CN109422977B - 聚氯乙烯电缆复合材料及其制造方法、电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法和一种电缆。本发明聚氯乙烯电缆复合材料包括以下重量份数的组份：聚氯乙烯树脂100份、填充剂5‑30份、增塑剂30‑60份、稳定剂5‑15份、预交联改性剂10‑25份、阻燃剂5‑10份、着色剂1‑3份、交联剂5‑10份。本发明电缆包括本发明聚氯乙烯电缆材料。本发明实施例聚氯乙烯电缆复合材料同时具有优异的耐高温、耐低温性、耐油和环保无毒。其制备方法生成的聚氯乙烯电缆复合材料性能稳定，降低了成本。

Description

聚氯乙烯电缆复合材料及其制造方法、电缆

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法和含有聚氯乙烯电缆复合材料的电缆。

背景技术

目前，从公开的技术标准，聚氯乙烯电缆材料，在美国UL758/1581标准中最高耐温等级为105℃，而加速老化的条件是136℃/168小时加速恒温，中国GB8815标准中，最高耐温等级为90℃，其加速老化条件是135℃/240小时，欧洲VDE0218标准中，最高耐温等级为90℃，其加速老化条件是135℃/336小时。然而，耐温等级为125℃及以上耐温等级材料，基本都是使用交联聚乙烯材料，硅橡胶材料，氟材料等，但这些材料生产过程相对复杂，成本相对高昂，且难以回收使用。

传统的聚氯乙烯电缆材料，加工温度在140～180℃之间就可以成型。因此，其耐高温性不理想，如目前常用的聚氯乙烯电缆材料在超过180℃的高温后，很快就会熔化变形，不能持续工作，甚至导致严重的损失。因此，如何提高聚氯乙烯电缆材料的耐高温，而且保证聚氯乙烯电缆材料在高温条件下机械性能保持稳定一直是本领域期望得到解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法，以解决现有聚氯乙烯电缆复合材料耐高温性能差的技术问题。

本发明的另一目的是提供一种电缆，以解决现有聚氯乙烯电缆由于耐高温性能不理想而导致其使用受限的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种聚氯乙烯电缆复合材料。所述聚氯乙烯电缆复合材料包括以下重量份数的配方组份：

本发明另一方面，提供了一种聚氯乙烯电缆复合材料的制备方法。所述聚氯乙烯电缆复合材料的制备方法包括如下步骤：

按照本发明聚氯乙烯电缆复合材料所含的组分和各组分的含量分别称取各组分原料；

将称取的聚氯乙烯树脂、填充剂、稳定剂和阻燃剂以及预交联改性剂进行混料处理，获得第一混合物料；

将称取的增塑剂加入所述第一混合物料中，加热并进行混料处理，得到第二混合物料；

将所述第二混合物料进行熔融挤出。

本发明实施例又一方面，提供了一种电缆。所述电缆包括导体和用于包覆所述导体的绝缘层，所述绝缘层材料为本发明聚氯乙烯电缆复合材料或由本发明制备方法制备的聚氯乙烯电缆复合材料。

与现有的技术相比，本发明聚氯乙烯电缆复合材料以聚氯乙烯树脂为基体树脂，在所含的预交联改性剂、稳定剂和交联剂等添加剂的协同作用下，赋予本发明聚氯乙烯电缆复合材料优异的耐高温性能，同时具有耐高温老化性特性，而且还具有耐低温性(-40℃)，耐油，高绝缘性特性。而且，本发明聚氯乙烯电缆复合材料还具有后续经电子束辐照处理发生交联，改变所述聚氯乙烯电缆复合材料的分子结构，从而进一步提高所述聚氯乙烯电缆复合材料的耐高温、耐高温老化性，且耐低温性和耐油等特性。

本发明聚氯乙烯电缆复合材料的制备方法将分步将各组分原料按照比例进行混料处理，从而使得各组分能够混料均匀，在将混合物料进行熔融挤出塑炼处理过程中，使得添加剂之间产生增效作用对聚氯乙烯基体树脂进行改性，赋予本发明聚氯乙烯电缆复合材料优异的耐高温、耐高温老化性，且耐低温性和耐油等特性，环保无毒。而且制备的聚氯乙烯电缆复合材料能够经电子束辐照处理后，能够进一步发生交联，改变原有绝缘材料的分子结构，从而进一步提高聚氯乙烯电缆复合材料的耐高温、耐高温老化性等特性。另外，本发明制备方法工艺易控，使得生产的聚氯乙烯电缆复合材料性能稳定，相对同耐温等级的材料成本低廉。

本发明电缆由于采用本发明聚氯乙烯电缆复合材料作为绝缘层，因此，赋予本发明电缆优异的耐高温、耐低温性，高绝缘性，且耐油，环保无毒，而且成本低。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

一方面，本发明实施例提供一种聚氯乙烯电缆复合材料，包括以下重量份数的配方组份：

这样，该实施例的聚氯乙烯复合材料在高聚合度聚氯乙烯的基础上引入合适的填充剂、增塑剂、稳定剂、预交联改性剂、阻燃剂、着色剂、交联剂等助剂，使得该些助剂对聚氯乙烯作用和改性，赋予其具有耐高温和耐低温特性。

具体的，上述聚氯乙烯电缆复合材料所含的所述聚氯乙烯树脂作为基体树脂。在一实施例中，所述聚氯乙烯树脂的聚合度≥2500，也即是该聚氯乙烯树脂选用聚合度≥2500的聚氯乙烯树脂。选用聚合度≥2500的聚氯乙烯树脂为基体树脂，相对于目前传统的聚氯乙烯树脂如聚合度为1000或1300的聚氯乙烯树脂具有更好的耐热性能，更好的耐刮磨和机械性能。

上述聚氯乙烯电缆复合材料所含的所述填充剂能够起到增强作用，同时能够改善材料表面性能，并降低复合材料的成本，在一实施例中，所述填充剂包括重质碳酸钙和纳米级碳化钙；其中，所述重质碳酸钙与纳米级碳化钙的重量比为(5-15):(5-15)，具体的控制重质碳酸钙在上述聚氯乙烯电缆复合材料中的含量为5-15重量份，纳米级碳化钙上述聚氯乙烯电缆复合材料中的含量为5-15重量份。其中，重质碳酸钙为物理法生产超细碳酸钙粉(2800目)，纳米级碳化钙为化学法生产的纳米级碳酸钙。这样搭配使用在生产电线绝缘过程中使其外观更加光滑细腻，同时又避免全部使用纳米级碳酸钙产生彩色材料加工中容易黄变的问题。

上述聚氯乙烯电缆复合材料所含的所述增塑剂能够在其他添加剂的协同作用下，提供本发明实施例复合材料的耐油性能、耐低温性能、耐高温性能等性能。在一实施例中，所述增塑剂选W-797-ZH、C810、UN380中的至少一种。在具体实施例中，所选用的W-797-ZH为日本DIC公司生产的W-797-ZH，所选用的C810为日本ADK公司生产的C810，所选用的UN380为台湾联成公司生产的UN380。所选用的该些增塑剂在其他添加剂的协同作用下赋予本发明实施例聚氯乙烯电缆复合材料优良的耐油性能，耐低温性能，耐高温性能。

上述聚氯乙烯电缆复合材料所含的所述稳定剂能够在其他添加剂的协同作用下，提供本发明实施例复合材料的抗老化和热稳定性等性能。在一实施例中，所述稳定剂选钙-锌体系稳定剂，如RUP-110C、熊牌A290等。在具体施例中，所述RUP-110C可选用日本ADK公司生产的环保无毒钙-锌体系的高性能稳定剂环保RUP-110C。

上述聚氯乙烯电缆复合材料所含的预交联改性剂能够与所含的交联剂组分协同作用，使得聚氯乙烯树脂基料发生联反应，从而增强上述聚氯乙烯电缆复合材料抗老化和耐高温如短时间耐超高温性特性。在一实施例中，所述预交联改性剂为P95。该P95为预交联的共聚物，由丙烯酸丁酯、苯乙烯和丙烯晴构成，含有功能性羟基基团，能够增强上述聚氯乙烯树脂与上述聚氯乙烯电缆复合材料所含的其他助剂之间的相容性，改善聚氯乙烯树脂粉难加工成型的问题，从而改善上述聚氯乙烯电缆复合材料抗老化性能、耐温性(短时间耐超高温性)、加工性和外观性能，使表面更加光滑细腻。

上述聚氯乙烯电缆复合材料所含的交联剂具有如上述与预交联改性剂之间的协同作用之外，能够改善上述聚氯乙烯电缆复合材料的耐腐蚀性能和耐老化性能，提高其硬度和耐热性。而且还能使得聚氯乙烯电缆复合材料在形成后，如在电缆成形后经电子束辐照处理，能够进一步发生交联，改变原有电缆绝缘层的分子结构，从而进一步提高聚氯乙烯电缆复合材料绝缘层的耐高温、耐高温老化性，且耐低温性和耐油等特性。一实施例中，交联剂可以但不仅仅为TMPTMA，该TMPTMA能够提高上述聚氯乙烯电缆复合材料的耐腐蚀性能和耐老化性能，提高其硬度和耐热性同时，能够降低减少辐射剂量，缩短辐射时间，提高交联密度。

上述聚氯乙烯电缆复合材料所含的阻燃剂赋予聚氯乙烯电缆复合材料的阻燃特性，一实施例中，所述阻燃剂选用三氧化二锑、氢氧化镁中的至少一种。其中，所选用的三氧化二锑在燃烧初期，首先是熔融，在材料表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应，降低燃烧温度，并且在高温状态下三氧化二锑被气化，稀释了空气中氧浓度，从而起到阻燃作用，同时环保。

对于本发明实施例，所含的着色剂可以根据实际生产的需要灵活选用，优选选用耐高温色素，以保证高温环境中颜色的稳定性。如可选择色粉，使得聚氯乙烯电缆复合材料具有耐高温有机环保颜料。

因此，本发明实施例聚氯乙烯电缆复合材料选用助剂对聚氯乙烯树脂基体树脂进行改性，从而赋予上述聚氯乙烯电缆复合材料同时具有优异的耐高温特性，在高温条件下，能够保持良好的机械性能。同时具有耐低温和耐油，高绝缘性特性。

另一方面，本发明实施例提供了上述实施例中聚氯乙烯电缆复合材料的一种制备方法。在一实施例中，所述聚氯乙烯电缆复合材料制备方法包括如下步骤：

步骤S01：按照上文本发明实施例聚氯乙烯电缆复合材料所含的组分和各组分的含量分别称取各组分原料；

步骤S02：将称取的聚氯乙烯树脂、填充剂、稳定剂、交联剂和阻燃剂以及预交联改性剂进行混料处理，获得第一混合物料；

步骤S03：将称取的增塑剂加入所述第一混合物料中，加热并进行混料处理，得到第二混合物料；

步骤S04：将所述第二混合物料进行熔融挤出。

其中，上述步骤S01中称取的各组分的含量和所选用的成分均如上文本发明实施例聚氯乙烯电缆复合材料中所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02中混料处理是为了使得聚氯乙烯树脂、填充剂、稳定剂、交联剂和阻燃剂以及预交联改性剂等能够混合均匀，形成高度分散的混合物料，以保证制备的聚氯乙烯电缆复合材料性能稳定。其中，该混料处理只要是能够使得各组分混合均匀即可，如可以采用搅拌混合处理，在具体实施例中，设置搅拌速率低于1000转/分钟的低速进行搅拌混合处理直至各组分混合均匀，如搅拌5分钟。

上述步骤S03中，增塑剂与第一混合物料混料处理，是使得增塑剂能够均匀分散在第一混合物料中。一实施例中，称取的所述增塑剂加入所述第一混合物料中进行加热并进行混料处理的方法如下：

将称取的增塑剂分成两部分，一部分加入所述与第一混合物料中，在50℃-70℃下进行混料处理，后加入剩余部分的增塑剂，在保持加热的前提下再次进行混料处理，待混合物料升温至105℃-115℃后继续保持混料处理一段时间。

其中，在50℃-70℃下进行混料处理是为了增加增塑剂的流动性，从而提高其与其他组分混合效果提高其他组分对其吸收性。一实施例中一部分加入所述与第一混合物料中时，该部分增塑剂占总增塑剂的70％，则另一份转总增塑剂的30％。也即是将该70％的该份增塑剂与第一混合物料混料处理，优选的是将70％的增塑剂分若干批次逐步加入第一混合物料进行混料处理。

在50℃-70℃下进行混料处理只要是能够使得两者能够充分混合均匀均可，如采用搅拌处理。在一实施例中，50℃-70℃下进行混料处理是分阶段混料处理，如先低速搅拌混合，混合5～8分钟后，进行高速混合5～8分钟。其中低速搅拌的转速为小于1000转/分钟，高速搅拌的转速为大于3000转/分钟。该分阶段进行混料处理，能够使得各组分充分混合均匀。

待混合物料升温至105℃-115℃后继续保持混料处理依然是为了使得增塑剂能够在混合物料中均匀分散，并被吸收。如在采用低速搅拌混合，如混合2～3分钟分钟。其中低速搅拌的转速为小于1000转/分钟。

上述步骤S04中，将第二混合物料进行熔融挤出过程中，各组分在高压高温的环境对基体树脂发生作用，进行塑化，从而形成本发明上述聚氯乙烯电缆复合材料。在一实施例中，所述熔融挤出的温度为160℃-200℃。该温度使得各组分在熔融状态下充分混合均匀且充分作用，使得塑化后形成的聚氯乙烯电缆复合材料性能更优，且更稳定。

在具体实施例中，该熔融挤出可以采用但不仅仅采用双螺杆挤出机来实现。

待熔融挤出塑化处理后，还可以包括对塑化处理后的复合材料进行切粒冷却等后续步骤。

因此，本发明实施例聚氯乙烯电缆复合材料的制备方法将配方组分进行混料处理，优选的是先分批次的将增塑剂与高聚合度的聚氯乙烯树脂进行混料处理，使得从而使得增塑剂其他组分混合均匀，赋予上述聚氯乙烯电缆复合材料优异的耐高温、耐高温老化性，且耐低温性和耐油等特性，环保无毒以及相应的机械性能。另外，本发明制备方法工艺易控，使得生产的聚氯乙烯电缆复合材料性能稳定，相对同耐温等级的材料成本低廉。

又一方面，基于上文所述的聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法的基础上，本发明实施例还提供了一种电缆。所述电缆的结构可以是现有电缆的常规结构，也可以是在现有电缆结构的基础上进行改进后的结构，在一实施例中，该电缆包括导体和用于包覆所述导体的绝缘层，其中，所述绝缘层材料为上文所述的聚氯乙烯电缆复合材料或上文所述的制备方法制备的聚氯乙烯电缆复合材料。

以下结合具体实施例对上述聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法进行详细阐述。

实施例1

本实施例提供了一种聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法。其中，所述聚氯乙烯电缆复合材料包括下述重量份数的组分：

聚氯乙烯树脂(聚合度2500)：100份，

填充剂I(重质碳酸钙2800)：8份，

填充剂II(纳米碳酸钙CCR)：8份

高温增塑剂(W-797-ZH)：45份，

环保稳定剂(RUP-110C)：6份，

预交联改性剂(P95)：15份，

环保阻燃剂(三氧化二锑)：6份

着色剂：2份

交联剂(TMPTMA)：7

该聚氯乙烯电缆复合材料的制备方法如下：

S11.按照本实施例聚氯乙烯所含的组分分别称取相对应的重量分数；

S12.将聚氯乙烯树脂加入搅拌混料机中，然后添加填充剂、稳定剂、阻燃剂、预交联改性剂和交联剂，低速(转速低于1000转/分钟)搅拌5分钟，使预交联改性剂与各类粉体充分混合；

S13.向步骤S12中添加增塑剂总量的70％，在环境温度低于30℃时，需要对增塑剂进行加热处理，加热温度为60±10℃，加入剩余的增塑剂，先低速搅拌混合，混合5～8分钟后，进行高速混合5～8分钟；混料温度达到110℃±5后，然后再低速混合2～3分钟；

S14.将混合均匀的物料加入双螺杆造粒机中，在160℃-200℃下进行塑化，最后切粒冷却，得到成品。

实施例2

本实施例提供了一种聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法。其中，所述聚氯乙烯电缆复合材料包括下述重量份数的组分：

聚氯乙烯树脂(聚合度2500)：100份，

填充剂I(重质碳酸钙2800)：15份，

填充剂II(纳米碳酸钙CCR)：15份

高温增塑剂(UN-380)：60份，

环保稳定剂(RUP-110C)：15份，

预交联改性剂(P95)：15份，

环保阻燃剂(三氧化二锑)：10份

着色剂：3份

交联剂(TMPTMA)：10

实施例3

聚氯乙烯树脂(聚合度2500)：100份，

填充剂I(重质碳酸钙2800)：5份，

填充剂II(纳米碳酸钙CCR)：5份

高温增塑剂(C810)：30份，

环保稳定剂(RUP-110C)：5份，

预交联改性剂(P95)：10份，

环保阻燃剂(三氧化二锑)：5份

着色剂：1份

交联剂(TMPTMA)：5

对比例1

本对比例提供了一种聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法。其中，所述聚氯乙烯电缆复合材料包括下述重量份数的组分：

聚氯乙烯树脂(聚合度1300)：100份

填充剂I(重质碳酸钙2800)：8份

填充剂II(纳米碳酸钙CCR)：8份

增塑剂TOTM：45份

环保稳定剂：6份

环保阻燃剂(三氧化二锑)：6份

着色剂：2份

交联剂(TMPTMA)：7份。

其制备方法参照实施例1的制备方法。

对比例2

本对比例提供了一种聚氯乙烯电缆复合材料及其制备方法。其中，所述聚氯乙烯电缆复合材料包括下述重量份数的组分：

聚氯乙烯树脂(聚合度1300)：100份，

填充剂I(重质碳酸钙2800)：15份，

填充剂II(纳米碳酸钙CCR)：15份

高温增塑剂(TOTM)：60份，

环保稳定剂(RUP-110C)：15份，

环保阻燃剂(三氧化二锑)：10份

着色剂：3份

交联剂(TMPTMA)：10

其制备方法参照实施例1的制备方法。

对比例3

聚氯乙烯树脂(聚合度1300)：100份，

填充剂I(重质碳酸钙2800)：5份，

填充剂II(纳米碳酸钙CCR)：5份

高温增塑剂(TOTM)：30份，

环保稳定剂(RUP-110C)：5份，

环保阻燃剂(三氧化二锑)：5份

着色剂：1份

交联剂(TMPTMA)：5

相应性能的测试

将上述实施例1至实施例3和对比例提供聚氯乙烯电缆复合材料进行如下表1中辐照、耐油和耐高温老化实验测试，其中，实施例1和对比例1测试数据具体数据见下表1所示：

表1聚氯乙烯老化性能

注：老化条件I：老化条件150±1℃，240小时，恒温，辐照剂量为10M拉德；老化条件II：标准902#实验用油，60±1℃，168h恒温；热过载实验条件是200℃2小时恒温。

通过表1中实验数据对比可知，实施例提供的聚氯乙烯电缆复合材料各项性能具有很大提升，在耐老化，耐油性能方面，还有耐低温方面提升非常明显。经材料辐照后交联度得到大幅度提升达到70％以上，极大提高了材料的老化性能，通过热过载实验对比表明，耐高温性能提升非常明显。另外，按照表1中老化测试条件分别对实施例2、3和对比例2、3老化性能测试，测试结果得知，实施例2与对比例2、实施例3与对比例3测试对结果均匀实施例1与对比例1老化性能测试结果趋同。因此，本发明实施例聚氯乙烯电缆复合材料性能稳定。

以上是对本发明所提供的聚氯乙烯电缆材料复合材料及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种聚氯乙烯电缆复合材料，其特征在于，由以下重量份数的组份于160℃-200℃下经塑化形成：

聚合度2500的聚氯乙烯树脂：100份，

2800目的重质碳酸钙填充剂I：8份，

纳米碳酸钙CCR填充剂II：8份，

W-797-ZH高温增塑剂：45份，

RUP-110C环保稳定剂：6份，

P95预交联改性剂：15份，

三氧化二锑环保阻燃剂：6份，

着色剂：2份，

TMPTMA交联剂：7。

2.一种如权利要求1所述的聚氯乙烯电缆复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S11. 按照聚氯乙烯电缆复合材料所含的组分和各组分的含量分别称取各组分原料；

S12. 将聚氯乙烯树脂加入搅拌混料机中，然后添加填充剂、稳定剂、阻燃剂、预交联改性剂和交联剂，转速低于1000转/分钟的低速搅拌5分钟，使预交联改性剂与各类粉体充分混合；

S13. 向步骤S12中添加增塑剂总量的70%，在环境温度低于30℃时，需要对增塑剂进行加热处理，加热温度为60±10℃，加入剩余的增塑剂，先低速搅拌混合，混合5~8分钟后，进行高速混合5~8分钟；混料温度达到110℃±5后，然后再低速混合2~3分钟；

S14. 将混合均匀的物料加入双螺杆造粒机中，在160℃-200℃下进行塑化，最后切粒冷却，得到成品。

3.一种电缆，包括导体和用于包覆所述导体的绝缘层，其特征在于：所述绝缘层材料为权利要求1所述的聚氯乙烯电缆复合材料或由权利要求2所述的制备方法制备的聚氯乙烯电缆复合材料。