CN109320801A - 一种高阻燃电缆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻燃电缆材料及其制备方法，其原料包括以下组分：丁腈橡胶、天然橡胶、氟硅橡胶、凹凸棒土、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、甲基丙烯酸锌、改性聚磷酸铵、双季戊四醇、氢氧化铝、水滑石、聚乙烯接枝马来酸酐、聚二甲基硅氧烷、过氧化苯甲酰、2,5‑二甲基‑2,5‑二叔丁基过氧化己烷、木质素、丙烯酸酯橡胶、促进剂、增塑剂、防老剂、改性氧化石墨烯。本发明提供的高阻燃电缆材料环保、阻燃性好、强度高、耐酸碱、耐磨、尺寸稳定性好、降低冲击声能力强、防滑，用其制作的电缆使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于电缆材料技术领域，具体涉及一种高阻燃电缆材料及其制备方法。
背景技术
电缆通常是由几根或几组导线(每组至少两根)绞合而成的，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电线电缆主要包括裸线、电磁线及电机电器用绝缘电线、电力电缆、通信电缆与光缆。电线电缆是指用于电力、通信及相关传输用途的材料。“电线”和“电缆”并没有严格的界限。通常将芯数少、产品直径小、结构简单的产品称为电线，没有绝缘的称为裸电线，其他的称为电缆。
中国经济持续快速的增长，使线缆产品产生了巨大的市场空间，中国市场强烈的诱惑力，使得世界都把目光聚焦于中国市场，在改革开放短短的几十年，中国线缆制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大，对电线电缆的需求也将迅速增长，未来电线电缆业还有巨大的发展潜力。
随着经济的迅速发展，电线电缆在各个行业领域中都得到广泛的应用。随着电气火灾事故的频繁发生，电线电缆的阻燃问题逐渐引起世界各国的重视。电缆燃烧时释放出大量有毒烟雾和腐蚀性气体，妨碍了人们的安全撤离和灭火工作，使生命财产遭到严重损失。目前使用的聚乙烯阻燃性差，在制作电线电缆时容易引起火灾。
阻燃电缆材料是一种具有阻燃性能的电缆材料，目前常用的阻燃电缆料是塑料阻燃电缆料，如聚乙烯护套电缆料、聚氟乙烯护套电缆料、聚氯乙烯护套电缆料等等。上述电缆材料或多或少的存在环保性能较差、阻燃性能不佳等问题，且这些电缆其力学性能不够优良，在使用的过程中容易老化破损，使用寿命较短，不适合露天环境下使用。因此，亟需一种高阻燃电缆材料解决现有电缆材料的存在的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有的电缆材料存在的环保效果不佳、阻燃性能较差、强度偏低、耐酸碱耐磨性能较差以及使用寿命较短的缺陷，而提供了一种高阻燃电缆材料及其制备方法。本发明所提供的高阻燃电缆材料环保、使用寿命及各种理化性能良好。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供了一种高阻燃电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：丁腈橡胶63-85份、天然橡胶10-25份、氟硅橡胶5-12份、凹凸棒土20-45份、纳米碳酸钙10-35份、纳米氧化锌10-25份、甲基丙烯酸锌5-20份、改性聚磷酸铵30-45份、双季戊四醇20-50份、氢氧化铝15-20份、水滑石3-10份、聚乙烯接枝马来酸酐3-6份、聚二甲基硅氧烷10-19份、过氧化苯甲酰1.8-3.5份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷1.5-2.3份、木质素8-17份、丙烯酸酯橡胶3-7份、促进剂2-3.5份、增塑剂1.5-4份、防老剂3-6份、改性氧化石墨烯2-4份。
本发明中，丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的,分子量为100000～1000000。所述的丁腈橡胶较佳地为改性丁腈橡胶，更佳地，所述的改性丁腈橡胶为氢化丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、环氧化丁腈橡胶中的一种或者多种的组合；其中，所述的丁腈橡胶的制备原料中丙烯腈的含量较佳地为20-30％。
本发明中，所述的天然橡胶的分子量为100000～1000000。
本发明中，所述的氟硅橡胶的分子量为100000～1000000。
本发明中，所述的丙烯酸酯橡胶的分子量为100000～1000000。
本发明中，所述的改性聚磷酸铵较佳地按照以下工艺进行制备：
(1)按重量份将30-50份乙醇和20-40份聚磷酸铵混合后，搅拌加热至65-75℃，加入1.2-2.5份含双键的硅烷偶联剂，在搅拌条件下反应45-65min后进行过滤、洗涤、烘干，得到中间物；
(2)将1-3份腰果壳油与0.2-0.8份乳化剂混合后加热至45-56℃，在搅拌条件下反应10-35min后加入到20-45份乙醇中，搅拌加入步骤(1)得到的中间物，升温至140-155℃，加入0.3-1份过硫酸铵，搅拌条件下反应5-7h，经过滤、洗涤、干燥得到所述的改性聚磷酸铵。
本发明中，所述的聚乙烯接枝马来酸酐是通过化学反应在聚乙烯分子链上接技数个马来酸酐分子，本发明所述的聚乙烯接枝马来酸酐是既具有聚乙烯的良好加工性和其它优异性能，又具有马来酸酐极性分子的聚合物。
本发明中，所述的聚二甲基硅氧烷为本领域常规物质，也称为二甲基硅油，是一种疏水类的有机硅物料，具有耐热性、耐寒性、黏度随温度变化小、防水性、表面张力小、具有导热性，导热系数为0.134～0.159W/M*K，透光性为透光率100％，二甲基硅油无毒无味，具有生理惰性、良好的化学稳定性，电绝缘性和耐候性、疏水性好，并具有很高的抗剪切能力，在-50℃～200℃下能够长期使用，具有优良的物理特性。所述的聚二甲基硅氧烷的分子量较佳地为5000～50000。
本发明中，所述的含双建的硅烷偶联剂为本领域常规物质，较佳地为硅烷偶联剂KH-570、KH-172、KH-171、KH-151中的一种或者多种的组合。
本发明中，所述的促进剂为本领域常规物质，较佳地为促进剂TMTD、促进剂DM、促进剂E、促进剂DBX、促进剂CZ中的一种或者多种的组合。
本发明中，所述的增塑剂为本领域常规物质，较佳地为邻苯二甲酸二异十三酯、偏苯三酸三辛酯、已二酸二锌酯、邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二丁酯、环氧大豆油、三乙二醇二异辛酸酯中的一种或者多种的组合。
本发明中，所述的防老剂为本领域常规物质，较佳地为防老剂4010NA、防老剂AW、防老剂RD中的一种或者多种的组合。
本发明中，所述的改性氧化石墨烯为聚苯醚改性氧化石墨烯，其中，所述的聚苯醚氧化石墨烯通过如下步骤制备：
(1)聚苯醚的制备：将在非水溶性的聚合溶剂和催化剂存在下经聚合得到的聚苯醚溶液与一种螯合剂水溶液接触，终止聚合反应的进行并使催化剂失活；接着加入一种水溶性的难溶聚苯醚的溶剂，使聚苯醚沉淀析出，并分离回收所沉淀的聚苯醚；
(2)聚苯醚改性氧化石墨烯的制备：将步骤(1)所得的聚苯醚与氧化石墨烯缩合，即可。
本发明还提供了一种上述高阻燃电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照原料组份及其质量份数称取原料；
(2)将称取的原料先置于高速搅拌机中进行混合搅拌4-10min，再经过双螺杆挤出机进行两次挤出造粒，所述的双螺杆挤出机的温度为100-150℃；
(3)将造粒后的粒料在开炼机上塑化、出片，得到片料，所述的开炼机的温度为100-120℃；
(4)将获得的片料置于液压机中先不加压预热5-10min，再加压加热5-25min，然后保压冷却至室温，即可，所述的加热的温度为155-170℃，所述的加压的压强不小于15MPa。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的高阻燃电缆材料环保、阻燃性好、强度高、耐酸碱、耐磨、尺寸稳定性好、降低冲击声能力强、防滑，用其制作的电缆使用寿命长。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
一种高阻燃电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：丁腈橡胶70份、天然橡胶15份、氟硅橡胶88份、凹凸棒土30份、纳米碳酸钙20份、纳米氧化锌15份、甲基丙烯酸锌12份、改性聚磷酸铵36份、双季戊四醇35份、氢氧化铝17份、水滑石7份、聚乙烯接枝马来酸酐5份、聚二甲基硅氧烷14份、过氧化苯甲酰2.5份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷1.9份、木质素12份、丙烯酸酯橡胶5份、促进剂2.8份、增塑剂3.1份、防老剂5份、改性氧化石墨烯2份。
所述的高阻燃电缆材料通过如下步骤制得：
(1)按照原料组份及其质量份数称取原料；
(2)将称取的原料先置于高速搅拌机中进行混合搅拌5min，再经过双螺杆挤出机进行两次挤出造粒，所述的双螺杆挤出机的温度为120℃；
(3)将造粒后的粒料在开炼机上塑化、出片，得到片料，所述的开炼机的温度为110℃；
(4)将获得的片料置于液压机中先不加压预热8min，再加压加热17min，然后保压冷却至室温，加热温度为165℃，所述的加压的压强为17MPa，即可。
将上述所得组分的高阻燃电缆材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧，测得氧指数为33，属于阻燃性能优良的电缆材料。
实施例2
一种高阻燃电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：丁腈橡胶66份、天然橡胶22份、氟硅橡胶7份、凹凸棒土28份、纳米碳酸钙17份、纳米氧化锌16份、甲基丙烯酸锌14份、改性聚磷酸铵39份、双季戊四醇33份、氢氧化铝17份、水滑石6份、聚乙烯接枝马来酸酐5份、聚二甲基硅氧烷14份、过氧化苯甲酰2.8份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷1.8份、木质素12份、丙烯酸酯橡胶6份、促进剂2.2份、增塑剂2.9份、防老剂4份、改性氧化石墨烯3份。
制备方法同实施例1。
将上述所得组分的高阻燃电缆材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧，测得氧指数为32.8，属于阻燃性能优良的电缆材料。
实施例3
一种高阻燃电缆材料，其原料按重量份包括以下组分：丁腈橡胶70份、天然橡胶17份、氟硅橡胶10份、凹凸棒土40份、纳米碳酸钙19份、纳米氧化锌17份、甲基丙烯酸锌11份、改性聚磷酸铵38份、双季戊四醇33份、氢氧化铝17份、水滑石8份、聚乙烯接枝马来酸酐4份、聚二甲基硅氧烷16份、过氧化苯甲酰3.1份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷2.0份、木质素11份、丙烯酸酯橡胶6份、促进剂3.1份、增塑剂3.3份、防老剂4份、改性氧化石墨烯4份。
制备方法同实施例1。
将上述所得组分的高阻燃电缆材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧，测得氧指数为33.6，属于阻燃性能优良的电缆材料。
Claims (10)
1.一种高阻燃电缆材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：丁腈橡胶63-85份、天然橡胶10-25份、氟硅橡胶5-12份、凹凸棒土20-45份、纳米碳酸钙10-35份、纳米氧化锌10-25份、甲基丙烯酸锌5-20份、改性聚磷酸铵30-45份、双季戊四醇20-50份、氢氧化铝15-20份、水滑石3-10份、聚乙烯接枝马来酸酐3-6份、聚二甲基硅氧烷10-19份、过氧化苯甲酰1.8-3.5份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷1.5-2.3份、木质素8-17份、丙烯酸酯橡胶3-7份、促进剂2-3.5份、增塑剂1.5-4份、防老剂3-6份、改性氧化石墨烯2-4份。
2.如权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：丁腈橡胶70份、天然橡胶15份、氟硅橡胶88份、凹凸棒土30份、纳米碳酸钙20份、纳米氧化锌15份、甲基丙烯酸锌12份、改性聚磷酸铵36份、双季戊四醇35份、氢氧化铝17份、水滑石7份、聚乙烯接枝马来酸酐5份、聚二甲基硅氧烷14份、过氧化苯甲酰2.5份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷1.9份、木质素12份、丙烯酸酯橡胶5份、促进剂2.8份、增塑剂3.1份、防老剂5份、改性氧化石墨烯2份。
3.如权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：丁腈橡胶66份、天然橡胶22份、氟硅橡胶7份、凹凸棒土28份、纳米碳酸钙17份、纳米氧化锌16份、甲基丙烯酸锌14份、改性聚磷酸铵39份、双季戊四醇33份、氢氧化铝17份、水滑石6份、聚乙烯接枝马来酸酐5份、聚二甲基硅氧烷14份、过氧化苯甲酰2.8份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷1.8份、木质素12份、丙烯酸酯橡胶6份、促进剂2.2份、增塑剂2.9份、防老剂4份、改性氧化石墨烯3份。
4.如权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：丁腈橡胶70份、天然橡胶17份、氟硅橡胶10份、凹凸棒土40份、纳米碳酸钙19份、纳米氧化锌17份、甲基丙烯酸锌11份、改性聚磷酸铵38份、双季戊四醇33份、氢氧化铝17份、水滑石8份、聚乙烯接枝马来酸酐4份、聚二甲基硅氧烷16份、过氧化苯甲酰3.1份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷2.0份、木质素11份、丙烯酸酯橡胶6份、促进剂3.1份、增塑剂3.3份、防老剂4份、改性氧化石墨烯4份。
5.如权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，所述的丁腈橡胶为改性丁腈橡胶；
和/或，所述的丁腈橡胶的分子量为100000～1000000；
和/或，所述的丁腈橡胶的制备原料中丙烯腈的含量为20-30％，百分比为质量百分比。
6.如权利要求5所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，所述的改性丁腈橡胶为氢化丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶和环氧化丁腈橡胶中的一种或者多种的组合。
7.如权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，所述的改性聚磷酸铵按照以下工艺进行制备：
(1)按重量份将30-50份乙醇和20-40份聚磷酸铵混合后，搅拌加热至65-75℃，加入1.2-2.5份含双键的硅烷偶联剂，在搅拌条件下反应45-65min后进行过滤、洗涤、烘干，得到中间物；
(2)将1-3份腰果壳油与0.2-0.8份乳化剂混合后加热至45-56℃，在搅拌条件下反应10-35min后加入到20-45份乙醇中，搅拌加入步骤(1)得到的中间物，升温至140-155℃，加入0.3-1份过硫酸铵，搅拌条件下反应5-7h，经过滤、洗涤、干燥得到所述的改性聚磷酸铵。
8.如权利要求7所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，所述的含双建的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570、KH-172、KH-171、KH-151中的一种或者多种的组合。
9.如权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，所述的促进剂为促进剂TMTD、促进剂DM、促进剂E、促进剂DBX、促进剂CZ中的一种或者多种的组合；
和/或，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二异十三酯、偏苯三酸三辛酯、已二酸二锌酯、邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二丁酯、环氧大豆油、三乙二醇二异辛酸酯中的一种或者多种的组合；
和/或，所述的防老剂为防老剂4010NA、防老剂AW、防老剂RD中的一种或者多种的组合；
和/或，所述的改性氧化石墨烯为聚苯醚改性氧化石墨烯。
10.如权利要求1-9任一项所述的高阻燃电缆材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)按照原料组份及其质量份数称取原料；
(2)将称取的原料先置于高速搅拌机中进行混合搅拌4-10min，再经过双螺杆挤出机进行两次挤出造粒，所述的双螺杆挤出机的温度为100-150℃；
(3)将造粒后的粒料在开炼机上塑化、出片，得到片料，所述的开炼机的温度为100-120℃；
(4)将获得的片料置于液压机中先预热5-10min，预热过程不加压，再加压加热5-25min，然后保压冷却至室温，即可；所述的加热的温度为155-170℃，所述的加压的压强不小于15MPa。
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|---|---|---|---|---|
| CN112898648A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-04 | 芜湖风雪橡胶有限公司 | 一种阻燃橡胶组合物及其制备方法 |
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| CN106280475A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 安徽蓝德集团股份有限公司 | 一种石墨烯改性硅橡胶电缆护套材料 |
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