CN109749199A - 一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，按重量份计，包含如下组成部分：高密度聚乙烯(HDPE)60‑80份；乙烯‑辛烯共聚物(POE)20‑40份；阻燃剂50‑70份；阻燃协效剂5‑10份；经表面处理导热纳米材料60‑90份；抗氧剂2‑6份；润滑剂0.5‑1份，其中，所述的经表面处理导热纳米材料为表面处理的纳米氮化铝粉末，纳米氮化铝粉末粒径<100nm。本发明的有益效果在于：提高复合材料的导热绝缘性能的同时保证并增加了材料的力学性能。

Description

一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法

技术领域

本发明属于发热电缆用低烟无卤阻燃电缆料领域，具体涉及一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法。

背景技术

发热电缆，是以电力为能源，利用金属电阻丝或碳纤维制成电缆结构，进行通电发热，来达到采暖或者保温的效果，主要用法是水泥地下铺设施工，使用成本低廉，寿命较长。是我国北方冬季最理想的采暖方式，不仅具有安全、方便、高品质，而且舒适、健康、环保。但发热电缆存在的一个问题，即普通电缆外护套的散热效果不好，对此发展具有优良导热性的发热电缆用低烟无卤阻燃护套料具有重要意义。

高密度聚乙烯具有较高的使用温度，力学强度及电绝缘性较好，将乙烯-辛烯嵌共聚物与其共混改性，可以使改性材料得具有力学性能优异且易加工的特点，同时又兼具优良绝缘性。氢氧化铝、氢氧化镁是近几年广泛应用的环境友好的新型无机阻燃剂，经特殊表面处理的纳米级氢氧化铝/氢氧化镁复合阻燃体系是低烟无卤阻燃材料的重要原材料。纳米氮化铝是近年来发展的一类无毒且导热性好，热膨胀系数小的热传导材料，同时其电绝缘性优异，介电性能良好；将纳米氮化铝对传统的低烟无卤电缆料进行复合改性，使其绝缘性能不下降，同时提高了6-10倍的导热率，把导热的概念引入发热电缆护套中，可以大大提高电缆的热效率和升温速度使，并且提高了用寿命。但是电缆护套料高的导热性能是以添加大量的无机导热材料为基础，不可避免带来护套料力学性能或相关性能的下降。

因此，如何提高复合材料的导热绝缘性能，又不使复合材料的力学性能下降太多；或者在保证复合材料较高导热绝缘性能的同时，又能够增加其力学性能且保证良好的使用寿命成为本发明所关注的重点。

发明内容

为了克服现有技术所存在的上述缺陷，本发明的目的之一在于提供一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其具备导热性好、耐热变形、耐热老化、阻燃性优良、环保无毒的优良性能。

本发明的目的之二在于提供一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料的制备方法。

为了实现本发明的目的之一，所采用的技术方案是：

一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，按重量份计，包含如下组成部分：

其中，所述的经表面处理导热纳米材料为表面处理的纳米氮化铝粉末，纳米氮化铝粉末粒径<100nm。

在本发明一个优选的实施方式中，所述的高密度聚乙烯(HDPE)熔融指数为5～10g/10min，以GB/T 3682-2000法测定。

在本发明一个优选的实施方式中，所述的乙烯-辛稀共聚物(POE)包含两种或两种以上的乙烯-辛稀共聚物，其中，辛烯含量为10～40wt％，熔融指数为0.5～30g/10min，以ASTM D1238法测定。

在本发明一个优选的实施方式中，所述阻燃剂采用氢氧化铝和氢氧化镁复配的阻燃体系，其氢氧化铝和氢氧化镁的质量配比为(80-100)∶(30-50)；所用氢氧化铝及氢氧化镁均为纳米级，粒径<100nm。

在本发明一个优选的实施方式中，所述阻燃剂的氢氧化铝和氢氧化镁复配的阻燃体系进行了表面改性，所述的改性方法为：

按配比称取共100份氢氧化铝和氢氧化镁粉末，用去离子水配成5％(质量分数)的浆料置于反应器中；

加入2份质量比为1:1的硬脂酸钠/聚乙二醇复合改性剂，搅拌混合均匀。加热至75-85℃，以70-90r/min搅拌速度反应1.5-2.5小时，冷却过滤除水，90-100℃干燥7-9小时，研磨过200目筛，即完成表面改性处理。

在本发明一个优选的实施方式中，所述阻燃协效剂为硅酮、膨胀石墨、红磷、硼酸锌中的任意一种或多种。

在本发明一个优选的实施方式中，所述经表面处理导热纳米材料为纳米氮化铝粉末，所述纳米氮化铝粉末的表面处理方法为：

将1.5份钛酸酯偶联剂用无水乙醇溶剂(无水溶剂与钛酸酯偶联剂用量为1∶1)稀释后，喷洒在100份纳米氮化铝粉末上，通过低温捏合机搅拌混合15分钟，然后升高温度至60℃，高速搅拌30分钟，干燥后得到表面处理的纳米氮化铝粉末。

在本发明一个优选的实施方式中，所述抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)的组合，其重量比为(1～2)∶(0.5～1)。

在本发明一个优选的实施方式中，所述润滑剂为聚乙烯蜡、油酸酰胺、硬脂酸锌中的任意一种或多种。

为了实现本发明的目的之二，所采用的技术方案是：

一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料的制备方法，包括如下步骤：

先将阻燃剂、阻燃协效剂、经表面处理导热纳米材料、抗氧剂和润滑剂按照比例混合至温度到75℃±5℃，出料放置；

接着与其他组分按照配比加入双螺杆挤出造粒，螺杆各段温度为：加料段130～145℃，输送段145～155℃，熔融段155～165℃，机头165～170℃。

本发明的有益效果在于：提高复合材料的导热绝缘性能的同时保证并增加了材料的力学性能。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进配方，获得了一种具有优良导热性的发热电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法，克服了传统发热电缆用护套料的散热效果的不足，使该材料具有良好的导热性，提高产品散热效率，可降低因电线导体过热老化引起短路的风险；而且具有优异的电绝缘性，耐热变形，高阻燃性，耐热老化及机械性能优异。

以下对本发明的具有优良导热性的发热电缆用低烟无卤阻燃护套料的各组分进行详细描述：

高密度聚乙烯(HDPE)

高密度聚乙烯(HDPE)树脂分子中支链少，结晶度高(85％-90％)，密度高(0.941-0.965)，具有较高的使用温度，力学强度及电绝缘性较好。在本发明一个优选的实施方式中，所述高密度聚乙烯熔融指数为5～10g/10min，以GB/T 3682-2000法测定。

乙烯-辛稀共聚物(POE)

乙烯-辛稀共聚物(POE)是一类由乙烯和辛烯聚合而成的热塑性弹性体，具有优异的弹性和韧性，易于加工。POE作为增韧材料，具有添加量少、增韧效果明显、对基础树脂性能影响小等特点。在本发明一个优选的实施方式中，所述乙烯-辛稀共聚物(POE)包含两种或两种以上的乙烯-辛稀共聚物，辛烯含量为10～40wt％，熔融指数为0.5～30g/10min，以ASTM D1238法测定。

阻燃剂

本发明的阻燃剂为氢氧化铝及氢氧化镁复配阻燃体系，具有很好的协效作用，具有很好的低烟无卤协同阻燃作用。在本发明一个优选的实施方式中，所述采用氢氧化铝和氢氧化镁复配的阻燃体系，其重量配比为(80-100)∶(30-50)；所用氢氧化铝及氢氧化镁为纳米级，粒径<100nm。所述阻燃剂的氢氧化铝和氢氧化镁复配的阻燃体系进行了表面改性，其特征在于按配比称取100份氢氧化铝和氢氧化镁粉末，用去离子水配成5％(质量分数)的浆料置于反应器中，加人2份的质量比为1:1的硬脂酸钠/聚乙二醇复合改性剂，搅拌混合均匀。加热至80℃，以80r/min搅拌速度反应2小时，冷却过滤除水，95℃干燥8小时，研磨过200目筛，即完成表面改性处理。

阻燃协效剂

阻燃协效剂是用于提高阻燃剂阻燃效果的添加剂，能够在不影响的阻燃的效率的前提下，有效的降低无机阻燃剂的添加量。在本发明一个优选的实施方式中，所述阻燃协效剂为硅酮、膨胀石墨、红磷、硼酸锌中的至少一种。

经表面处理导热纳米材料

导热纳米材料是一类具有极高的导热性的无机纳米材料，添加入树脂中可以提高材料的导热系数。在本发明一个优选的实施方式中，所述经表面处理导热纳米材料为表面处理的纳米氮化铝粉末，其特征在于纳米氮化铝粉末粒径<100nm，表面处理方法为将1.5份钛酸酯偶联剂用无水乙醇溶剂(无水溶剂与钛酸酯偶联剂用量为1∶1)稀释后，喷洒在100份纳米氮化铝粉末上，通过低温捏合机搅拌混合15分钟，然后升高温度至60℃，高速搅拌30分钟，干燥后得到表面处理的纳米氮化铝粉末。。

抗氧剂

抗氧剂可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命。本发明使用的抗氧剂具有优良的抗长期老化性，并且长期使用不变色，不影响材料的电性能和机械性能。在本发明一个优选的实施方式中，所述抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)的组合，其重量比为(1～2)∶(0.5～1)。

润滑剂

润滑剂是用来提高材料加工性能的助剂。本发明使用的加工助剂没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。在本发明一个优选的实施方式中，所述润滑剂为聚乙烯蜡、油酸酰胺、硬脂酸锌的一种或多种混合物。

电缆制品

本发明还提供了一种具有优良导热性的发热电缆用低烟无卤阻燃护套料的电缆制品。所述电缆制品能够满足无卤低烟阻燃电缆料的国家标准及发热电缆技术规范要求，具有良好的导热性，提高产品散热效率；而且具有优异的电绝缘性，耐热变形性，高阻燃性，耐热老化及机械性能优异。

制备方法

本发明还提供了一种具有优良导热性的发热电缆用低烟无卤阻燃护套料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将本发明中全部组分按照配比挤出造粒，得到所述的具有优良导热性的发热电缆用低烟无卤阻燃护套料：将阻燃剂、阻燃协效剂、经表面处理导热纳米材料、抗氧剂和润滑剂按照比例混合至温度到75℃±5℃，出料放置；与其他组分按照配比加入双螺杆挤出造粒，螺杆各段温度为：加料段130～145℃，输送段145～155℃，熔融段155～165℃，机头165～170℃。

应理解，此部分所述的高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯-辛稀共聚物(POE)、阻燃剂、阻燃协效剂、经表面处理导热纳米材料、抗氧剂和润滑剂等的成分和用量如本文其它部分所述。

本发明所述的一种具有优良导热性的发热电缆用低烟无卤阻燃护套料及其制备方法具有如下优点：

1.本发明在保证了材料高阻燃性能的基础上，又提高了材料的导热性能，可以在对散热性有特殊要求的电线电缆中使用。

2.采用本发明电缆料制得电缆制品能具有优异物理机械性能及耐老化性，较大延长电线电缆能使用的寿命。

3.本发明的制备的电缆料加工与传统挤线工艺相同，挤线速度较快，无需设备改造升级，制造成本极低。

本发明中，术语“含有”或“包括”或“采用”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”和“由...组成”包含在术语“含有”或“包括”或“采用”中。

本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

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。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份。

除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

实施例1

实施例1配方的各组分名称及各组分重量份数如表1所示：

表1

对实施例1中的电缆料进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。

实施例2

实施例2配方的各组分名称及各组分重量份数如表2所示：

表2

上述电缆料的制备方法与实施例1相同。

对实施例2中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。

实施例3

实施例3配方的各组分名称及各组分重量份数如表3所示：

表3

上述电缆料的制备方法与实施例1相同。

对实施例3中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。

实施例4

实施例4配方的各组分名称及各组分重量份数如表4所示：

表4

上述电缆料的制备方法与实施例1相同。

对实施例4中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。

对比例1

对比例1配方的各组分名称及各组分重量份数如表5所示：

表5

名称	重量/kg	名称	重量/kg
				高密度聚乙烯(HDPE)	35	经表面处理导热纳米材料	75
乙烯-辛烯共聚物(POE)	15	抗氧剂	5
				阻燃剂	55	润滑剂	1
阻燃协效剂	5

上述电缆料的制备方法与实施例1相同。

对对比例1中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。

对比例2

对比例2配方的各组分名称及各组分重量份数如表6所示：

表6

名称	重量/kg	名称	重量/kg
				高密度聚乙烯(HDPE)	75	未经表面处理导热纳米材料	75
乙烯-辛烯共聚物(POE)	40	抗氧剂	5
				阻燃剂	55	润滑剂	1
阻燃协效剂	5

上述电缆料的导热纳米材料未经表面处理，制备方法与实施例1相同。

对对比例2中的产品进行性能检测试验，各性能数值如性能实施例表7所示。

性能实施例

测试结果如表7所示。

表7：实施例产品性能测试结果

表7

从表7中数据可以看出，实施例1、实施例2、实施例3及实施例4所测项目各项性能优秀，不仅满足国家标准关于低烟无卤阻燃电线电缆料的使用寿命和阻燃性能的要求，而且具有优异的导热性、电绝缘性、物理机械性能，提高产品散热效率，增加热量传导到外部填充介质的效果及降低热能损失，并保证发热电缆使用的寿命。

而对比例1中因为高密度聚乙烯及乙烯-辛烯共聚物用量低于本发明要求，力学性能较差，且耐老化性下降明显。

对比例2与实施例1为最近似配方，但其电缆料中的导热纳米材料未经表面处理，造成导热纳米材料在整个体系内分散不均，且与树脂的相容性较差，导致其力学性能较差。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，按重量份计，包含如下组成部分：

其中，所述的经表面处理导热纳米材料为表面处理的纳米氮化铝粉末，纳米氮化铝粉末粒径<100nm。

2.如权利要求1所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述的高密度聚乙烯(HDPE)熔融指数为5～10g/10min，以GB/T3682-2000法测定。

3.如权利要求1所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述的乙烯-辛稀共聚物(POE)包含两种或两种以上的乙烯-辛稀共聚物，其中，辛烯含量为10～40wt％，熔融指数为0.5～30g/10min，以ASTM D1238法测定。

4.如权利要求1所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述阻燃剂采用氢氧化铝和氢氧化镁复配的阻燃体系，其氢氧化铝和氢氧化镁的质量配比为(80-100)∶(30-50)；所用氢氧化铝及氢氧化镁均为纳米级，粒径<100nm。

5.如权利要求4所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述阻燃剂的氢氧化铝和氢氧化镁复配的阻燃体系进行了表面改性，所述的改性方法为：

按配比称取共100份氢氧化铝和氢氧化镁粉末，用去离子水配成5％(质量分数)的浆料置于反应器中；

加入2份质量比为1:1的硬脂酸钠/聚乙二醇复合改性剂，搅拌混合均匀。加热至75-85℃，以70-90r/min搅拌速度反应1.5-2.5小时，冷却过滤除水，90-100℃干燥7-9小时，研磨过200目筛，即完成表面改性处理。

6.如权利要求1所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述阻燃协效剂为硅酮、膨胀石墨、红磷、硼酸锌中的任意一种或多种。

7.如权利要求1所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述经表面处理导热纳米材料为纳米氮化铝粉末，所述纳米氮化铝粉末的表面处理方法为：

将1.5份钛酸酯偶联剂用无水乙醇溶剂(无水溶剂与钛酸酯偶联剂用量为1∶1)稀释后，喷洒在100份纳米氮化铝粉末上，通过低温捏合机搅拌混合15分钟，然后升高温度至60℃，高速搅拌30分钟，干燥后得到表面处理的纳米氮化铝粉末。

8.如权利要求1所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述抗氧剂为四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)的组合，其重量比为(1～2)∶(0.5～1)。

9.如权利要求1所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、油酸酰胺、硬脂酸锌中的任意一种或多种。

10.如权利要求1-9任意一项所述的一种发热电缆用低烟无卤阻燃护套料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

先将阻燃剂、阻燃协效剂、经表面处理导热纳米材料、抗氧剂和润滑剂按照比例混合至温度到75℃±5℃，出料放置；

接着与其他组分按照配比加入双螺杆挤出造粒，螺杆各段温度为：加料段130～145℃，输送段145～155℃，熔融段155～165℃，机头165～170℃。