CN109553846A - 长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料及制法 - Google Patents

长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料及制法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，所述电缆料包括如下重量份数的组份：聚烯烃树脂45～90份、马来酸酐接枝聚烯烃树脂10～55份、阻燃剂120～180份、抗氧剂0.5～3份、润滑剂1～4份、硅烷0.3～2份、硅橡胶0.3～3份、交联敏化剂1～5份。与现有技术相比，本发明工艺合理，克服了现有辐照交联低烟无卤阻燃电缆料阻燃性能差、寿命短的缺点，采用有机阻燃剂与无机阻燃剂复配协效技术，配合高效抗氧剂体系，在聚烯烃树脂原优良性能基础上，制成电线交联后具备导体在平均工作温度为70℃下使用70年的长寿命。

Description

长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料及制法
技术领域
本发明涉及电线电缆材料技术领域，尤其涉及一种长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，可广泛应用于光伏、核电、船舶、电子电气、建筑工程等领域。
背景技术
随着科技的发展和人们对环保要求的提高，很多国家都出台法律法规来限制含卤类阻燃剂在电线电缆材料中的使用，无卤电缆料正在逐步取代含卤类电缆料，辐照交联低烟无卤阻燃电缆料在电线电缆上的应用日益增多，现已逐步应用于光伏电缆、布电线、核电站电缆、机车车辆用电缆、汽车电线及电器装备用线缆等领域中。
我国对建筑设计要求使用年限为70年，因此对建筑用线的阻燃及使用寿命也提出了更高的要求，2014年国内住建部推出了新的行业标准(JG/T 441-2014)，要求电线电缆的使用寿命不应小于70年，这就对电缆料在高温下的长寿命提出了更高的要求。
目前，辐照交联低烟无卤阻燃电缆料主要采用聚烯烃基材添加无机阻燃材料和受阻酚类抗氧剂的复合体系，无机阻燃材料主要是氢氧化铝或氢氧化镁，但由于氢氧化铝或氢氧化镁的阻燃效率低，材料自熄效果差，用其生产的电线很难通过单根垂直燃烧及A类成束燃烧实验，其所使用的配方体系也无法满足平均工作温度为70℃下使用70年的长寿命要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料及制法，以克服现有技术存在的缺陷。
所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，包括如下重量份数的组份：
所述的聚烯烃树脂为聚乙烯、三元乙丙胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物中的一种以上。
所述的马来酸酐接枝聚烯烃树脂为以下物质中的一种以上：马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。
所述的阻燃剂为以下物质中的一种以上：氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑、高岭土、三聚氰胺氰尿酸盐、硼酸三聚氰胺。
所述的抗氧剂为以下物质中的一种以上：四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、N，N’-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、2，6-对二叔丁基对甲酚、2，2’-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯、2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉聚合物。
所述的润滑剂为以下物质中的一种以上：硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺。
所述的硅烷为以下物质中的一种以上：乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷。
所述的硅橡胶为甲基硅橡胶或甲基乙烯基硅橡胶。
所述的交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯或1，1，1-三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
所述的异氰尿酸三烯丙酯，可采用商业化产品，如上海方锐达化学品有限公司牌号为TAIC的产品；
所述的1，1，1-三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，可采用商业化产品，如合肥安邦化工有限公司牌号为TMPTMA的产品；
所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，包括以下步骤；
A、将阻燃剂与硅橡胶在混合机中以800～900r/min的转速搅拌升温至80～90℃；
B、再加入聚烯烃树脂、马来酸酐接枝聚烯烃树脂、抗氧剂、润滑剂、硅烷和交联敏化剂，在混合机中以300～400r/min的转速混合4～6分钟后出料；
C、将步骤B的混合物放入密炼机中混炼，混炼至料温为150℃～160℃时出料；
D、然后送入双阶造粒机组的锥双喂料斗，通过双阶造粒机组造粒；
E、最后干燥、冷却，即可获得所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃电缆料。
所述的双阶造粒机组上阶为有温控装置的混炼型双螺杆挤出机，下阶为有温控装置的单螺杆挤出机，根据单双螺杆的长径比不同，可以有多个不同分区。
所述的混炼型双螺杆挤出机的各段温度依次为：一区110℃～120℃，二区120℃～130℃，三区130℃～140℃，四区140℃～150℃，五区150℃～160℃，六区150℃～160℃，七区140℃～150℃，八区130℃～140℃，九区120℃～130℃，
单螺杆挤出机的各段温度依次为：一区110℃～120℃，二区120℃～130℃，三区130℃～140℃，机头温度140℃～150℃。
本发明的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料具有如下优点：产品阻燃性能与耐老化性能优异，具体体现在：(1)阻燃性能好，制成电线可通过单根垂直燃烧和A类成束燃烧测试；(2)用其制成的电线经12～14Mrad辐照交联后，可满足导体平均工作温度为70℃下使用70年的长寿命要求。
与现有技术相比，本发明工艺合理，克服了现有辐照交联低烟无卤阻燃电缆料阻燃性能差、寿命短的缺点，采用有机阻燃剂与无机阻燃剂复配协效技术，配合高效抗氧剂体系，在聚烯烃树脂原优良性能基础上，赋予树脂高阻燃性及长寿命。
具体实施方式
实施例1
各组分名称及各组分重量份配：
制备方法：
在高速混合机中加入氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑、三聚氰胺氰尿酸盐和甲基硅橡胶以800r/min的转速搅拌升温至90℃，再加入乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯、四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N，N’-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、2，2’-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸二月桂酯、硬脂酸镁、乙撑双硬脂酰胺、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、异氰尿酸三烯丙酯在高速混合机中以300～400r/min的转速混合6分钟后出料，将混合物放入密炼机中混炼，混炼至料温为150℃时出料，送入双阶造粒机组塑化、造粒、冷却，即可制得所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料。
双螺杆挤出机的各段温度依次为：一区110℃～120℃，二区120℃～130℃，三区130℃～140℃，四区140℃～150℃，五区150℃～160℃，六区150℃～160℃，七区140℃～150℃，八区130℃～140℃，九区120℃～130℃，
单螺杆挤出机的各段温度依次为：一区110℃～120℃，二区120℃～130℃，三区130℃～140℃，机头温度140℃～150℃。
对本实施例中制得的产品辐照交联后进行检测，各性能数值表示如下，指标值为国家规定应达到的标准值，典型值为检测本实施例中制备的产品性能值。
实验项目名称 单位 指标值 实施例1典型值
拉伸强度 MPa ≥10.0 12.9
断裂伸长率 ％ ≥150 220
＊空气热老化：
实验条件：热老化温度 ℃ 180±2
持续时间 h 168
拉伸强度变化率不超过 ％ ±25 10
断裂伸长率变化率不超过 ％ ±25 -13
冲击脆化温度
实验温度 ℃ -25
冲击脆化性能 实效数 ≤15/30 0/30
热延伸
实验条件：200±3℃，0.2MPa，15min
负荷下伸长率 ％ ≤100 45
冷却后永久变形 ％ ≤25 3
体积电阻率(20℃) Ω·m ≥1×10<sup>12</sup> 8.5×10<sup>12</sup>
介电强度 MV/m ≥20 26
燃烧实验
氧指数 ％ ≥28 36
单根垂直燃烧实验 - 通过 通过
A类成束燃烧实验 - 通过 通过
PH值 - ≥4.3 6.2
烟密度无焰 - ≤350 130
有焰 - ≤100 59
电导率 μS/mm ≤10 0.4
＊注：此老化条件根据JG/T 441-2014标准中寿命评定试验条件选定。
实施例2
各组分名称及各组分重量份配比为：
制备方法：
在高速混合机中加入氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、高岭土、硼酸三聚氰胺和甲基乙烯基硅橡胶以900r/min的转速搅拌升温至80℃，再加入乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、三元乙丙胶、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯、四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯、2，6-对二叔丁基对甲酚、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、硬脂酸钙、聚乙烯蜡、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷在高速混合机中以300～400r/min的转速混合4分钟后出料，将混合物放入密炼机中混炼，混炼至料温为160℃时出料，送入双阶造粒机组塑化、造粒、冷却，即可制得所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料。
双螺杆挤出机的各段温度依次为：一区110℃～120℃，二区120℃～130℃，三区130℃～140℃，四区140℃～150℃，五区150℃～160℃，六区150℃～160℃，七区140℃～150℃，八区130℃～140℃，九区120℃～130℃，
单螺杆挤出机的各段温度依次为：一区110℃～120℃，二区120℃～130℃，三区130℃～140℃，机头温度140℃～150℃。
对本实施例中制得的产品辐照交联后进行检测，各性能数值表示如下，指标值为国家规定应达到的标准值，典型值为检测本实施例中制备的产品性能值。
＊注：此老化条件根据JG/T 441-2014标准中寿命评定试验条件选定。
实施例3
各组分名称及各组分重量份配比为：
制备方法与实施例1相同。
对本实施例中制得的产品辐照交联后进行检测，各性能数值表示如下，指标值为国家规定应达到的标准值，典型值为检测本实施例中制备的产品性能值。
实验项目名称 单位 指标值 实施例3典型值
拉伸强度 MPa ≥10.0 13.4
断裂伸长率 ％ ≥150 430
＊空气热老化：
实验条件：热老化温度 ℃ 180±2
持续时间 h 168
拉伸强度变化率不超过 ％ ±25 9
断裂伸长率变化率不超过 ％ ±25 -14
冲击脆化温度
实验温度 ℃ -25
冲击脆化性能 实效数 ≤15/30 0/30
热延伸
实验条件：200±3℃，0.2MPa，15min
负荷下伸长率 ％ ≤100 36
冷却后永久变形 ％ ≤25 0
体积电阻率(20℃) Ω·m ≥1×10<sup>12</sup> 5.7×10<sup>12</sup>
介电强度 MV/m ≥20 25
燃烧实验
氧指数 ％ ≥28 32
单根垂直燃烧实验 - 通过 通过
A类成束燃烧实验 - 通过 通过
PH值 - ≥4.3 6.2
烟密度无焰 - ≤350 153
有焰 - ≤100 54
电导率 μS/mm ≤10 0.4
＊注：此老化条件根据JG/T 441-2014标准中寿命评定试验条件选定。
实施例4
各组分名称及各组分重量份配比为：
制备方法与实施例2相同。
实施例5
各组分名称及各组分重量份配比为：
制备方法与实施例1相同。
综上所述，采用本发明的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法，可明显提高产品抗老化性能与阻燃性能，电缆料产品具有如下优点：阻燃性能优异，具有快速自熄的特点；产品经辐照交联后可满足环境平均温度70℃下使用70年的长寿命要求；产品外观细腻、光滑。应用本发明的电缆料制作成的电线可通过单根垂直燃烧、A类成束燃烧等阻燃实验，并且电线经辐照交联后可满足导体平均温度70℃下使用70年的长寿命要求，具有广阔的应用前景。
当然，本技术领域内的技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (10)

1.长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，包括如下重量份数的组份：
2.根据权利要求1所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的聚烯烃树脂为聚乙烯、三元乙丙胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的马来酸酐接枝聚烯烃树脂为以下物质中的一种以上：马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的阻燃剂为以下物质中的一种以上：氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑、高岭土、三聚氰胺氰尿酸盐、硼酸三聚氰胺。
5.根据权利要求1所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的抗氧剂为以下物质中的一种以上：四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、N，N’-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、2，6-对二叔丁基对甲酚、2，2’-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯、2，2，4-三甲基-1，2-二氢喹啉聚合物。
6.根据权利要求1所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的润滑剂为以下物质中的一种以上：硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺。
7.根据权利要求1所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的硅烷为以下物质中的一种以上：乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷。
8.根据权利要求1所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的硅橡胶为甲基硅橡胶或甲基乙烯基硅橡胶。
9.根据权利要求1所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的交联敏化剂为异氰尿酸三烯丙酯或1，1，1-三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
10.根据权利要求1～9任一项所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃聚烯烃电缆料，其制备方法特征在于包括以下步骤；
A、将阻燃剂与硅橡胶在高速混合机中以800～900r/min的转速搅拌升温至80～90℃；
B、再加入聚烯烃树脂、马来酸酐接枝聚烯烃树脂、抗氧剂、润滑剂、硅烷和交联敏化剂，在混合机中以300～400r/min的转速混合4～6分钟后出料；
C、将步骤B的混合物放入密炼机中混炼，混炼至料温为150℃～160℃时出料；
D、然后送入双阶造粒机组的锥双喂料斗，通过双阶造粒机组造粒；
E、最后干燥、冷却，即可获得所述的长寿命辐照交联低烟无卤高阻燃电缆料；
所述的双阶造粒机组上阶为有温控装置的混炼型双螺杆挤出机，下阶为有温控装置的单螺杆挤出机，根据单双螺杆的长径比不同，可以有多个不同分区；
所述的混炼型双螺杆挤出机的各段温度依次为：一区110℃～120℃，二区120℃～130℃，三区130℃～140℃，四区140℃～150℃，五区150℃～160℃，六区150℃～160℃，七区140℃～150℃，八区130℃～140℃，九区120℃～130℃，
单螺杆挤出机的各段温度依次为：一区110℃～120℃，二区120℃～130℃，三区130℃～140℃，机头温度140℃～150℃。
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