CN110204825B - 一种阻燃电缆管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃电缆管及其制备方法，属于塑料制品加工技术领域，其技术方案要点是一种阻燃电缆管，以重量份数计，包括如下组分：聚丙烯树脂40‑50份、马来酸酐接枝聚乙烯树脂10‑15份、复合阻燃剂15‑25份、增韧剂4‑8份、润滑剂3‑5份以及抗氧剂1‑2份；所述复合阻燃剂由如下重量份数的原料制成：氢氧化铝40‑50份、三聚氰胺10‑20份以及马来酸酐接枝EVA树脂4‑6份。本发明通过复合阻燃剂与增韧剂的配合，可以在提高阻燃电缆管的阻燃性能的同时，改善其力学性能。

Description

一种阻燃电缆管及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料制品加工技术领域，更具体的说，它涉及一种阻燃电缆管及其制备方法。
背景技术
电缆管即电缆保护管，是为了防止电缆受到损伤，设置在电缆外层，具有一定机械强度的保护管；根据电缆管材质的不同，可以分为钢管、铸铁管、陶土管、混凝土管、石棉水泥管以及塑料管，其中塑料管由于绝缘性能好、价格低廉以及具有一定的强度，因此得到了较为广泛的应用；用作电缆管的塑料材料主要有聚乙烯、聚丙烯等，由于聚丙烯在强度、刚度、硬度以及耐热性均优于低压聚乙烯，因此聚丙烯更适合于对机械强度要求更高的环境下使用，但是由于聚丙烯氧指数较低，容易发生燃烧，因此，为了提高电缆管的阻燃性能，需要对聚丙烯进行阻燃处理。
目前，提高聚丙烯材料的阻燃性能最有效的方法是添加阻燃剂，阻燃剂一般分为卤系阻燃剂以及无卤阻燃剂；与无卤阻燃剂相比，卤系阻燃剂添加量小，阻燃效果好，不会降低聚合物材料的力学性能、电性能等，但是卤系阻燃剂的缺点是其在高温时会挥发产生大量的有毒气体，影响环境并对人体的健康造成危害；而无卤阻燃剂虽然不会产生有毒气体，但是其阻燃效果远不如卤系阻燃性，要达到相同的阻燃效果则需要大量添加无卤阻燃剂，并且无卤阻燃剂与聚合物的相容性较差，大量添加之后又会大幅度降低聚丙烯材料的力学强度；此外由于聚丙烯材料自身的韧性较差，在大量添加无卤阻燃剂后会进一步降低聚丙烯的韧性，因此如何能够在不明显降低聚丙烯电缆管力学性能的同时，又能提高其阻燃性能，是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种阻燃电缆管，其通过复合阻燃剂与增韧剂的配合，可以在提高阻燃电缆管的阻燃性能的同时，改善其力学性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种阻燃电缆管，以重量份数计，包括如下组分：聚丙烯树脂40-50份、马来酸酐接枝聚乙烯树脂10-15份、复合阻燃剂15-25份、增韧剂4-8份、润滑剂3-5份以及抗氧剂1-2份；所述复合阻燃剂由如下重量份数的原料制成：氢氧化铝40-50份、三聚氰胺10-20份以及马来酸酐接枝EVA树脂4-6份。
通过采用上述技术方案，氢氧化铝受热分解生水，通过水分蒸发降低燃烧体的温度，而三聚氰胺具有阻燃、发气以及成炭的作用，属于膨胀型阻燃剂，采用由氢氧化铝、三聚氰胺复合组成的阻燃剂，具有很好的阻燃协同作用，具有安全、抑烟、无毒的优点；而马来酸酐接枝EVA树脂的加入可以弥补氢氧化铝与三聚氰胺与聚烯烃相容性差的缺陷，提高各原料之间的分散性能，从而改善电缆管的力学性能。
进一步地，所述复合阻燃剂采用如下方法制备：以重量份数计，取氢氧化铝40-50份、分散剂1-2份以及水20-30份，经过研磨后，得到氢氧化铝悬浮液；将氢氧化铝悬浮液升温至170-180℃，然后向其中加入10-20份三聚氰胺以及8-12份马来酸酐接枝EVA树脂，保温搅拌3-5h；然后在80-90℃的温度下，干燥6-8h，得到复合阻燃剂。
通过采用上述技术方案，以氢氧化铝、分散剂、马来酸酐接枝EVA树脂以及三聚氰胺为原料制备的阻燃剂具有优异的阻燃性能，并且与聚烯烃具有良好的相容性，可以在不明显降低聚烯烃的力学性能的同时，改善其阻燃性能。
进一步地，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
通过采用上述技术方案，十二烷基苯磺酸钠可以提高氢氧化铝的分散性能，提高氢氧化铝悬浮液的稳定性。
进一步地，所述增韧剂由如下重量份的原料制得：氯化聚乙烯30-40份、线性低密度聚乙烯30-40份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物25-35份、埃洛石粉10-12份、白刚玉微粉5-7份以及钛酸酯偶联剂0.8-1份。
通过采用上述技术方案，线性低密度聚乙烯与乙烯-丙烯酸乙酯具有很好的柔韧性、热稳定性和加工性，并且和聚烯烃有好的相容性，将线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯与阻燃性能好的氯化聚乙烯、埃洛石粉、白刚玉微粉以及钛酸酯偶联剂熔融共混制得的增韧剂，不仅可以提高电缆管的弯曲强度还可以进一步提高其阻燃性能。
进一步地，所述增韧剂采用如下方法制备：以重量份数计，取埃洛石粉以及白刚玉微粉，将其在110-120℃的温度下，干燥6-8h，然后将干燥后的埃洛石粉10-12份、白刚玉粉5-7份与氯化聚乙烯30-40份、线性低密度聚乙烯30-40份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物25-35份以及钛酸酯偶联剂0.8-1份，在2000-4000r/min的速度下，混合5-10min，得到预混物；将预混物在160-180℃的温度下熔融共混，然后经过挤出造粒后，得到增韧剂。
通过采用上述技术方案，增韧剂与聚烯烃具有很好的相容性，可以提高阻燃剂与聚烯烃的界面结合力，提高二者的相容性；并且增韧剂还可以弥补聚丙烯韧性以及差的缺陷，此外增韧剂的加入还可以进一步提高电缆管的阻燃性能，从而提高电缆管的综合性能。
进一步地，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸脂。
通过采用上述技术方案，季戊四醇硬脂酸脂的具有很好的内外润滑性能，能提高制品的热稳定性，改善加工性能。
进一步地，所述抗氧剂由重量比为1:1的抗氧剂1010和抗氧剂DLTP混合而成。
通过采用上述技术方案，抗氧剂1010和抗氧剂DLTP并用时具有协同作用，可以改善聚丙烯材料抗紫外线能力差的问题，提高电缆管的抗老化性能，提高其使用寿命。
本发明的目的之二在于提供一种阻燃电缆管的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种阻燃电缆管的制备方法，包括如下步骤：
S1：取聚丙烯树脂40-50份、马来酸酐接枝聚乙烯树脂10-15份、复合阻燃剂15-25份、增韧剂4-8份、润滑剂3-5份以及抗氧剂1-2份，在温度为90-100℃、搅拌速度为200-300r/min的条件下搅拌10-20min，得到混合料；
S2：将混合料置于双螺杆挤出机中，经过熔融挤出造粒后，得到聚丙烯母料；
S3：将聚丙烯母料置于单螺杆塑料挤出成型机中，挤出成型得到管材；将管材在2-3m/min的速度下经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管。
通过采用上述技术方案，以聚丙烯树脂为基体树脂，以马来酸酐接枝聚乙烯树脂、复合阻燃剂、增韧剂、润滑剂以及抗氧剂为原料制备的电缆管除了具有优异的阻燃效果，还具有较好的力学性能。
进一步地，S2中所述双螺杆挤出机中的各区温度为：一区165-175℃、二区170-180℃、三区180-190℃、四区190-200℃、五区195-205℃、六区200-210℃、七区195-205℃、八区175-185℃、九区165-175℃，模头温度为160-170℃。
进一步地，S3中所述单螺杆塑料挤出成型机的各区温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区190-200℃、四区195-205℃、五区200-205℃、六区205-210℃，模头温度为190-200℃。
通过采用上述技术方案，在上述温度下制备的电缆管的性能优越，阻燃性能好。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.氢氧化铝受热分解生水，通过水分蒸发降低燃烧体的温度，而三聚氰胺具有阻燃、发气以及成炭的作用，属于膨胀型阻燃剂，采用由氢氧化铝、三聚氰胺复合组成的阻燃剂，具有很好的阻燃协同作用，具有安全、抑烟、无毒的优点；而马来酸酐接枝EVA树脂的加入可以弥补氢氧化铝与三聚氰胺与聚烯烃相容性差的缺陷，提高各原料之间的分散性能，从而改善电缆管的力学性能；
2.以氢氧化铝、分散剂、马来酸酐接枝EVA树脂以及三聚氰胺为原料制备的阻燃剂具有优异的阻燃性能，并且与聚烯烃具有良好的相容性，可以在不明显降低聚烯烃的力学性能的同时，改善其阻燃性能；
3.线性低密度聚乙烯与乙烯-丙烯酸乙酯具有很好的柔韧性、热稳定性和加工性，并且和聚烯烃有好的相容性，将线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯与阻燃性能好的氯化聚乙烯、埃洛石粉、白刚玉微粉以及钛酸酯偶联剂熔融共混制得的增韧剂，不仅可以提高电缆管的韧性弯曲强度还可以进一步提高其阻燃性能。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、复合阻燃剂的制备例
以下复合阻燃剂中的马来酸酐接枝EVA树脂采用美国埃克森美孚公司提供的型号为VA1803的EVA-g-MAH。
复合阻燃剂的制备例1：取氢氧化铝40kg、十二烷基苯磺酸钠1kg以及水20kg，经过研磨后，得到氢氧化铝悬浮液；将氢氧化铝悬浮液升温至170℃,然后向其中加入10kg三聚氰胺以及8kg马来酸酐接枝EVA树脂，保温搅拌3h；然后在80℃的温度下，干燥6-8h，得到复合阻燃剂。
复合阻燃剂的制备例2：取氢氧化铝45kg、十二烷基苯磺酸钠1.5kg以及水25kg，经过研磨后，得到氢氧化铝悬浮液；将氢氧化铝悬浮液升温至175℃,然后向其中加入15kg三聚氰胺以及10kg马来酸酐接枝EVA树脂，保温搅拌4h；然后在85℃的温度下，干燥7h，得到复合阻燃剂。
复合阻燃剂的制备例3：取氢氧化铝50kg、十二烷基苯磺酸钠2kg以及水30kg，经过研磨后，得到氢氧化铝悬浮液；将氢氧化铝悬浮液升温至180℃,然后向其中加入20kg三聚氰胺以及12kg马来酸酐接枝EVA树脂，保温搅拌5h；然后在90℃的温度下，干燥8h，得到复合阻燃剂。
复合阻燃剂的制备例4：本制备例与复合阻燃剂的制备例1的不同之处在于，原料中不包含马来酸酐接枝EVA树脂。
二、增韧剂的制备例
增韧剂的制备例1：取埃洛石粉以及白刚玉微粉，将其在110℃的温度下，干燥6h，然后将干燥后的埃洛石粉10kg、白刚玉粉5kg与氯化聚乙烯30kg、线性低密度聚乙烯30kg、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物25kg以及钛酸酯偶联剂0.8kg，在2000r/min的速度下，混合5min，得到预混物；将预混物在160℃的温度下熔融共混，然后经过挤出造粒后，得到增韧剂。
增韧剂的制备例2：取埃洛石粉以及白刚玉微粉，将其在115℃的温度下，干燥7h，然后将干燥后的埃洛石粉11kg、白刚玉粉6kg与氯化聚乙烯35kg、线性低密度聚乙烯35kg、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物30kg以及钛酸酯偶联剂0.9kg，在3000r/min的速度下，混合8min，得到预混物；将预混物在170℃的温度下熔融共混，然后经过挤出造粒后，得到增韧剂。
增韧剂的制备例3：取埃洛石粉以及白刚玉微粉，将其在120℃的温度下，干燥8h，然后将干燥后的埃洛石粉12kg、白刚玉粉7kg与氯化聚乙烯40kg、线性低密度聚乙烯40kg、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物35kg以及钛酸酯偶联剂1kg，在4000r/min的速度下，混合10min，得到预混物；将预混物在180℃的温度下熔融共混，然后经过挤出造粒后，得到增韧剂。
增韧剂的制备例4：本制备例与增韧剂的制备例1的不同之处在于，原料中不包含埃洛石粉以及白刚玉微粉。
三、实施例
以下实施例中的聚丙烯树脂选自埃克森美孚提供的牌号为5032E3的聚丙烯树脂；马来酸酐接枝聚乙烯树脂选自埃克森美孚提供的型号为Exxelor PE 1040的马来酸酐接枝聚乙烯树脂。
实施例1：一种阻燃电缆管采用如下方法制备而得：
S1：取聚丙烯树脂40kg、马来酸酐接枝聚乙烯树脂10kg、复合阻燃剂(选自复合阻燃剂的制备例1)15kg、增韧剂(选自增韧剂的制备例1)4kg、季戊四醇硬脂酸脂3kg、0.5kg抗氧剂1010以及0.5kg抗氧剂DLTP，在温度为90℃、搅拌速度为200r/min的条件下搅拌10min，得到混合料；
S2：将混合料置于双螺杆挤出机中，经过熔融挤出造粒后，得到聚丙烯母料；其中双螺杆挤出机中的各区温度为：一区165℃、二区170℃、三区180℃、四区190℃、五区195℃、六区200℃、七区195℃、八区175℃、九区165℃，模头温度为160℃；
S3：将聚丙烯母料置于单螺杆塑料挤出成型机中，挤出成型得到管材；将管材在2m/min的速度下经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管；其中单螺杆塑料挤出成型机的各区温度为：一区170℃、二区180℃、三区190℃、四区195℃、五区200℃、六区205℃，模头温度为190℃。
实施例2：一种阻燃电缆管采用如下方法制备而得：
S1：取聚丙烯树脂45kg、马来酸酐接枝聚乙烯树脂12.5kg、复合阻燃剂(选自复合阻燃剂的制备例2)20kg、增韧剂(选自增韧剂的制备例2)6kg、季戊四醇硬脂酸脂4kg、0.75kg抗氧剂1010以及0.75kg抗氧剂DLTP，在温度为95℃、搅拌速度为250r/min的条件下搅拌15min，得到混合料；
S2：将混合料置于双螺杆挤出机中，经过熔融挤出造粒后，得到聚丙烯母料；其中双螺杆挤出机中的各区温度为：一区170℃、二区175℃、三区185℃、四区195℃、五区200℃、六区205℃、七区200℃、八区180℃、九区170℃，模头温度为165℃；
S3：将聚丙烯母料置于单螺杆塑料挤出成型机中，挤出成型得到管材；将管材在3m/min的速度下经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管；其中单螺杆塑料挤出成型机的各区温度为：一区175℃、二区185℃、三区195℃、四区200℃、五区203℃、六区208℃，模头温度为195℃。
实施例3：一种阻燃电缆管采用如下方法制备而得：
S1：取聚丙烯树脂50kg、马来酸酐接枝聚乙烯树脂15kg、复合阻燃剂(选自复合阻燃剂的制备例3)25kg、增韧剂(选自增韧剂的制备例3)8kg、季戊四醇硬脂酸脂5kg、1kg抗氧剂1010以及1kg抗氧剂DLTP，在温度为100℃、搅拌速度为300r/min的条件下搅拌20min，得到混合料；
S2：将混合料置于双螺杆挤出机中，经过熔融挤出造粒后，得到聚丙烯母料；其中双螺杆挤出机中的各区温度为：一区175℃、二区180℃、三区190℃、四区200℃、五区205℃、六区210℃、七区205℃、八区185℃、九区175℃，模头温度为170℃；
S3：将聚丙烯母料置于单螺杆塑料挤出成型机中，挤出成型得到管材；将管材在3m/min的速度下经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管；其中单螺杆塑料挤出成型机的各区温度为：一区180℃、二区190℃、三区200℃、四区205℃、五区205℃、六区210℃，模头温度为200℃。
四、对比例
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，用等量的氢氧化铝代替复合阻燃剂。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，复合阻燃剂选自复合阻燃剂的制备例4，该复合阻燃剂在制备时未添加马来酸酐接枝EVA树脂。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，原料中未添加增韧剂。
对比例4：本对比例与实施例1的不同之处在于，增韧剂选自增韧剂的制备例4，该增韧剂在制备时未添加埃洛石粉以及白刚玉微粉。
五、性能测试
按照如下试验方法，对实施例1-3以及对比例1-4制备的电缆管的性能进行测试，将测试结果示于表1。
拉伸强度：根据GB/T 8804.3-2003《热塑性塑料管材拉伸强度测定第3部分：聚烯烃管材》，测定电缆管的拉伸强度。
断裂伸长率：根据GB/T 8804.3-2003《热塑性塑料管材拉伸强度测定第3部分：聚烯烃管材》，测定电缆管的断裂伸长率。
弯曲强度：根据GB/T 9341-2008《塑料弯曲性能的测定》，测定电缆管的弯曲强度。
维卡软化温度：根据GB/T 1633-2000《热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定》中的A50法测定电缆管的维卡软化温度。
垂直燃烧：根据UL94-2006《设备和装置中塑料燃烧材料燃烧性试验标准》，对电缆管的垂直燃烧性能进行评定，其中阻燃性能由好变差依次为V-0、V-1、V-2。
表1
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由表1数据可以看出，本发明制备的电缆管的维卡软化温度大于150℃，垂直燃烧等级为V-0，说明本发明制备的电缆管具有优异的阻燃性能；此外，本发明制备的电缆管还具有优异的拉伸强度、断裂伸长率以及弯曲强度，说明本发明在制备的过程中添加的复合阻燃剂，不会降低电缆管的力学性能。
对比例1中用等量的氢氧化铝代替复合阻燃剂；相较于实施例1，对比例1中的电缆管的阻燃性能明显下降，说明本发明的复合阻燃剂的阻燃效果优于普通的氢氧化铝；相较于
实施例1，对比例1中的电缆管的拉伸强度、断裂伸长率以及弯曲强度明显下降，说明普通的氢氧化铝的加入会明显降低电缆管的力学性能。
对比例2中的复合阻燃剂选自复合阻燃剂的制备例4，该复合阻燃剂在制备时未添加马来酸酐接枝EVA树脂；相较于实施例1，对比例2中的电缆管的阻燃性能明显下降，说明添加了制备的复合阻燃剂马来酸酐接枝EVA树脂具有很好的阻燃效果；相较于实施例1，对比例2中的电缆管的拉伸强度、断裂伸长率以及弯曲强度明显下降，说明添加了马来酸酐接枝EVA树脂制备的复合阻燃剂对电缆管的力学性能的影响较小。
对比例3中的原料中未添加增韧剂；相较于实施例1，对比例3中的拉伸强度、断裂伸长率以及弯曲强度明显降低，说明增韧剂可以明显改善电缆管的力学性能；相较于实施例1，对比例3的阻燃性能有所下降，说明增韧剂可以提高电缆管的阻燃性能。
对比例4中的增韧剂选自增韧剂的制备例4，该增韧剂在制备时未添加埃洛石粉以及白刚玉微粉；相较于实施例1，对比例4中的电缆管的拉伸强度、断裂伸长率以及弯曲强度有较小幅度的降低，说明增韧剂中添加的埃洛石粉以及白刚玉微粉可以改善电缆管的力学性能；相较于实施例1，对比例4的阻燃性能有所下降，说明增韧剂中添加的埃洛石粉以及白刚玉微粉可以改善电缆管的阻燃性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种阻燃电缆管，其特征在于：以重量份数计，包括如下组分：聚丙烯树脂40-50份、马来酸酐接枝聚乙烯树脂10-15份、复合阻燃剂15-25份、增韧剂4-8份、润滑剂3-5份以及抗氧剂1-2份；
所述复合阻燃剂由如下重量份数的原料制成：氢氧化铝40-50份、三聚氰胺10-20份、马来酸酐接枝EVA树脂8-12份以及分散剂1-2份；
所述复合阻燃剂采用如下方法制备：以重量份数计，取氢氧化铝40-50份、分散剂1-2份以及水20-30份，经过研磨后，得到氢氧化铝悬浮液；将氢氧化铝悬浮液升温至170-180℃，然后向其中加入10-20份三聚氰胺以及8-12份马来酸酐接枝EVA树脂，保温搅拌3-5h；然后在80-90℃的温度下，干燥6-8h，得到复合阻燃剂；
所述增韧剂由如下重量份的原料制得：氯化聚乙烯30-40份、线性低密度聚乙烯30-40份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物25-35份、埃洛石粉10-12份、白刚玉微粉5-7份以及钛酸酯偶联剂0.8-1份；
所述增韧剂采用如下方法制备：以重量份数计，取埃洛石粉以及白刚玉微粉，将其在110-120℃的温度下，干燥6-8h，然后将干燥后的埃洛石粉10-12份、白刚玉粉5-7份与氯化聚乙烯30-40份、线性低密度聚乙烯30-40份、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物25-35份以及钛酸酯偶联剂0.8-1份，在2000-4000r/min的速度下，混合5-10min，得到预混物；将预混物在160-180℃的温度下熔融共混，然后经过挤出造粒后，得到增韧剂。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃电缆管，其特征在于：所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃电缆管，其特征在于：所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸脂。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃电缆管，其特征在于：所述抗氧剂由重量比为1:1的抗氧剂1010和抗氧剂DLTP混合而成。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的阻燃电缆管的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：取聚丙烯树脂40-50份、马来酸酐接枝聚乙烯树脂10-15份、复合阻燃剂15-25份、增韧剂4-8份、润滑剂3-5份以及抗氧剂1-2份，在温度为90-100℃、搅拌速度为200-300r/min的条件下搅拌10-20min，得到混合料；
S2：将混合料置于双螺杆挤出机中，经过熔融挤出造粒后，得到聚丙烯母料；
S3：将聚丙烯母料置于单螺杆塑料挤出成型机中，挤出成型得到管材；将管材在2-3m/min的速度下经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管。
6.根据权利要求5所述的一种阻燃电缆管的制备方法，其特征在于：S2中所述双螺杆挤出机中的各区温度为：一区165-175℃、二区170-180℃、三区180-190℃、四区190-200℃、五区195-205℃、六区200-210℃、七区195-205℃、八区175-185℃、九区165-175℃，模头温度为160-170℃。
7.根据权利要求5所述的一种阻燃电缆管的制备方法，其特征在于： S3中所述单螺杆塑料挤出成型机的各区温度为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区190-200℃、四区195-205℃、五区200-205℃、六区205-210℃，模头温度为190-200℃。
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