CN108892877A - 一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料及其制备方法，本发明的电缆材料以聚苯乙烯为主料，添加聚吡咙改性氧化石墨烯、气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂作为辅料，制备得到的电缆材料具有高阻燃性，值得推广应用。

Description

一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电缆材料技术领域，具体地，涉及一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料及其制备方法。
背景技术
电缆的缓冲层大多由橡胶组成，现有的橡胶缓冲层仅仅能够起到缓冲作用，在意外起火的情况下，橡胶则会在高温下分解为可燃性低分子物质。可燃性低分子物质则会讯速地与氧气进行剧烈的氧化反应，氧化反应放出大量的热则会进一步促进橡胶的分解，同时氧化反应中的生成物如低分子醇、醛 也会与氧气进行氧化反应直至橡胶烧尽。而现有的电缆的阻燃性能不理想。
申请号为CN201510012623.5的中国专利，名称为“电缆用阻燃三元乙丙橡胶套及其制备方法”公开了一种电缆用阻燃三元乙丙橡胶套的制备方法，所述制备方法包括：a、将三元乙丙橡胶、气相法白炭黑、氯化石蜡、氢氧化铝、六溴环十 二烷、勃姆石和钼酸钠混炼制成母胶；b、将硫化剂和所述母胶混炼以进行第一次硫化处理；c、将第一次硫化后的所述母胶在烘箱中进行第二次硫化以制成电缆用 阻燃三元乙丙橡胶；d、将所述电缆用阻燃三元乙丙橡胶挤出成型制成电缆用阻燃三元乙丙 橡胶套。
该专利使得该电缆用阻燃三元乙丙橡胶套在燃烧的情况下能够讯速地分解出水、阻燃气体、在橡胶表面形成烧结快以及生成卤素自由基从而有效地阻止燃烧反应的进行。但阻燃效果依然有提高的空间。
申请号为CN201310301770.5的中国专利，名称为“一种环保高阻燃聚苯乙烯电缆材料及其制备方法”，该电缆绝缘材料包括：EVA共聚物60～90质量份；氮磷阻燃剂10～15质量份；相容剂2～7质量份；抗氧剂1～5质量份；交联剂1～5质量份；所述氮磷阻燃剂为表面经硅烷或钛酸酯活化后的氮磷阻燃剂。该发明采用表面经硅烷或钛酸酯活化后 的氮磷阻燃剂作为阻燃剂，制备交联聚烯烃电缆绝缘材料，由于活化后的氮 磷阻燃剂表面带有有机基团，因此能够在基体树脂中更加均匀的分散，从而 给产品带来良好的阻燃性能；同时由于避免了使用传统的有机卤化物阻燃剂， 而不会在产品中引入卤素元素，因此制备的交联聚烯烃电缆绝缘材料具有较 高的阻燃性能，同时不含卤素。但阻燃效果依然有提高的空间。
为了解决上述问题，本发明提供一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料及制备方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料及制备方法。
根据本发明提供的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯43-61份、聚吡咙改性氧化石墨烯5-11份、气相法白炭黑8-12份、纳米碳酸钙2-7份、协效阻燃剂1.8-2.5份、阻燃剂3.1-4.2份、抑烟剂2.1-2.8份、增塑剂1.3-1.8份。
本发明的电缆材料以聚苯乙烯为主料，添加聚吡咙改性氧化石墨烯、气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂作为辅料，制备得到的电缆材料具有高阻燃性，值得推广应用。
优选地，所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯43-51份、聚吡咙改性氧化石墨烯7-11份、气相法白炭黑8-14份、纳米碳酸钙3-7份、协效阻燃剂1.8-2.2份、阻燃剂3.1-4.1份、抑烟剂2.1-2.2份、增塑剂1.3-1.5份。
由上述配方制备的电缆材料的阻燃性较好，其中聚苯乙烯43-51份、聚吡咙改性氧化石墨烯7-11份、气相法白炭黑8-14份、协效阻燃剂1.8-2.2份、阻燃剂3.1-4.1份协同反应。
优选地，所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯45份、聚吡咙改性氧化石墨烯9份、气相法白炭黑11份、纳米碳酸钙4份、协效阻燃剂1.9份、阻燃剂3.5份、抑烟剂2.7份、增塑剂1.4份。
由上述配方制备的电缆材料的阻燃性好，其中聚苯乙烯45份、聚吡咙改性氧化石墨烯9份、气相法白炭黑11份、协效阻燃剂1.9份、阻燃剂3.5份协同反应。
优选地，所述聚吡咙改性氧化石墨烯由包含环氧型硅烷偶联剂、氨基封端聚吡咙预聚物以 及氧化石墨烯的原料制备得到。
聚吡咙改性氧化石墨烯的加入具有多重功能，既可以大幅提高电缆材料的机械性能，又可以通过刚性材料的加入提高其耐磨性，还可以明显地提高其阻燃性以及绝缘性能。
优选地，所述阻燃剂为水滑石。
水滑石是一类具有特殊结构的无机化合物M2+为二价离子，一般为镁，M3+为三价金属离子，An-为阴离子。于水滑石独特的层状结构及层板组成和层间阴离子的可调变性，作为无卤高抑烟阻燃剂，水滑石可提高电缆材料的阻燃性。
优选地，所述协效阻燃剂为固体的磷酸酯阻燃剂、硼酸锌、有机黏土的一种或多种的共混物。
优选地，所述增塑剂为工业白油、环烷油、石蜡油的一种或多种的混合物。
上述增塑剂环保、无毒、健康。
优选地，所述抑烟剂包括如下成分：沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛。
上述抑烟剂可以明显降低电缆材料烟气的挥发，改善电缆材料的耐久性。
优选地，所述沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛的质量比为2-3:5:7:2:4-5:3。
上述配比下的抑烟剂抑烟效果好，提高电缆材料的耐久性。
一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比称量称量聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯、气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂；
步骤二、聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到基础树脂，打开密炼机并预热至51-54℃，然后加入上述基础树脂进行密炼，密炼时间为5-9min，将温度升至82-89℃时密炼4-5min，之后加入气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂混炼46-55秒，再送至开炼机中薄通6-7次，投入螺杆挤出机中挤出即可，挤出温度为185-188℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，本发明的电缆材料以聚苯乙烯为主料，添加聚吡咙改性氧化石墨烯、气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂作为辅料，制备得到的电缆材料具有高阻燃性，值得推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯61份、聚吡咙改性氧化石墨烯5份、气相法白炭黑12份、纳米碳酸钙2份、协效阻燃剂2.5份、阻燃剂3.1份、抑烟剂2.8份、增塑剂1.3份。
作为优选方案，所述聚吡咙改性氧化石墨烯由包含环氧型硅烷偶联剂、氨基封端聚吡咙预聚物以 及氧化石墨烯的原料制备得到。
作为优选方案，所述阻燃剂为水滑石。
作为优选方案，所述协效阻燃剂为固体的磷酸酯阻燃剂、硼酸锌、有机黏土的一种或多种的共混物。
作为优选方案，所述增塑剂为工业白油、环烷油、石蜡油的一种或多种的混合物。
作为优选方案，所述抑烟剂包括如下成分：沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛。
作为优选方案，所述沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛的质量比为3:5:7:2:4:3。
一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比称量称量聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯、气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂；
步骤二、聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到基础树脂，打开密炼机并预热至54℃，然后加入上述基础树脂进行密炼，密炼时间为5min，将温度升至89℃时密炼4min，之后加入气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂混炼55秒，再送至开炼机中薄通6次，投入螺杆挤出机中挤出即可，挤出温度为188℃。
实施例2
本实施例提供的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯43份、聚吡咙改性氧化石墨烯11份、气相法白炭黑8份、纳米碳酸钙7份、协效阻燃剂1.8份、阻燃剂4.1份、抑烟剂2.1份、增塑剂1.5份。
作为优选方案，所述聚吡咙改性氧化石墨烯由包含环氧型硅烷偶联剂、氨基封端聚吡咙预聚物以 及氧化石墨烯的原料制备得到。
作为优选方案，所述阻燃剂为水滑石。
作为优选方案，所述协效阻燃剂为固体的磷酸酯阻燃剂、硼酸锌、有机黏土的一种或多种的共混物。
作为优选方案，所述增塑剂为工业白油、环烷油、石蜡油的一种或多种的混合物。
作为优选方案，所述抑烟剂包括如下成分：沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛。
作为优选方案，所述沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛的质量比为2:5:7:2:5:3。
一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比称量称量聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯、气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂；
步骤二、聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到基础树脂，打开密炼机并预热至51℃，然后加入上述基础树脂进行密炼，密炼时间为9min，将温度升至82℃时密炼5min，之后加入气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂混炼46秒，再送至开炼机中薄通7次，投入螺杆挤出机中挤出即可，挤出温度为185℃。
实施例3
本实施例提供的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯45份、聚吡咙改性氧化石墨烯9份、气相法白炭黑11份、纳米碳酸钙4份、协效阻燃剂1.9份、阻燃剂3.5份、抑烟剂2.7份、增塑剂1.4份。
作为优选方案，所述聚吡咙改性氧化石墨烯由包含环氧型硅烷偶联剂、氨基封端聚吡咙预聚物以 及氧化石墨烯的原料制备得到。
作为优选方案，所述阻燃剂为水滑石。
作为优选方案，所述协效阻燃剂为固体的磷酸酯阻燃剂、硼酸锌、有机黏土的一种或多种的共混物。
作为优选方案，所述增塑剂为工业白油、环烷油、石蜡油的一种或多种的混合物。
作为优选方案，所述抑烟剂包括如下成分：沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛。
作为优选方案，所述沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛的质量比为3:5:7:2:5:3。
一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比称量称量聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯、气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂；
步骤二、聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到基础树脂，打开密炼机并预热至53℃，然后加入上述基础树脂进行密炼，密炼时间为7min，将温度升至85℃时密炼5min，之后加入气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂混炼48秒，再送至开炼机中薄通6次，投入螺杆挤出机中挤出即可，挤出温度为186℃。
实施例4
实验测试：
按照实施例1、2、3的配方和制备方法制备电缆材料，作为实验例，同时按照申请号为CN201310301770.5的专利制备电缆材料作为对比例。测试自熄时间和极限氧指数参数，自熄性时间参数通过UL-94的方法测得，极限氧指数参数通过GB/T10707-89的方法测得。结果如下表
指标 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
自熄时间（S） 3 4 2 25
极限氧指数（%） 23 26 27 17
上表显示：
实施例1、2、3相对于对比例的自熄时间均减少，则说明本发明提供的电缆材料在较短时间内熄灭，阻燃性高。实施例3的自熄时间最少，说明实施例3的配方组成效果佳，特别是其中聚苯乙烯45份、聚吡咙改性氧化石墨烯9份、气相法白炭黑11份、协效阻燃剂1.9份、阻燃剂3.5份协同反应的协同作用减少了自熄时间提高了阻燃性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯43-61份、聚吡咙改性氧化石墨烯5-11份、气相法白炭黑8-12份、纳米碳酸钙2-7份、协效阻燃剂1.8-2.5份、阻燃剂3.1-4.2份、抑烟剂2.1-2.8份、增塑剂1.3-1.8份。
2.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯43-51份、聚吡咙改性氧化石墨烯7-11份、气相法白炭黑8-14份、纳米碳酸钙3-7份、协效阻燃剂1.8-2.2份、阻燃剂3.1-4.1份、抑烟剂2.1-2.2份、增塑剂1.3-1.5份。
3.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述的高阻燃聚苯乙烯电缆材料包括如下重量份数的原料：聚苯乙烯45份、聚吡咙改性氧化石墨烯9份、气相法白炭黑11份、纳米碳酸钙4份、协效阻燃剂1.9份、阻燃剂3.5份、抑烟剂2.7份、增塑剂1.4份。
4.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述聚吡咙改性氧化石墨烯由环氧型硅烷偶联剂、氨基封端聚吡咙预聚物以 及氧化石墨烯的原料制备得到。
5.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述阻燃剂为水滑石。
6.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述协效阻燃剂为固体的磷酸酯阻燃剂、硼酸锌、有机黏土的一种或多种的共混物。
7.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述增塑剂为工业白油、环烷油、石蜡油的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述抑烟剂包括如下成分：沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛。
9.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料，其特征在于：所述沸石、硅藻土、浮石、石墨、碳纳米管和二氧化钛的质量比为2-3:5:7:2:4-5:3。
10.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚苯乙烯电缆材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量比称量聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯、气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂；
步骤二、聚苯乙烯、聚吡咙改性氧化石墨烯置于单螺杆挤出机中共混，造粒得到基础树脂，打开密炼机并预热至51-54℃，然后加入上述基础树脂进行密炼，密炼时间为5-9min，将温度升至82-89℃时密炼4-5min，之后加入气相法白炭黑、纳米碳酸钙、协效阻燃剂、阻燃剂、抑烟剂、增塑剂混炼46-55秒，再送至开炼机中薄通6-7次，投入螺杆挤出机中挤出即可，挤出温度为185-188℃。
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