CN110951141A - 一种双层共挤绝缘led紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法 - Google Patents

一种双层共挤绝缘led紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，由内层绝缘材料和外层绝缘材料组成，内层绝缘材料由马来酸酐接枝乙烯‑辛烯共聚物、聚乙烯、乙烯‑辛烯共聚物、阻燃剂、阻燃增效剂、抗氧剂、金属钝化剂、润滑剂、光引发剂、多官能团交联剂和色母组成；外层绝缘材料由马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、间规1,2‑聚丁二烯、阻燃剂、阻燃增效剂、抗氧剂、润滑剂、光引发剂、多官能团交联剂和色母组成。本发明的双层共挤内层绝缘料和外层绝缘料挤出后通过LED辐照设备，在线交联速度快，电线各项性能均能符合JG/T 441‑2014，电线力学性能和电气性能优异，阻燃性能好，并且其使用寿命能长达70年以上。

Description

一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料 及其制备方法
技术领域
本发明涉及辐照交联双层共挤电缆料领域，更具体是涉及一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法。
背景技术
随着时代的进步与发展，家用电器的功率和品种不断增加，电线超负荷运行常态化，传统的PVC布电线由于受限于当时的技术、工艺、材料等因素，其耐温等级低、使用寿命短仅25年，而新型的单层低烟无卤绝缘材料使用的无卤阻燃剂极易吸潮，导致其绝缘电阻下降。
房屋建筑电线的安全性关系到每个人的生命安全，随着城市房屋建筑高层化发展速度较快，建筑用布电线和建筑物使用寿命同步是发展大趋势，相对于70年的房屋产权，电线只有25年寿命显然远远不达标。由于电线绝缘层在正常运行中会发生热作用，导致绝缘材料发生热氧化裂解，最终老化并引发漏电、火灾等安全事故，由于电缆价格较高，中途换线对建筑结构会造成损坏，房屋和道路下的供电线缆被过度使用的情况不在少数，实现电线的长寿命已经迫在眉睫。
因此，如何提供一种使用寿命长并且性能优异的双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法，该双层绝缘材料通过挤出机挤出电线，经过LED辐照设备，不仅可以高速生产彩色双绝缘电线，而且符合JG/T441-2014标准中力学性能、电气性能、燃烧性能、70年热寿命、200℃热延伸、烟中透光率、无卤等指标。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，所述电缆料由内层绝缘材料和外层绝缘材料组成；
其中，所述内层绝缘材料由以下重量份的原料组成：马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)2-10份、聚乙烯(PE)5-30份、乙烯-辛烯共聚物(POE)5-20份、阻燃剂15-35份、阻燃增效剂3-10份、抗氧剂0.5-2份、金属钝化剂0.1-0.5份、润滑剂1-5份、光引发剂1-3份、多官能团交联剂0.5-3份和色母0.5-1.0份；
所述外层绝缘材料以下重量份的原料组成：马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)2-10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)5-20份、间规1,2-聚丁二烯(PB)5-20份、阻燃剂50-70份、阻燃增效剂5-15份、抗氧剂0.5-2份、润滑剂1-5份、光引发剂0.7-2.6份、多官能团交联剂1.0-2.5份和色母0.5-1.0份。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的接枝率为0.5-1.8％，所用乙烯-辛烯共聚物中辛烯含量为20-40％，在190℃和2.16kg的条件下熔融指数为2-8g/10min。
上述技术方案的有益效果是：马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物具有良好的粉体填充性，上述接枝率能增强树脂及粉体间的相容性，上述熔融指数适合于材料的挤出，若太大会导致出料不稳，太小则挤出困难。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述聚乙烯(PE)为双峰线性聚乙烯和高密度聚乙烯中的一种或者两种的组合；所述聚乙烯在190℃和2.16kg的条件下熔融指数为1-5g/10min。
上述技术方案的有益效果是：聚乙烯合适的熔融指数适合于材料的挤出，若太大会导致出料不稳，太小则挤出困难。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述马来酸酐接枝聚乙烯(PE)的接枝率为0.4-2.0％，在190℃和2.16kg的条件下熔融指数为1-4g/10min。
上述技术方案的有益效果是：上述合适的接枝率能增强树脂及粉体间的相容性，合适的熔融指数适合于材料的挤出，若太大会导致出料不稳，太小则挤出困难。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量为14-33％,在190℃和2.16kg的条件下熔融指数为0.5-7g/10min。
上述技术方案的有益效果是：合适的乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量能增强材料的粉体填充性，增强材料的阻燃效果，合适的熔融指数适合于材料的挤出，若太大会导致出料不稳，太小则挤出困难。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述间规1,2-聚丁二烯(PB)的分子量为100000-200000，结晶度为13％-32％。
上述技术方案的有益效果是：间规1,2-聚丁二烯(PB)的上述分子量及结晶度适合于材料的交联效果，分子量太大或太小交联效果不好。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述阻燃剂为水合金属氧化物，所述水合金属氧化物为氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种，并且所述阻燃剂的平均粒径D50为1.0-2.0μm。
上述技术方案的有益效果是：上述限定的阻燃剂粒径有利于粉体的填充性及材料的挤出性能，粒径太小不利于挤出，粒径太大粉体填充效果差。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述阻燃增效剂为硼酸锌、纳米蒙脱土、硅酸盐、聚磷酸铵中的任意一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：以上阻燃增效剂具有较好的阻燃协效性能。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述金属钝化剂为受阻酚类抗铜剂。
上述技术方案的有益效果是：使用以上金属钝化剂，材料具有较好的抗铜老化性能。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、金属离子钝化剂中的任意一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：使用以上抗氧剂，材料具有较好的抗氧化性能。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述润滑剂为硅酮母粒、聚乙烯蜡、微晶石蜡中的任意一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：使用以上润滑剂，材料具有较好的抗氧化性能，硅酮母粒还能有效减少并改善挤出时模口积料的情况。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述光引发剂为LED专用光引发剂，为二苯甲酮及其衍生物、肟酯类、香豆素酮、苯偶酰及其衍生物、酰基膦氧化物、樟脑醌、硫杂蒽酮类光引发剂中的任意一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：使用以上光引发剂，材料具有优异的引发效果，为材料交联性提供有效的保障。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述多官能团交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯中的任意一种或者几种的混合物。
上述技术方案的有益效果是：使用以上交联剂，材料具有优异的交联效果，使交联速度更快。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料中，所述色母为红黄蓝绿四种色母。
上述技术方案的有益效果是：使用以上自制的紫外光交联材料用红黄蓝绿色母，材料具有优异的交联效果，使交联速度更快。
本发明还提供了一种所述双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备内层绝缘材料
(1.1)称量各组分加入高速搅拌机搅拌均匀；
(1.2)拌匀后依次通过双螺杆、单螺杆挤出、热切、风冷，得到粒料；
(2)制备外层绝缘材料
(2.1)称量各组分加入高速搅拌机搅拌均匀；
(2.2)拌匀后加入密炼机密炼至150-180℃，然后依次通过双螺杆、单螺杆挤出、热切、风冷，得到粒料。
(3)将粒子通过两台挤出机双层共挤挤出线材。
本发明采用先通过双螺杆挤出后通过单螺杆挤出的方式，相较单一的某一种挤出方式，增强了产品的塑化效果，使得材料的均一性更好。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的制备方法中，步骤(1.2)中，所述双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-140℃，第三区130-140℃，第四区140-145℃，第五区140-145℃，第六区150-155℃，第七区160-165℃，第八区170-175℃；
所述单螺杆挤出机分为四个区，各区的工作温度为：第一区140-150℃，第二区150-160℃，第三区160-170℃，第四区170-175℃。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的制备方法中，步骤(2.2)中，所述双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区100-110℃，第二区110-120℃，第三区120-125℃，第四区125-130℃，第五区130-135℃，第六区140-145℃，第七区150-155℃，第八区160-165℃；
所述单螺杆挤出机分为四个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-140℃，第三区140-150℃，第四区150-155℃。
优选的，在上述一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的制备方法中，步骤(3)中，用于内层绝缘料的挤出机分为六个区，各区的工作温度为：第一区140-150℃，第二区150-155℃，第三区155-160℃，第四区165-170℃，第五区180-185℃，第六区190-195℃；
用于外层绝缘料的挤出机分为六个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-135℃，第三区135-140℃，第四区145-150℃，第五区150-155℃，第六区160-165℃。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，其中内层绝缘材料优选特殊树脂与少量高效阻燃剂配合，保证其具有优异、稳定的电气性能且不受潮气的影响，并具有一定的阻燃性能；
外层材料优选阻燃剂与协效剂复配技术，保证其高阻燃性能，通过优选特种树脂配合相应抗氧剂体系，实现了电线使用寿命长达70年；
此外，通过有效利用颜色的光学窗口，内外层分别设计与之相匹配的LED专用复合光引发体系和交联体系，解决了LED紫外光交联低烟无卤不能应用在双层彩色交联低烟无卤电线电缆中的技术难题，实现了LED紫外光低烟无卤彩色双绝缘电线的快速工业化生产。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明不限于这些实施例。
(1)双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料内层绝缘材料各组分重量份数参见表1：
表1内层绝缘材料原料组成
Figure BDA0002313454970000071
Figure BDA0002313454970000081
内层绝缘材料的制备方法如下：
(1.1)称量各组分加入高速搅拌机搅拌均匀；
(1.2)拌匀后通过双螺杆、单螺杆挤出、热切、风冷，得到粒料；
步骤(1.2)中，双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-140℃，第三区130-140℃，第四区140-145℃，第五区140-145℃，第六区150-155℃，第七区160-165℃，第八区170-175℃；单螺杆挤出机分为四个区，各区的工作温度为：第一区140-150℃，第二区150-160℃，第三区160-170℃，第四区170-175℃；
(2)双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料外层绝缘材料各组分重量份数参见表2：
表2
Figure BDA0002313454970000082
Figure BDA0002313454970000091
外层绝缘材料的制备方法如下：
(2.1)称量各组分加入高速搅拌机搅拌均匀；
(2.2)拌匀后加入密炼机，密炼至150-180℃，然后通过双螺杆、单螺杆挤出、热切、风冷，得到粒料；
步骤(2.2)中，双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区100-110℃，第二区110-120℃，第三区120-125℃，第四区125-130℃，第五区130-135℃，第六区140-145℃，第七区150-155℃，第八区160-165℃；单螺杆挤出机分为四个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-140℃，第三区140-150℃，第四区150-155℃。
本发明实施例还对上述双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的内层绝缘材料和外层绝缘材料的性能分别进行了检测，结果参见表3和表4。
表3内层绝缘材料的性能检测结果
Figure BDA0002313454970000092
Figure BDA0002313454970000101
表4外层绝缘材料的性能检测结果
Figure BDA0002313454970000102
通过对本发明实施例1-6制得的内外层绝缘料，双层共挤挤出后通过LED紫外光辐照设备在线交联，交联速度可达200米/分钟，极大的提高了工业化生产效率，节省了大量人力和物力，且各项性能均符合JG/T441-2014标准要求，电线使用寿命长达70年，实现了电线与建筑物同寿命。
本发明70年寿命双绝缘电线采用双层绝缘的结构设计，绝缘层设计成双层，绝缘总厚度没有增加，内层绝缘设计上重点保证绝缘电阻，且不受外部潮气影响，电气性能优异，外层绝缘则重点考虑低烟无卤阻燃性能；外层为高阻燃材料，并可保护内层绝缘免受外部应力影响。
在挤出工艺上采用双层共挤技术，内外层无缝粘结，避免双层绝缘间附有杂质，进一步增强了电缆的电气性能和防水性能；双绝缘采用辐照交联工艺，电缆的耐温等级最高可提至125℃。线缆使用寿命与建筑产权70年同步；70年高寿命确保了电缆的安全性，有效防止中途更换线缆对建筑结构造成损坏而缩短建筑物寿命，与传统的PVC布电线和新型单层低烟无卤布电线相比，双层共挤绝缘材料，不仅可保证线缆70年长寿命，而且其电气性能稳定且优异，阻燃性能好，综合经济效益高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述电缆料由内层绝缘材料和外层绝缘材料组成；
其中，所述内层绝缘材料由以下重量份的原料组成：马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2-10份、聚乙烯5-30份、乙烯-辛烯共聚物5-20份、阻燃剂15-35份、阻燃增效剂3-10份、抗氧剂0.5-2份、金属钝化剂0.1-0.5份、润滑剂1-5份、光引发剂1-3份、多官能团交联剂0.5-3份和色母0.5-1.0份；
所述外层绝缘材料以下重量份的原料组成：马来酸酐接枝聚乙烯2-10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物5-20份、间规1,2-聚丁二烯5-20份、阻燃剂50-70份、阻燃增效剂5-15份、抗氧剂0.5-2份、润滑剂1-5份、光引发剂0.7-2.6份、多官能团交联剂1.0-2.5份和色母0.5-1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的接枝率为0.5-1.8％，所用乙烯-辛烯共聚物中辛烯含量为20-40％，在190℃和2.16kg的条件下熔融指数为2-8g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述聚乙烯为双峰线性聚乙烯和高密度聚乙烯中的一种或者两种的组合；所述聚乙烯在190℃和2.16kg的条件下熔融指数为1-5g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为0.4-2.0％，在190℃和2.16kg的条件下熔融指数为1-4g/10min。
5.根据权利要求1所述的一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量为14-33％,在190℃和2.16kg的条件下熔融指数为0.5-7g/10min。
6.根据权利要求1所述的一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述间规1,2-聚丁二烯的分子量100000-200000，结晶度为13％-32％。
所述阻燃剂为水合金属氧化物，所述水合金属氧化物为氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种，并且所述阻燃剂的平均粒径D50为1.0-2.0μm；
所述阻燃增效剂为硼酸锌、纳米蒙脱土、硅酸盐、聚磷酸铵中的任意一种或者几种的混合物；
所述金属钝化剂为受阻酚类抗铜剂；
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、金属离子钝化剂中的任意一种或者几种的混合物；
所述润滑剂为硅酮母粒、聚乙烯蜡、微晶石蜡中的任意一种或者几种的混合物；
所述光引发剂为LED专用光引发剂，为二苯甲酮及其衍生物、肟酯类、香豆素酮、苯偶酰及其衍生物、酰基膦氧化物、樟脑醌、硫杂蒽酮类光引发剂中的任意一种或者几种的混合物；
所述多官能团交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三丙烯酸丙烷三甲醇酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯中的任意一种或者几种的混合物。
7.一种权利要求1-6任一项所述的双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备内层绝缘材料
(1.1)称量各组分加入高速搅拌机搅拌均匀；
(1.2)拌匀后通过双螺杆、单螺杆挤出、热切、风冷，得到粒料；
(2)制备外层绝缘材料
(2.1)称量各组分加入高速搅拌机搅拌均匀；
(2.2)拌匀后加入密炼机密炼至150-180℃，然后通过双螺杆、单螺杆挤出、热切、风冷，得到粒料；
(3)将粒子通过两台挤出机双层共挤挤出线材。
8.根据权利要求7所述的一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤(1.2)中，所述双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-140℃，第三区130-140℃，第四区140-145℃，第五区140-145℃，第六区150-155℃，第七区160-165℃，第八区170-175℃；
所述单螺杆挤出机分为四个区，各区的工作温度为：第一区140-150℃，第二区150-160℃，第三区160-170℃，第四区170-175℃。
9.根据权利要求7所述的一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤(2.2)中，所述双螺杆挤出机分为八个区，各区的工作温度为：第一区100-110℃，第二区110-120℃，第三区120-125℃，第四区125-130℃，第五区130-135℃，第六区140-145℃，第七区150-155℃，第八区160-165℃；
所述单螺杆挤出机分为四个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-140℃，第三区140-150℃，第四区150-155℃。
10.根据权利要求7所述的一种双层共挤绝缘LED紫外光交联彩色低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，用于内层绝缘料的挤出机分为六个区，各区的工作温度为：第一区140-150℃，第二区150-155℃，第三区155-160℃，第四区165-170℃，第五区180-185℃，第六区190-195℃；
用于外层绝缘料的挤出机分为六个区，各区的工作温度为：第一区120-130℃，第二区130-135℃，第三区135-140℃，第四区145-150℃，第五区150-155℃，第六区160-165℃。
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