CN110358199A - 一种电缆外护套用阻燃组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电缆外护套用绝缘组合物，包括以下重量份数的组分：三元乙丙橡胶60～70份；低密度聚乙烯30～40份；聚乙烯蜡0.5～2份；抗氧剂：4～10份；对苯醌二肟：0.5～3份；过氧化二异丙苯：2～5份；阻燃填充剂：50～100份；协效阻燃剂：1～5份。本发明在共混组合物中加入适量的聚乙烯蜡，减小了聚合物分子链的缠结效果，改善了共混组合物的加工性能，同时润湿氢氧化镁，改进氢氧化镁与聚合物界面相容性，使氢氧化镁均匀分散于聚合物中，避免因氢氧化镁颗粒团聚而使得共混组合物的机械性能降低。同时本发明也提供了一种电缆外护套用阻燃组合物及其制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及电缆领域，具体涉及一种电缆外护套用组合物及其包含有该组合物的电缆。
背景技术
在电缆制备工艺中，PVC是常用的电缆外护套基料，但由于PVC含有大量氯元素，燃烧时会释放大量有毒气体，对人体及环境造成危害。随着环保要求的不断提高，使用取代PVC的绝缘材料已成为电缆发展的必然趋势。在此趋势下，三元乙丙橡胶及其复合材料作为取代PVC的基料被广泛应用于电缆外护套的制备，三元乙丙橡胶主要由乙烯、丙烯、及不饱和的第三单体三元共聚而成，具有优良的耐热性及耐气候性，及化学结构稳定性，特别是电气性能方面更具特色，具有优良的高绝缘电阻率。然而，目前三元乙丙橡胶大多采用添加氢氧化镁、氢氧化铝作为阻燃剂，这类无机阻燃剂的阻燃效率低，需要较大的填充量才能使三元乙丙橡胶达到理想的阻燃级，但同时也会影响三元乙丙橡胶及其复合材料的加工性能、绝缘性能和机械性能，尤其会使其断裂伸长率变差。
发明内容
本发明的目的是解决以三元乙丙橡胶及其复合物为基料的电缆外护套料存在的上述问题，提供了一种电缆外护套用阻燃组合物，其使用了氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物作为阻燃填充剂，同时添加了烷基次膦酸盐作为协效阻燃剂。本发明的电缆外护套用阻燃组合物的特征是使用了较少量的阻燃剂填充剂，通过添加高效阻燃的氢氧化镁和三聚氰胺尿酸盐复配物，并和烷基次膦酸盐产生协同增效作用，在降低阻燃剂用量的情况下仍可以提高三元乙丙橡胶的阻燃性能，同时保持良好的加工性能和力学性能，且生产工艺简单，具有广阔的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种电缆外护套用绝缘组合物，包括以下重量份数的组分：
三元乙丙橡胶60～70份；
低密度聚乙烯30～40份；
聚乙烯蜡0.5～2份；
抗氧剂：4～10份；
对苯醌二肟：0.5～3份；
过氧化二异丙苯：2～5份；
阻燃填充剂：50～100份；
协效阻燃剂：1～5份。
优选的，本发明提供了一种电缆外护套用绝缘组合物，包含如下重量份数的组分：
三元乙丙橡胶70份；
低密度聚乙烯30份；
聚乙烯蜡2份；
抗氧剂：10份；
对苯醌二肟：3份；
过氧化二异丙苯：5份；
阻燃填充剂：100份；
协效阻燃剂：5份。
所述的三元乙丙橡胶选用德国朗盛公司生产的TELTAN EPDM 2470L乙丙橡胶，乙烯含量69wt％，第三单体是亚乙基降冰片烯。
所述的低密度聚乙烯选用燕山石化生产的LD100AC。
所述的聚乙烯蜡选用霍尼韦尔公司生产的AC-400A。
所述的抗氧剂优选4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺。
所述的协效阻燃剂是烷基次膦酸盐，优选二乙基烷基次膦酸铝。
所述的阻燃填充剂优选氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物，氢氧化镁和三聚氰胺尿酸盐的质量分数比为1:0.5～3.5:1，优选3.5:1。
所述的氢氧化镁实验室自制得到，细度为5000目～10000目，优选6000目。
所述的氢氧化镁经硅烷偶联剂表面改性处理得到，硅烷偶联剂优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷，用量为氢氧化镁质量分数的1～1.5％，优选1.5％，硅烷偶联剂水解后生成硅醇，在加热条件下，硅醇均匀分散在氢氧化镁表面，与其表面羟基发生脱水缩合并同时发生自聚，接枝到了氢氧化镁表面。
所述的阻燃填充剂的制备方法包括以下步骤：
1)称取适量的氢氧化镁置于真空干燥箱中，在60摄氏度下干燥5小时备用；
2)称取适量的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和甲苯混合稀释；
3)将上述步骤2)所得的γ-氨丙基三乙氧基硅烷甲苯稀释液和步骤1)所得的氢氧化镁置于高速搅拌机中，转速500r/min，在室温下搅拌30min，将搅拌机温度升高至80摄氏度，转速调制2000r/min，搅拌1h；
4)称取适量的三聚氰胺尿酸盐加入高速搅拌机，在室温下搅拌15min，过滤、洗涤、置于真空干燥箱中在90设施度下干燥5h，得到氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物，室温下静置备用。
本发明还提供了一种制备上述电缆外护套用阻燃组合物的方法，包括以下步骤：
1)称取适量的三元乙丙橡胶和低密度聚乙烯置于密炼机中混炼30min，混炼温度为100摄氏度；
2)称取适量的聚乙烯蜡、抗氧剂、阻燃填充剂、协效阻燃剂加入密炼机，混炼1h，混炼温度上升至120摄氏度；
3)称取适量的苯醌二肟、过氧化二异丙苯加入密炼机，混炼1h，混炼温度为120摄氏度；
4)将步骤3)所得的混炼物料置于挤出机中挤出得到电缆外护套用绝缘组合物。
本发明的有益效果是：
1、共混组合物中加入适量的聚乙烯蜡，减小了聚合物分子链的缠结效果，改善了共混组合物的加工性能，同时润湿氢氧化镁，改进氢氧化镁与聚合物界面相容性，使氢氧化镁均匀分散于聚合物中，避免因氢氧化镁颗粒团聚而使得共混组合物的机械性能降低。
2、氢氧化镁和三聚氰胺尿酸盐混合均匀后作为复配物使用可产生良好的协效阻燃作用，三聚氰胺尿酸盐燃烧时升华吸热，同时分解产生大量的惰性气体，稀释了氧气和聚合物分解产生的可燃气体，同时在燃烧过程中在聚合物表面形成致密的碳层，起到阻隔作用，阻止聚合物接触氧气，而氢氧化镁在高温时吸热分解，生产的氧化镁覆盖在聚合物表面起到阻隔作用，提高碳层的抗高温火焰的能力，生成的水蒸气可稀释氧气和可燃气体浓度，同时形成低导热系数的多孔质密碳层，有效阻隔火焰热度的传导。
3、二乙基烷基次膦酸铝和氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物起到协效阻燃的作用，提高了组合物体系的阻燃性能。二乙基烷基次膦酸铝的协效阻燃的机理是在燃烧过程受热分解生成大量PO*自由基，这些自由基捕捉气相中的活泼氧自由基，从而终止燃烧链式反应。
具体实施方式
实施例1
一种电缆外护套用阻燃组合物，包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶60份；
低密度聚乙烯40份；
聚乙烯蜡0.5份；
4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺：4份；
对苯醌二肟：0.5份；
过氧化二异丙苯：2份；
阻燃填充剂：50份
二乙基烷基次膦酸铝：1份。
所述的的阻燃填充剂是氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物，其制备方法包括如下步骤：
1)称取33.5份氢氧化镁置于真空干燥箱中，在60摄氏度下干燥5小时备用；
2)称取3.5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷和35份甲苯混合稀释；
3)将上述步骤2)所得的γ-氨丙基三乙氧基硅烷甲苯稀释液和步骤1)的氢氧化镁置于高速搅拌机中，转速500r/min，在室温下搅拌30min，将搅拌机温度升高至80摄氏度，转速调制2000r/min，搅拌1h；
4)称取16.5份三聚氰胺尿酸盐加入高速搅拌机，在室温下搅拌15min，过滤、洗涤、置于真空干燥箱中在90设施度下干燥5h，得到氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物，室温下静置备用。
一种电缆外护套用阻燃组合物的制备方法，包括以下步骤：
1)称取60份三元乙丙橡胶和40份低密度聚乙烯置于密炼机中混炼30min，混炼温度控制在100摄氏度；
2)称取聚乙烯蜡0.5份、4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺4份、二乙基次膦酸铝1份和上述步骤所得的氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物加入密炼机，混炼1h，混炼温度上升至120摄氏度；
3)称取对苯醌二肟0.5份、过氧化二异丙苯2份加入密炼机，混炼1h，混炼温度为120摄氏度；
4)将步骤3)所得的混炼物料置于挤出机中挤出得到电缆外护套用绝缘组合物。
实施例2
一种电缆外护套用阻燃组合物，其包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶：65份；
低密度聚乙烯：35份；
聚乙烯蜡：1.2份；
4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺：7份；
对苯醌二肟：2份；
过氧化二异丙苯：3.5份；
阻燃填充剂：80份
二乙基烷基次膦酸铝：3.5份。
所述的的阻燃填充剂是氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物，其制备方法包括如下步骤：
1)称取59份氢氧化镁置于真空干燥箱中，在60摄氏度下干燥5小时备用；
2)称取7.5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷和75份甲苯混合稀释；
3)将上述步骤2)所得的γ-氨丙基三乙氧基硅烷甲苯稀释液和步骤1)的氢氧化镁置于高速搅拌机中，转速500r/min，在室温下搅拌30min，将搅拌机温度升高至80摄氏度，转速调制2000r/min，搅拌1h；
4)称取21份三聚氰胺尿酸盐加入高速搅拌机，在室温下搅拌15min，过滤、洗涤、置于真空干燥箱中在90设施度下干燥5h，得到氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物，室温下静置备用。
一种电缆外护套用阻燃组合物的制备方法，包括以下步骤：
1)称取65份三元乙丙橡胶和35份低密度聚乙烯置于密炼机中混炼30min，混炼温度控制在100摄氏度；
2)称取聚乙烯蜡1.2份、4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺7份、二乙基次膦酸铝3.5份和上述步骤所得的氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物加入密炼机，混炼1h，混炼温度上升至120摄氏度；
3)称取对苯醌二肟3.5份、过氧化二异丙苯2份加入密炼机，混炼1h，混炼温度为120摄氏度；
4)将步骤3)所得的混炼物料置于挤出机中挤出得到电缆外护套用绝缘组合物。
实施例3
一种电缆外护套用阻燃组合物，其包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶：70份；
低密度聚乙烯：30份；
聚乙烯蜡：2份；
4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺：10份；
对苯醌二肟：3份；
过氧化二异丙苯：5份；
阻燃填充剂：100份
二乙基烷基次膦酸铝：5份。
所述的的阻燃填充剂是氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物，其制备方法包括如下步骤：
1)称取77.5份氢氧化镁置于真空干燥箱中，在60摄氏度下干燥5小时备用；
2)称取11.5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷和115份甲苯混合稀释；
3)将上述步骤2)所得的γ-氨丙基三乙氧基硅烷甲苯稀释液和步骤1)的氢氧化镁置于高速搅拌机中，转速500r/min，在室温下搅拌30min，将搅拌机温度升高至80摄氏度，转速调制2000r/min，搅拌1h；
4)称取22.5份三聚氰胺尿酸盐加入高速搅拌机，在室温下搅拌15min，过滤、洗涤、置于真空干燥箱中在90设施度下干燥5h，得到氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物，室温下静置备用。
一种电缆外护套用阻燃组合物的制备方法，包括以下步骤：
1)称取70份三元乙丙橡胶和30份低密度聚乙烯置于密炼机中混炼30min，混炼温度控制在100摄氏度；
2)称取聚乙烯蜡0.5份、4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺10份、二乙基次膦酸铝5份和上述步骤所得的氢氧化镁/三聚氰胺尿酸盐复配物加入密炼机，混炼1h，混炼温度上升至120摄氏度；
3)称取对苯醌二肟3份、过氧化二异丙苯5份加入密炼机，混炼1h，混炼温度为120摄氏度；
4)将步骤3)所得的混炼物料置于挤出机中挤出得到电缆外护套用绝缘组合物。
对比例1
一种电缆外护套用阻燃组合物，其包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶：70份；
低密度聚乙烯：30份；
4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺：10份；
对苯醌二肟：3份；
过氧化二异丙苯：5份；
阻燃填充剂：100份
二乙基烷基次膦酸铝：5份。
以与实施例1相同的步骤制备阻燃填充剂。
以与实施例1相同的步骤制备电缆外护套用阻燃组合物。
对比例2
一种电缆外护套用阻燃组合物，其包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶：70份；
低密度聚乙烯：30份；
聚乙烯蜡：2份；
4,4’-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺：10份；
对苯醌二肟：3份；
过氧化二异丙苯：5份；
阻燃填充剂：100份
以与实施例1相同的步骤制备阻燃填充剂。
以与实施例1相同的步骤制备电缆外护套用阻燃组合物。
所得电缆外护套用绝缘组合物，其测试性能如下：
上述实施例只为说明本发明的技术方案，目的在于让本技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明实质所做的等效变化，都应落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种电缆外护套用绝缘组合物，包括以下重量份组分：
三元乙丙橡胶60～70份；
低密度聚乙烯30～40份；
聚乙烯蜡0.5～2份；
抗氧剂：4～10份；
对苯醌二肟：0.5～3份；
过氧化二异丙苯：2～5份；
阻燃填充剂：50～100份；
协效阻燃剂：1～5份。
2.如权利要求1所述的一种电缆外护套用绝缘组合物，其特征在于，所述抗氧剂是4,4'-双(α,α-二甲基苄基)二苯胺。
3.如权利要求1所述的一种电缆外护套用绝缘组合物，其特征在于，所述的协效阻燃剂是二乙基次膦酸铝。
4.如权利要求1所属的一种电缆外护套用绝缘组合物，其特征在于，所述的阻燃填充剂为氢氧化镁和三聚氰胺尿酸盐的复配物。
5.如权利要求4所属的一种电缆外护套用绝缘组合物，其特征在于，所述复配物的氢氧化镁和三聚氰胺尿酸盐的质量分数比为1:0.5～3.5:1。
6.如权利要求4所属的一种电缆外护套用绝缘组合物，其特征在于，所述氢氧化镁的细度为5000目～10000目。
7.如权利要求4所述的一种电缆外护套用绝缘组合物，其特征在于，所述的氢氧化镁经γ-氨丙基三乙氧基硅烷表面改性所得。
8.如权利要求7所述的一种电缆外护套用绝缘组合物，其特征在于，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为氢氧化镁质量分数的1～1.5％。
9.如权利要求1～8所述的电缆外护套用绝缘组合物的制备方法，其包括以下步骤：
1)称取适量的三元乙丙橡胶和低密度聚乙烯置于密炼机中混炼30min，混炼温度为100摄氏度；
2)称取适量的聚乙烯蜡、抗氧剂、阻燃填充剂、协效阻燃剂加入密炼机，混炼1h，混炼温度上升至120摄氏度；
3)称取适量的苯醌二肟、过氧化二异丙苯加入密炼机，混炼1h，混炼温度为120摄氏度；
4)将步骤3)所得的混炼物料置于挤出机中挤出得到电缆外护套用绝缘组合物。
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