CN110791007A - 一种超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料及制备方法 - Google Patents

一种超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料及制备方法。所述电缆料的各组分及重量份数包括：100份基体树脂、20‑60份增韧树脂、150‑200份阻燃剂、10‑15份改性助剂、3‑5份抗氧剂和1‑3份偶联剂；所述基体树脂为下述的一种或两种以上：聚乙烯、三元乙丙橡胶和乙烯‑辛烯共聚物；所述增韧树脂为乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯‑辛烯共聚物(POE)的混合物；所述改性助剂为硬脂酸和/或油酸酰胺与八目酸铵的混合物。

Description

一种超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤阻燃电缆料及其制备方法，更具体地涉及一种超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料及制备方法。
背景技术
随着国家基础建设的迅速发展，我国北方城市的电缆用量也在逐年加大，尤其是建筑及铁路线缆方面，国家对阻燃以及特殊性能的要求也越来越高，目前建筑及铁路线缆要求的阻燃等级从以往的成束A/B/C级升至B1级，在高阻燃的情况下，常规的低烟无卤电缆在低温条件下出现了大量的开裂问题，因此，对于开发低温环境下的高阻燃低烟无卤电缆的趋势也愈发明显。
发明内容
本发明旨在提供耐油性能好，阻燃性能好，柔韧性优越，耐高低温的低烟无卤阻燃电缆料及制备方法。
在本发明的第一方面，提供一种超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料，所述电缆料的各组分及重量份数包括：
Figure BDA0002305631160000011
所述基体树脂为下述的一种或两种以上：聚乙烯、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯共聚物；
所述增韧树脂为乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-辛烯共聚物(POE)的混合物；
所述改性助剂为硬脂酸和/或油酸酰胺与八目酸铵的混合物。
在另一优选例中，所述的乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-辛烯共聚物(POE)的混合质量比为1-10：1。
在另一优选例中，所述的硬脂酸和/或油酸酰胺与八目酸铵的混合质量比为1：1-10。
在另一优选例中，所述的阻燃剂为氢氧化铝和/或氢氧化镁。
在另一优选例中，所述的抗氧剂为下述的一种或两种以上：4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300#)、硫代二丙酸双月桂酯(抗氧剂DLTP)和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
在另一优选例中，所述的偶联剂为下述的一种或两种以上：乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)、道康宁11-100和乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)。
在本发明的第二方面，提供一种如上所述的本发明提供的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料制得的电缆。
在本发明的第三方面，提供一种如上所述的本发明提供的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料的制备方法，所述方法包括步骤：
(1)使混合均匀的增韧树脂成为0.5-2mm的粉末；
(2)在100-150℃下使混合均匀的改性助剂成为液态；
(3)将阻燃剂、步骤(1)得到的增韧树脂粉末和步骤(2)得到的液态改性助剂进行混合后挤出造粒，得到混合母料；和
(4)将基体树脂、抗氧剂、偶联剂和步骤(3)得到的混合母料进行混合后挤出造粒，得到所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料。
在另一优选例中，步骤(3)的挤出温度为120-140℃；步骤(4)的挤出温度为90-110℃。
在本发明的第四方面，提供一种如上所述的本发明提供的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料的应用。
据此，本发明提供了低温环境下的高阻燃低烟无卤电缆。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，在配方中使用增韧树脂和改性助剂，获得了一种电缆材料耐低温且耐油性能好，阻燃性能好，超柔软的低烟无卤阻燃电缆料及制备方法。在此基础上完成了本发明。
本发明中，术语“含有”或“包括”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”中。
以下对本发明的各个方面进行详述：
超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料
本发明提供了一种超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料，其各组分包括：
基体树脂 100份；
增韧树脂 20-60份；
阻燃剂 150-200份；
改性助剂 10-15份；
抗氧剂 3-5份；
偶联剂 1-3份。
基体树脂
本发明电缆料中各成分的含量以含有的基体树脂为100重量份为计，所述基体树脂可以是聚乙烯、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯共聚物(POE)中的一种或两种以上的混合。
在某些实施方式中，所述三种基体树脂的熔融指数在温度190℃，负荷2.16KG的条件下为2-5g/10min，优选为3g/10min。三种基体树脂的分子量大小为2万至5万，优选为3万。乙丙橡胶门尼粘度在50至100，优选为80。在某些实施方式中，所述基体树脂的熔融温度为70-90℃，优选为75℃。
增韧树脂
本发明电缆料中含有20-60重量份增韧树脂，例如30-50重量份、35-45重量份或25-40重量份等。所述增韧树脂可以是乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-辛烯共聚物(POE)的混合物。
可以使用本领域常用的乙烯丙烯酸丁酯(EBA)，在某些实施方式中，所述乙烯丙烯酸丁酯(EBA)，其中BA含量在5％至25％之间，优选为15％；熔融指数在温度190℃，负荷2.16KG的条件下为3至10g/10min，优选为4g/10min。
可以使用本领域常用的乙烯-辛烯共聚物(POE)，在某些实施方式中，所述乙烯-辛烯共聚物(POE)融指范围在温度190℃，负荷2.16KG的条件下为1至10g/10min，优选的融指为3g/10min。
在某些实施方式中，所述增韧树脂中乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-辛烯共聚物(POE)的质量比为1：1至10:1，如2：1至8:1、5：1至7:1或6：1至9:1等，优选为3:1。
在某些实施方式中，使用的增韧树脂为粉状物，粒径在0.5-2毫米之间，例如0.6-1.5毫米、0.7-1.2毫米或0.9-1.8毫米等，优选0.8毫米。
本发明使用的增韧树脂可以使所获得的电缆料在低温环境下还有韧性，防止电缆出现开裂的情况。
阻燃剂
本发明电缆料中含有150-200重量份阻燃剂，例如160-190重量份、155-180重量份或170-195重量份等。所述阻燃剂可以是氢氧化铝、氢氧化镁或其混合。
本发明提供的电缆料可以满足B1的阻燃要求，本发明使用的阻燃剂还具有抑烟和降低热量的作用。
改性助剂
本发明电缆料中含有10-15重量份增韧树脂，例如12-14重量份、10-13重量份或11-15重量份等。所述改性助剂的必要组分是八目酸铵，可以降低材料的烟释放量；可选组分为硬脂酸、油酸酰胺或其混合，发现该可选组分可改性阻燃剂的表面，使阻燃剂与增韧树脂贴合得更好。
在某些实施方式中，所述改性助剂中的必要组分与中乙烯丙烯酸丁酯(EBA)可选组分的质量比为1：1至10:1，如2：1至8:1、5：1至7:1或6：1至9:1等，优选为4:1。
抗氧剂
本发明电缆料中含有3-5重量份抗氧剂，例如3.2-4.9重量份、3.2-4重量份或3-4.5重量份等。在某些实施方式中，所述的抗氧剂为4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300#)、硫代二丙酸双月桂酯(抗氧剂DLTP)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)、或其两种以上的混合。
偶联剂
本发明电缆料中含有1-3重量份抗氧剂，例如1.1-2.8重量份、1.5-2.5重量份或1.7-2.7重量份等。在某些实施方式中，所述的偶联剂为乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)、道康宁11-100、乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)、或其两种以上的混合。
本发明的电缆料非常柔软，具有极佳的加工性能，并且具有很好的阻燃性能和耐寒性能。
更具体地，本发明的电缆料及其制得的电缆，根据GB/T 32129-2015低烟无卤材料标准和GB 31247-2014B1阻燃等级标准的测试方法，具有下述一种或两种以上的特征：
零下40℃低温拉伸率至少20％，较佳地可达到23％以上，更佳地可达到25％以上；
可通过零下40℃的热冲击；
可通过B1级阻燃；
透光率至少60％，较佳地可达到63％以上，更佳地可达到65％以上；
热释放量不超过30KW，较佳地可不超过28KW，更佳地可不超过25KW。
制备方法
本发明的第二方面提供一种如本发明所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料的制备方法，包括以下工艺步骤:
第一步，提供如本发明所述的电缆料各组分；其中的增韧树脂为粉末状，改性助剂为液体状态；
第二步，将增韧树脂粉末、阻燃剂和液体状态的改性助剂按照比例加入双螺杆造粒机，再进入单螺杆挤出造粒，得到混合母料；
第三步，将混合母料、基体树脂、抗氧剂和偶联剂按照规定比例加入双螺杆造粒机，再进入单螺杆挤出造粒得到超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料。
在某些实施方式中，上述第一步中可通过研磨的方式获得增韧树脂粉末，较佳地可以使乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-辛烯共聚物(POE)混合均匀后，通过磨粉机获得增韧树脂粉末。可以使用本领域常规的方式将乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-辛烯共聚物(POE)混合均匀，例如但不限于，使用高速搅拌机。
在本发明的一些实施例中，上述第一步中所述的增韧树脂粉末粒径在0.5-2毫米之间，优选在0.5-1.5毫米之间，更优选在0.5-1毫米之间。
在某些实施方式中，上述第一步中可通过加热的方式获得液体状态的改性助剂，较佳地可以是改性助剂中的必要组分与可选组分混合后在100-150℃的储液罐中使其处于液体状态。储液罐的温度可以是110-140℃、115-125℃和120-135℃等。可以使用本领域常规的方式将改性助剂中的各组分混合均匀，例如但不限于，使用高速搅拌机。在本发明的一些实施例中，高速搅拌机的速率为100r至500r/min，例如150r至450r/min、300r至500r/min和250r至350r/min等。
在某些实施方式中，上述第三步的双螺杆挤出温度为120-140℃，例如125-140℃、125-135℃等。发明人发现，该温度下可以保证改性助剂、增韧树脂粉末及阻燃剂充分混合均匀，同时还可以保证阻燃剂不会发生分解，影响后续的阻燃性能。
在某些实施方式中，上述第四步的双螺杆挤出温度为90-110℃，例如95-105℃、90-105℃等。
虽然用以界定本发明的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，“约”通常是指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。或者是，“约”一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本领域技术人员的考虑而定。除了实验例之外，或除非另有明确的说明，当可理解此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其它相似者)均经过“约”的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随权利要求书所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。
如无具体说明，本发明的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，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
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
以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。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。
实施例1
本实施例提供一种超柔软、耐寒、高阻燃热塑性低烟无卤电缆料其制备方法，由以下原料制备而成：
Figure BDA0002305631160000071
Figure BDA0002305631160000081
该实施例的电缆料制备方法，其由以下步骤组成：
1)将本发明使用的增韧树脂用高速搅拌机按照规定比例混合均匀，随后倒入磨粉机中，磨成粒径0.8mm的粉末；
2)将本发明使用的改性助剂，用高速搅拌机按照规定比例混合均匀，随后倒入可加热的储液罐中，储液罐的温度保持在130℃，使改性助剂处于液体状态，其中，高速搅拌机的速率为400r/min；
3)将1)中的增韧树脂粉末、阻燃剂、和2)中的改性助剂，按照规定比例加入双螺杆造粒机中，双螺杆挤出设定温度为七个区，各区温度分别为120℃120℃125℃130℃130℃135℃135℃，随后进入单螺杆挤出造粒，空气冷却后打包，得到混合母料。
4)将3)中的混合母料与基体树脂、抗氧剂、偶联剂按照规定比例加入双螺杆造粒机中，双螺杆挤出温度为七个区，各区温度分别为90℃90℃90℃95℃95℃95℃100℃，随后进入单螺杆挤出造粒，空气冷却后打包，得到成品。
实施例2
本实施例提供一种超柔软、耐寒、高阻燃热塑性低烟无卤电缆料其制备方法，由以下原料制备而成：
Figure BDA0002305631160000082
Figure BDA0002305631160000091
该实施例的电缆料制备方法，其由以下步骤组成：
1)将本发明使用的增韧树脂用高速搅拌机按照规定比例混合均匀，随后倒入磨粉机中，磨成粒径0.8mm的粉末；
2)将本发明使用的改性助剂，用高速搅拌机按照规定比例混合均匀，随后倒入可加热的储液罐中，储液罐的温度保持在130℃，使改性助剂处于液体状态，其中，高速搅拌机的速率为400r/min；
3)将1)中的增韧树脂粉末、阻燃剂、和2)中的改性助剂，按照规定比例加入双螺杆造粒机中，双螺杆挤出设定温度为七个区，各区温度分别为120℃120℃125℃130℃130℃135℃135℃，随后进入单螺杆挤出造粒，空气冷却后打包，得到混合母料。
4)将3)中的混合母料与基体树脂、抗氧剂、偶联剂按照规定比例加入双螺杆造粒机中，双螺杆挤出温度为七个区，各区温度分别为90℃90℃90℃95℃95℃95℃100℃，随后进入单螺杆挤出造粒，空气冷却后打包，得到成品。
实施例3
本实施例提供一种超柔软、耐寒、高阻燃热塑性低烟无卤电缆料其制备方法，由以下原料制备而成：
Figure BDA0002305631160000092
Figure BDA0002305631160000101
该实施例的电缆料制备方法，其由以下步骤组成：
1)将本发明使用的增韧树脂用高速搅拌机按照规定比例混合均匀，随后倒入磨粉机中，磨成粒径0.8mm的粉末；
2)将本发明使用的改性助剂，用高速搅拌机按照规定比例混合均匀，随后倒入可加热的储液罐中，储液罐的温度保持在130℃，使改性助剂处于液体状态，其中，高速搅拌机的速率为400r/min；
3)将1)中的增韧树脂粉末、阻燃剂、和2)中的改性助剂，按照规定比例加入双螺杆造粒机中，双螺杆挤出设定温度为七个区，各区温度分别为120℃120℃125℃130℃130℃135℃135℃，随后进入单螺杆挤出造粒，空气冷却后打包，得到混合母料。
4)将3)中的混合母料与基体树脂、抗氧剂、偶联剂按照规定比例加入双螺杆造粒机中，双螺杆挤出温度为七个区，各区温度分别为90℃90℃90℃95℃95℃95℃100℃，随后进入单螺杆挤出造粒，空气冷却后打包，得到成品。
对比例1
本对比例为未加入本专利提供的增韧剂、改性助剂的成品
Figure BDA0002305631160000111
本对比例采用传统的双螺杆造粒工艺，通过失重称将规定比例的粉体、树脂和液体加入到螺杆中，螺杆挤出温度为110℃至180℃。
对比例2
本对比例采用常规配方的低烟无卤成品：
Figure BDA0002305631160000112
本对比例采用传统的双螺杆造粒工艺，通过失重称将规定比例的粉体、树脂和液体加入到螺杆中，螺杆挤出温度为110℃至180℃。
上述实施例和对比例，按照GB/12706-2008低烟无卤电缆的制造方法生产电力电缆，电力电缆的生产工艺、设备及规格全部一致，电缆及电缆材料根据GB/T 32129-2015低烟无卤材料标准和GB 31247-2014B1阻燃等级标准的测试方法，得到的实施例和对比例数据如下表：
Figure BDA0002305631160000113
Figure BDA0002305631160000121
结果表明，使用本发明的增韧树脂和生产工艺，可以保证在-40℃下，热冲击试验合格，加入改性助剂后，可以保证生产电缆的透光率、阻燃及热释放都达到要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。

Claims (10)

1.一种超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料，其特征在于，所述电缆料的各组分及重量份数包括：
Figure FDA0002305631150000011
所述基体树脂为下述的一种或两种以上：聚乙烯、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯共聚物；
所述增韧树脂为乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-辛烯共聚物(POE)的混合物；
所述改性助剂为硬脂酸和/或油酸酰胺与八目酸铵的混合物。
2.如权利要求1所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料，其特征在于，所述的乙烯丙烯酸丁酯(EBA)和乙烯-辛烯共聚物(POE)的混合质量比为1-10：1。
3.如权利要求1所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料，其特征在于，所述的硬脂酸和/或油酸酰胺与八目酸铵的混合质量比为1：1-10。
4.如权利要求1所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料，其特征在于，所述的阻燃剂为氢氧化铝和/或氢氧化镁。
5.如权利要求1所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料，其特征在于，所述的抗氧剂为下述的一种或两种以上：4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(抗氧剂300#)、硫代二丙酸双月桂酯(抗氧剂DLTP)和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
6.如权利要求1所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料，其特征在于，所述的偶联剂为下述的一种或两种以上：乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)、道康宁11-100和乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)。
7.一种如权利要求1所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料制得的电缆。
8.一种如权利要求1所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)使混合均匀的增韧树脂成为0.5-2mm的粉末；
(2)在100-150℃下使混合均匀的改性助剂成为液态；
(3)将阻燃剂、步骤(1)得到的增韧树脂粉末和步骤(2)得到的液态改性助剂进行混合后挤出造粒，得到混合母料；
(4)将基体树脂、抗氧剂、偶联剂和步骤(3)得到的混合母料进行混合后挤出造粒，得到所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)的挤出温度为120-140℃；步骤(4)的挤出温度为90-110℃。
10.一种如权利要求1所述的超柔软耐寒高阻燃热塑性低烟无卤电缆料的应用。
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