方向。其中无卤低烟阻燃电缆料的需求量越来越大。
目前聚烯烃常规的阻燃改性方法往往是在基料中添加很多无机填料，无机填料的分数超过50%，大量无机填料的加入，往往会导致电缆料的物理机械性能和加工工艺性能变差，因此需要对无机填料的分散性和相容性进行改善，同时对基料的性能进行增强，来减少基料性能变差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料。
本发明采用的技术方案为：一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：聚烯烃基料：100份、马来酸酐改性聚烯烃10-30份、填料40-100份、玻璃纤维5-10份、含磷阻燃剂5-10份，含氮阻燃剂5-10份，环氧基硅烷偶联剂0.1-5份、含单胺的直链烷烃2-5份、加工助剂0.5-2份组成。
所述的聚烯烃电缆料选自乙烯-醋酸乙烯酯类共聚物、低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丁烯-己烯三元共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯共聚物聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯与碳原子数为4-20的α-烯烃的共聚物中的至少一种。
所述的马来酸酐改性聚烯烃选自马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐改性4-20的α-烯烃的共聚物中的至少一种。
所述的填料选自氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸钙、硼酸锌中的至少一种或者几种的组合物。
所述的玻璃纤维为长度为5-10mm，直径为30-50um的短切玻璃纤维。
所述的含磷阻燃剂选自磷酸、亚磷酸、次磷酸、偏磷酸、焦磷酸或者亚磷酸酯、三苯基磷酸酯、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯中的至少一种。
所述的含氮阻燃剂选自三聚氰胺、双氰胺、三聚氰胺的磷酸盐、聚酰胺、聚脲、尿素、磷酸二氢铵、磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺中的至少一种。
所述的环氧基硅烷偶联剂选自2-（3,4环氧环己基）乙基三甲基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷中至少一种。本发明之所以选择环氧类硅烷偶联剂，因其来源广泛，成本较低，而且对填料的表面改性效果较好，而氨基硅烷偶联剂改性填料的分散性效果不是太好，氨基之间容易形成氢键，导致氨基硅烷偶联剂分散出来的填料效果不是很好。
所述的单胺的直链烷烃选自C4-C18烷烃的直链单胺中至少一种，其中所含的氨基能够与环氧进行反应，从而改善填料的分散性，烷烃直链的存在能够提高填料与基料的相容性。
所述的加工助剂选自硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化锌中的至少一种。
本发明的所述的电缆料制备方法为：
(1)将填料分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入环氧类硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
(2)将聚烯烃基料、马来酸酐改性的聚烯烃、加工助剂加入到密炼机中，然后将玻璃纤维加入到密炼机中，升温到100-120℃，进行密炼2-3小时，将玻璃纤维充分的玻璃与包裹，然后加入改性填料（1）、单胺的直链烷烃、含磷阻燃剂、含氮阻燃剂，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
(3)将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料、具有燃烧时，具有自熄、不含有卤素、含有磷-氮阻燃剂以及玻璃纤维增强基体，制备的电缆料具有以下特点：a)填料选用氢氧化镁、氢氧化铝等组成，氢氧化铝的分解温度较低，约为240℃，氢氧化镁的分解温度为330℃，阻燃填料的搭配使用能够显著提高电缆的阻燃效果；b)采用环氧硅烷偶联剂和单胺的直链烷烃一起改性填料，能够子改善填料的分散性，同时烷烃的存在能够提升填料与基料的相容性；c）增加短切玻璃纤维，能够显著改善基料的物理性能，特别是能够减少填料的大量填入导致基料的物理性能的劣化；d）采用磷-氮阻燃剂协同能够显著改善基料的阻燃效果，没有卤化气体的放出，从而起到环保阻燃的目的。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面将结合具体实例来阐释本发明：
实施例1
一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：聚乙烯-醋酸乙烯酯类共聚物基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯10份、氢氧化镁25份、氢氧化铝10份、硼酸胺10份、直径为35um，长度为5mm的玻璃纤维5份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯5份，三聚氰胺5份，3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷2份、辛胺为4份、加工助剂硬脂酸锌为0.5份，聚乙烯蜡为0.3份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为
(1)将氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸胺分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料。
(2)将聚乙烯-醋酸乙烯酯类共聚物、马来酸酐改性的聚乙烯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡加入到密炼机中，然后将玻璃纤维加入到密炼机中，升温到100-120℃，进行密炼2-3小时，将玻璃纤维充分的玻璃与包裹，然后加入改性填料（1）、辛胺、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三聚氰胺，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
(3)将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。制备的电缆料性能见表1。
实施例2
一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：低密度聚乙烯基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯10份、氢氧化镁45份、氢氧化铝5份、硼酸胺10份、直径为40um，长度为5mm的玻璃纤维8份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯5份，三聚氰胺5份，3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷3份、辛胺为5份、加工助剂硬脂酸锌为0.5份，聚乙烯蜡为0.3份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为
(1)将氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸胺分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料。
(2)将低密度聚乙烯类共聚物、马来酸酐改性的聚乙烯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡加入到密炼机中，然后将玻璃纤维加入到密炼机中，升温到100-120℃，进行密炼2-3小时，将玻璃纤维充分的玻璃与包裹，然后加入改性填料（1）、辛胺、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三聚氰胺，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
(3)将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。制备的电缆料性能见表1。
实施例3
一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：低密度聚乙烯基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯10份、氢氧化镁45份、氢氧化铝10份、硼酸胺20份、直径为40um，长度为5mm的玻璃纤维8份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯10份，三聚氰胺5份，3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷4份、辛胺为5份、加工助剂硬脂酸锌为0.5份，聚乙烯蜡为0.3份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为
(1)将氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸胺分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料。
(2)将低密度聚乙烯类共聚物、马来酸酐改性的聚乙烯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡加入到密炼机中，然后将玻璃纤维加入到密炼机中，升温到100-120℃，进行密炼2-3小时，将玻璃纤维充分的玻璃与包裹，然后加入改性填料（1）、辛胺、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三聚氰胺，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
(3)将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。制备的电缆料性能见表1。
实施例3
一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：低密度聚乙烯基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯10份、氢氧化镁45份、氢氧化铝10份、硼酸胺20份、直径为40um，长度为5mm的玻璃纤维8份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯10份，三聚氰胺5份，3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷4份、辛胺为5份、加工助剂硬脂酸锌为0.5份，聚乙烯蜡为0.3份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为
(1)将氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸胺分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料。
(2)将低密度聚乙烯类共聚物、马来酸酐改性的聚乙烯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡加入到密炼机中，然后将玻璃纤维加入到密炼机中，升温到100-120℃，进行密炼2-3小时，将玻璃纤维充分的玻璃与包裹，然后加入改性填料（1）、辛胺、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三聚氰胺，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
(3)将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。制备的电缆料性能见表1。
实施例4
一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：高密度聚乙烯基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯10份、氢氧化镁45份、氢氧化铝10份、硼酸胺20份、直径为40um，长度为5mm的玻璃纤维8份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯10份，三聚氰胺5份，3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷4份、辛胺为5份、加工助剂硬脂酸锌为0.5份，聚乙烯蜡为0.3份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为
(1)将氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸胺分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料。
(2)将低密度聚乙烯类共聚物、马来酸酐改性的聚乙烯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡加入到密炼机中，然后将玻璃纤维加入到密炼机中，升温到100-120℃，进行密炼2-3小时，将玻璃纤维充分的玻璃与包裹，然后加入改性填料（1）、辛胺、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三聚氰胺，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
(3)将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。制备的电缆料性能见表1。
对比例1
一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：高密度聚乙烯基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯10份、氢氧化镁45份、氢氧化铝10份、硼酸胺20份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯10份，三聚氰胺5份，3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷4份、辛胺为5份、加工助剂硬脂酸锌为0.5份，聚乙烯蜡为0.3份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为
(1)将氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸胺分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料。
(2)将低密度聚乙烯类共聚物、马来酸酐改性的聚乙烯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡加入到密炼机中，加入改性填料（1）、辛胺、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、三聚氰胺，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
(3)将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。制备的电缆料性能见表1。
对比例2
一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：高密度聚乙烯基料：100份、马来酸酐改性聚乙烯10份、氢氧化镁45份、氢氧化铝10份、硼酸胺20份、直径为40um，长度为5mm的玻璃纤维8份、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷4份、辛胺为5份、加工助剂硬脂酸锌为0.5份，聚乙烯蜡为0.3份组成。
本发明的所述的电缆料制备方法为
(1)将氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸胺分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料。
(2)将低密度聚乙烯类共聚物、马来酸酐改性的聚乙烯、硬脂酸锌、聚乙烯蜡加入到密炼机中，然后将玻璃纤维加入到密炼机中，升温到100-120℃，进行密炼2-3小时，将玻璃纤维充分的玻璃与包裹，然后加入改性填料（1）、辛胺，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
(3)将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。制备的电缆料性能见表1。
表1
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
拉伸强度(MPa) 19 18.5 16.5 17.6 13 19.2
断裂伸长率（%） 290 230 260 210 170 240
20℃体积电阻率（Ω·m）x 10^13 2.1 3.2 2.8 2.6 2.3 2.6
介电强度(KV/m) 30 32 33 32 29 28
烟密度（有烟） 27 26 24 23 34 35
氧指数 35 39 36 38 34 28
通过实施例1-4 为本方案的的技术发明的具体实施实例，对比例为1-2为本发明的对比例。通过实施例1-4可以看出本发明提供的电缆料具有良好的拉伸强度、断裂伸长率以及氧指数较好的电缆料。通过对比实施例4与对比例1结果可知，玻璃纤维的加入可以显著提升电缆料的物理性能；通过对比实施例4与对比例2结果可知，添加磷-氮阻燃剂，电缆料的氧指数得到明显改善，电缆料的阻燃效果得到明显提高。

Claims (10)

1.本发明提供一种低烟无卤阻燃玻纤增强的聚烯烃电缆料，其典型特征为，
由以下重量份的原料组成：聚烯烃基料：100份、马来酸酐改性聚烯烃10-30份、填料40-100份、玻璃纤维5-10份、含磷阻燃剂5-10份，含氮阻燃剂5-10份，环氧基硅烷偶联剂0.1-5份、含单胺的直链烷烃2-5份、加工助剂0.5-2份组成。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃电缆料选自乙烯-醋酸乙烯酯类共聚物、低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丁烯-己烯三元共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯共聚物聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯与碳原子数为4-20的α-烯烃的共聚物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的马来酸酐改性聚烯烃选自马来酸酐改性聚乙烯、马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐改性4-20的α-烯烃的共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的填料选自氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸钙、硼酸锌中的至少一种或者几种的组合物。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维为长度为5-10mm、直径为30-50um的短切玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述磷-氮阻燃剂为含磷阻燃剂和含氮阻燃剂，其中含磷阻燃剂选自磷酸、亚磷酸、次磷酸、偏磷酸、焦磷酸或者亚磷酸酯、三苯基磷酸酯、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯中的至少一种；其中含氮阻燃剂选自三聚氰胺、双氰胺、三聚氰胺的磷酸盐、聚酰胺、聚脲、尿素、磷酸二氢铵、磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的环氧基硅烷偶联剂选自2-（3,4环氧环己基）乙基三甲基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷中至少一种。
8.根据权利要求1所述的单胺的直链烷烃选自C4-C18烷烃的直链单胺中至少一种，其中所含的氨基能够与环氧进行反应，从而改善填料的分散性，烷烃直链的存在能够提高填料与基料的相容性。
9.根据权利要求1所述的加工助剂选自硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化锌中的至少一种。
10.根据权利要求1本发明的所述的电缆料制备方法为：
将填料分别加入到行星研磨机中，加入乙醇/水(50/50质量份)中，然后加入环氧类硅烷偶联剂，研磨5-10小时，研磨细度达到< 20um,然后将研磨浆料进行烘干、粉碎制备改性好的填料；
将聚烯烃基料、马来酸酐改性的聚烯烃、加工助剂加入到密炼机中，然后将玻璃纤维加入到密炼机中，升温到100-120℃，进行密炼2-3小时，将玻璃纤维充分的玻璃与包裹，然后加入改性填料（1）、单胺的直链烷烃、含磷阻燃剂、含氮阻燃剂，然后将密炼机升温到120-140℃，继续混炼1-2小时后，降温至95-100℃出料；
将步骤(2)中制备的混合料投入双螺杆挤出机进行挤出造粒。
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