CN111690201A - 一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法,涉及电缆材料技术领域。其原料包括:基体树脂、阻燃填充剂、憎水性表面活性剂、相容剂、爽滑剂和抗氧剂;基体树脂包括乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物和丙烯‑乙烯共聚物;阻燃填充剂包括氢氧化铝和氢氧化镁;爽滑剂包括油酸酰胺和硅酮母粒。具有低温柔韧性优的优点。其制备方法为:加热乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物至熔融状态,并边搅拌边喷洒憎水性表面活性剂水溶液,得到第一混合物;将阻燃填充剂、爽滑剂、相容剂和抗氧剂加入第一混合物混合均匀,得到第二混合物进行高压密炼;第一混合物、第二混合物和丙烯‑乙烯共聚物混合造粒,得到最终产物。具有制得的产品质量均一、稳定的优点。
Description
技术领域
本申请涉及电缆材料技术领域,更具体地说,它涉及一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法。
背景技术
传统的阻燃电缆一般采用聚氯乙烯做为电缆料,虽然聚氯乙烯材料具有阻燃性好、价廉、工艺好等特点,但由于其含有卤素,燃烧时会产生大量卤化氢气体和浓烟,在发生火灾时会导致“二次危害”,加大火灾损失。因此,随着公共安全的需要,低烟无卤阻燃聚烯烃材料在电线电缆领域已经逐步替代聚氯乙烯材料应用于电力电缆、数据通信电缆和光缆制造中。
在公开号为CN101397380A的中国发明专利中公开了一种耐高温柔软低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,其原料配方由下列重量份的材料组成:(1)基体树脂:乙烯-醋酸乙烯酯共聚物25~65份;丙烯-乙烯共聚物20~60份;界面相容剂10~35份;(2)阻燃剂:氢氧化铝40~90份;氢氧化镁20~60份;(3)抗氧剂0.5~2.5份;(4)硅烷偶联剂0.5~2.5份;(5)润滑剂0~2份。
上述的聚烯烃电缆料采用丙烯-乙烯共聚物作为基体树脂,虽然改善了加入大量无机阻燃剂导致电缆料柔软度降低的问题,但是由于丙烯基弹性体玻璃化转变温度在-30℃左右,使得制得的电缆料在低温环境下敷设及使用时,容易出现变硬脆化甚至开裂的现象,存在低温柔韧性较差的缺陷。
发明内容
针对相关技术低温条件下柔韧性差的问题,本申请的第一个目的在于提供一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,所述产品具有低温柔韧性优的优点。
本申请的第二个目的在于提供一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,所述制备方法具有原料分散均匀,制得的产品质量均一、稳定的优点。
为实现上述第一个目的,本申请提供了如下技术方案:
一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,原料包括如下重量份数的组分:
基体树脂 80-100份;
阻燃填充剂 100-120份;
憎水性表面活性剂 0.1-0.3份;
相容剂 1-3份;
爽滑剂 1-1.5份;
抗氧剂 0.1-0.3份;
所述基体树脂包括65-75份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和15-25份的丙烯-乙烯共聚物;所述阻燃填充剂包括75-90份的氢氧化铝和25-30份的氢氧化镁;所述爽滑剂包括0.05-0.1份的油酸酰胺和0.95-1.4份的硅酮母粒。
通过采用上述技术方案,采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和丙烯-乙烯共聚物作为基体树脂,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物在分子链段中引入了极性基团乙酸酯,提高了分子链的柔韧性、耐冲击型、热密封性以及与填料的相容性,丙烯-乙烯共聚物通过丙烯、乙烯聚合,得到了较高的柔软性和熔融温度。通过设计的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和丙烯-乙烯共聚物的配比,提升基体树脂柔软性的同时,避免基体树脂抗冻能力大幅下降,使得制得的电缆料在较宽的温度范围内具有良好的耐热性、柔韧性、耐冲击强度和耐应力开裂等性能。
采用氢氧化铝和氢氧化镁作为阻燃填充剂,未向电缆料中引入卤素,避免电缆燃烧时产生大量卤化氢气体,进而避免发生火灾时卤化氢气体带来的二次危害,同时,降低了电缆燃烧时的发烟量,使得电缆料具备低烟阻燃特性,降低火灾中电缆然后带来的危害;设计的氢氧化铝和氢氧化镁的配比,利用氢氧化镁热分解温度较高,但在高分子材料中分散性和相容性较差,易导致基体材料力学性能大幅度下降的特点,与氢氧化铝配合使用,在提高阻燃效果的同时,降低电缆料力学性能下降的幅度,平衡阻燃性能和力学性能之间的矛盾。
采用的憎水性表面活性剂,在电缆料制备过程中向电缆料内引入微小稳定的封闭气泡,利用气泡的可压缩性,缓冲电缆料的形变压力,提升电缆料的抗冻性能;同时,引入的气泡还能够阻断电缆料内部毛细管与外界的通路,阻挡水分进入,提升电缆料的抗渗能力,降低吸水性;引入的气泡还充当滚珠,改善电缆料内部孔结构的同时,起到润滑作用,进一步提升电缆料的抗冻性、柔韧性以及抗渗性。
采用的相容剂,改善聚烯烃基体树脂与阻燃填充剂界面的相容性和粘接性,提高氢氧化镁及氢氧化铝的分散性,从而提高电缆料的阻燃性,降低烟指数、发烟量、发热量和一氧化碳的产生量,同时,提高产品的拉伸、冲击强度,实现高填充,减少树脂用量,改善加工流变性,提高电缆料表面光洁度,达到提高电缆料力学性能和热性能的效果。
采用的爽滑剂,采用油酸酰胺和硅酮母粒作为爽滑剂,利用油酸酰胺和硅酮母粒表面能低的特点,在电缆料成型后,爽滑剂从电缆料内部迁移到电缆料表面,聚积成均匀的包覆层,显著降低电缆料表面的摩擦系数,便于制得的电缆加工和使用;油酸酰胺除能够降低电缆料表面摩擦系数外,还能够提供润滑性,便于阻燃填充剂分散,提高电缆料的阻燃性和柔软性;同时,控制油酸酰胺用量,避免油酸酰胺用量过大析出到电缆料表面形成“白霜”,影响电缆料外观;硅酮母粒中的硅酮迁移到电缆料表面形成致密的硅酮润滑层还能够提升电缆料的耐刮磨性能,降低电缆使用过程中产生刮痕而导致摩擦力增大的可能,提升电缆工作性,同时,由于硅酮润滑层的憎水特性,使得电缆料的抗渗性得到进一步增强。
采用的抗氧剂,提升电缆料的抗氧化性能,延缓电缆料老化,延长电缆料使用寿命。
进一步优选为,原料包括如下重量份数的组分:
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 68份;
丙烯-乙烯共聚物 22份;
氢氧化铝 85份;
氢氧化镁 27份;
憎水性表面活性剂 0.25份;
相容剂 2.5份;
油酸酰胺 0.08份;
硅酮母粒 1.2份;
抗氧剂 0.2份。
通过采用上述技术方案,设计的原料配比,通过憎水性表面活性剂和相容剂的作用,在保证电缆料力学性能的前提下减少了乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和丙烯-乙烯共聚物的用量,节约成本,并通过基体树脂和阻燃填充剂的配比,使得阻燃填充剂的阻燃性能得到充分发挥,使得制得的电缆料具有良好的阻燃性,同时,避免阻燃填充剂加入过多造成电缆料力学性能、电气性能以及挤塑工艺性能大幅度下降,使得电缆料在阻燃性能和力学性能反面的矛盾得到平衡,达到进一步提升电缆料柔软性的效果。
进一步优选为,所述憎水性表面活性剂为皂角苷类表面活性剂。
通过采用上述技术方案,通过采用皂角苷类表面活性剂作为憎水性表面活性剂,引入气泡半径较小,且稳定性强,使得对电缆料抗冻性能的提升幅度较高,强度降低幅度较小,而且皂角苷类表面活性剂水溶性极佳,便于电缆料制备。
进一步优选为,原料还包括重量份数为1-3份的硅烷偶联剂。
通过采用上述技术方案,采用的硅烷偶联剂,由于硅烷偶联剂中的硅烷氧基对无机物具有反应性,硅烷偶联剂中的有机官能基对有机物具有反应性或相容性,因此,硅烷偶联剂介于阻燃填充剂和基体树脂之间会形成有基体树脂-硅烷偶联剂-阻燃填充剂的结合层,提升阻燃填充剂在基体树脂中的分散性和相容性,进一步提升电缆料的阻燃性、柔软性、韧性以及力学强度。
进一步优选为,所述氢氧化铝和氢氧化镁的粒径为1-5μm。
通过采用上述技术方案,选用较小粒径的氢氧化镁和氢氧化铝作为阻燃填充剂,便于氢氧化镁和氢氧化铝的分散,同时,避免氢氧化镁和氢氧化铝粒径过小产生大量的团聚现象,提升氢氧化镁和氢氧化铝在基体树脂中的分散性,进而提高电缆料的柔韧性。
为实现上述第二个目的,本申请提供了如下技术方案:
一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,包括以下步骤:
步骤一,加热乙烯-醋酸乙烯酯共聚物至熔融状态,对熔融状态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物边搅拌边喷洒憎水性表面活性剂水溶液,憎水性表面活性剂水溶液浓度为2%-4%,直至拌和均匀,得到第一混合物;
步骤二,将氢氧化铝、氢氧化镁、油酸酰胺、硅酮母粒、相容剂以及抗氧剂搅拌混合均匀,得到第二混合物;
步骤三,对第二混合物进行高压密炼8-10分钟,密炼温度为100-110℃,密炼压力为0.7-0.9Mpa;
步骤四,对第一混合物、第二混合物以及丙烯-乙烯共聚物进行混合造粒,得到最终产物,计量打包。
通过采用上述技术方案,利用步骤一对乙烯-醋酸乙烯酯共聚物进行预处理,将憎水性表面活性剂产生的气泡分散至乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中,方法简单,便于憎水性表面活性剂添加。采用步骤二和步骤三对阻燃填充剂和油酸酰胺、硅酮母粒、相容剂以及抗氧剂进行充分混合,使得爽滑剂、相容剂以及抗氧剂在阻燃填充剂中得到充分分散,便于阻燃填充剂在步骤四中与第一混合物和丙烯-乙烯共聚物的混合,使得制得的电缆料中各组分分散均匀,电缆料质地均匀。
进一步优选为,所述步骤一中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的加热温度为75-80℃。
通过采用上述技术方案,将加热温度控制在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融温度75℃及以上,在保证乙烯-醋酸乙烯酯共聚物处于熔融状态的前提下,降低乙烯-醋酸乙烯酯的处理温度,降低憎水性表面活性剂水溶液与熔融状态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物混合过程水分的蒸发速度,提升憎水性表面活性剂引入的气泡在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的分散性,提升憎水性表面活性剂的气泡引入质量。
进一步优选为,所述步骤二中还加入有硅烷偶联剂并混合搅拌均匀。
通过采用上述技术方案,将硅烷偶联剂与氢氧化铝和氢氧化镁共混并进行密炼,硅烷偶联剂的无机反应基团能够与氢氧化铝和氢氧化镁中的金属羟基进行结合,对氢氧化铝和氢氧化镁进行表面改性,一方面使得氢氧化铝和氢氧化镁的表面由极性变为非极性,提升氢氧化铝和氢氧化镁的润滑性能,减少氢氧化铝和氢氧化镁的团聚,提升分散性;另一方面有机硅在氢氧化铝和氢氧化镁表面能够形成硅膜,硅膜的耐碱性能减弱碱类物质的氢氧化铝和氢氧化镁的腐蚀,提高电缆料的耐碱性。
综上所述,与现有技术相比,本申请具有以下有益效果:
(1)采用的憎水性表面活性剂,在电缆料制备过程中向电缆料内引入微小稳定的封闭气泡,利用气泡的可压缩性,缓冲电缆料的形变压力,提升电缆料的抗冻性能;同时,引入的气泡还能够阻断电缆料内部毛细管与外界的通路,阻挡水分迁入,提升电缆料的抗渗能力,降低吸水性;引入的气泡还充当滚珠,改善电缆料内部孔结构的同时,起到润滑作用,进一步提升电缆料的抗冻性、柔韧性以及抗渗性,通过提升电缆料的抗冻性和柔韧性,使得电缆料具备了低温柔韧性优的特点;
(2)利用步骤一对乙烯-醋酸乙烯酯共聚物进行预处理,将憎水性表面活性剂产生的气泡分散至乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中,方法简单,便于憎水性表面活性剂添加。采用步骤二和步骤三对阻燃填充剂和油酸酰胺、硅酮母粒、相容剂以及抗氧剂进行充分混合,使得爽滑剂、相容剂以及抗氧剂在阻燃填充剂中得到充分分散,便于阻燃填充剂在步骤四中与第一混合物和丙烯-乙烯共聚物的混合,使得制得的电缆料中各组分分散均匀,电缆料质地均匀。
具体实施方式
下面结合实施例,对本申请进行详细描述。
以下实施例及对比例中涉及的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物采自东莞市华韵塑胶原料有限公司;涉及的丙烯-乙烯共聚物采自苏州新区华士达工程塑胶有限公司;涉及的氢氧化镁和氢氧化铝采自合肥中科阻燃新材料有限公司;涉及的憎水性表面活性剂为绍兴市上虞正远建筑材料有限公司的三萜皂甙-粉剂;涉及的相容剂为厦门科艾斯塑胶科技有限公司的W1L型电缆料相容剂;涉及的油酸酰胺采自济南联顺化工有限公司;涉及的硅酮母粒采自郑州凯邦化工产品有限公司;涉及的抗氧剂为安徽友丰新材料科技有限公司型号为抗氧剂AO-60的抗氧剂1010。
实施例1:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,其原料各组分及其相应的重量如表1所示,其中,氢氧化镁和氢氧化铝的粒径为1-5μm,并通过如下步骤制备获得:
步骤一,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物投入加热搅拌罐中加热至熔融状态,加热温度设定为78℃,对熔融状态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物边搅拌边喷洒憎水性表面活性剂水溶液,憎水性表面活性剂水溶液浓度为为2.5%,直至拌和均匀,得到第一混合物;
步骤二,将氢氧化铝、氢氧化镁、油酸酰胺、硅酮母粒、相容剂以及抗氧剂投至高速搅拌机中搅拌混合均匀,得到第二混合物;
步骤三,将第二混合物加入密炼机进行高压密炼,密炼温度为105℃,密炼压力为0.8Mpa,密炼时间9分钟;
步骤四,对第一混合物、第二混合物以及丙烯-乙烯共聚物投入双螺杆挤出机,挤制成颗粒状,得到最终产物,计量打包;其中双螺杆挤出机的六个温度段的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、160℃、160℃。
实施例2:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,其原料各组分及其相应的重量如表1所示,并通过如下步骤制备获得:
步骤一,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物投入加热搅拌罐中加热至熔融状态,加热温度设定为80℃,对熔融状态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物边搅拌边喷洒憎水性表面活性剂水溶液,憎水性表面活性剂水溶液浓度为为2%,直至拌和均匀,得到第一混合物;
步骤二,将氢氧化铝、氢氧化镁、油酸酰胺、硅酮母粒、相容剂以及抗氧剂投至高速搅拌机中搅拌混合均匀,得到第二混合物;
步骤三,将第二混合物加入密炼机进行高压密炼,密炼温度为110℃,密炼压力为0.9Mpa,密炼时间10分钟;
步骤四,对第一混合物、第二混合物以及丙烯-乙烯共聚物投入双螺杆挤出机,挤制成颗粒状,得到最终产物,计量打包;其中双螺杆挤出机的六个温度段的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、160℃、160℃。
实施例3:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,其原料各组分及其相应的重量如表1所示,并通过如下步骤制备获得:
步骤一,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物投入加热搅拌罐中加热至熔融状态,加热温度设定为77℃,对熔融状态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物边搅拌边喷洒憎水性表面活性剂水溶液,憎水性表面活性剂水溶液浓度为为3%,直至拌和均匀,得到第一混合物;
步骤二,将氢氧化铝、氢氧化镁、油酸酰胺、硅酮母粒、相容剂以及抗氧剂投至高速搅拌机中搅拌混合均匀,得到第二混合物;
步骤三,将第二混合物加入密炼机进行高压密炼,密炼温度为108℃,密炼压力为0.8Mpa,密炼时间9.5分钟;
步骤四,对第一混合物、第二混合物以及丙烯-乙烯共聚物投入双螺杆挤出机,挤制成颗粒状,得到最终产物,计量打包;其中双螺杆挤出机的六个温度段的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、160℃、160℃。
实施例4:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,其原料各组分及其相应的重量如表1所示,并通过如下步骤制备获得:
步骤一,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物投入加热搅拌罐中加热至熔融状态,加热温度设定为75℃,对熔融状态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物边搅拌边喷洒憎水性表面活性剂水溶液,憎水性表面活性剂水溶液浓度为为4%,直至拌和均匀,得到第一混合物;
步骤二,将氢氧化铝、氢氧化镁、油酸酰胺、硅酮母粒、相容剂以及抗氧剂投至高速搅拌机中搅拌混合均匀,得到第二混合物;
步骤三,将第二混合物加入密炼机进行高压密炼,密炼温度为100℃,密炼压力为0.7Mpa,密炼时间8分钟;
步骤四,对第一混合物、第二混合物以及丙烯-乙烯共聚物投入双螺杆挤出机,挤制成颗粒状,得到最终产物,计量打包;其中双螺杆挤出机的六个温度段的温度分别为130℃、145℃、160℃、165℃、160℃、160℃。
表1实施例1-4中各原料及其重量(kg)
组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 | 68 | 65 | 70 | 75 |
丙烯-乙烯共聚物 | 22 | 15 | 20 | 25 |
氢氧化铝 | 85 | 90 | 83 | 75 |
氢氧化镁 | 27 | 30 | 27 | 25 |
皂角苷类表面活性剂 | 0.25 | 0.3 | 0.2 | 0.1 |
相容剂 | 2.5 | 3 | 2 | 1 |
油酸酰胺 | 0.08 | 0.1 | 0.06 | 0.05 |
硅酮母粒 | 1.2 | 1.2 | 1.4 | 0.95 |
抗氧剂 | 0.2 | 0.3 | 0.25 | 0.1 |
实施例5:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,其原料还包括2kg的硅烷偶联剂。本实施例中涉及的硅烷偶联剂为广州市中杰新材料有限公司的3-氨丙基三甲氧基硅烷。
实施例6:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例5的不同之处在于,硅烷偶联剂用量为3kg。
实施例7:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例5的不同之处在于,硅烷偶联剂用量为1kg。
实施例8:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例5的不同之处在于,硅烷偶联剂用量为0.5kg。
实施例9:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例5的不同之处在于,硅烷偶联剂用量为4kg。
实施例10:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,其憎水性表面活性剂采用聚羧酸类表面活性剂。本实施例中涉及的聚羧酸类表面活性剂为上海馨扬实业有限公司的JDU-9型聚羧酸引气剂。
实施例11:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,氢氧化镁和氢氧化铝的粒径小于5微米。
实施例12:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,氢氧化镁和氢氧化铝的粒径为1-10微米。
实施例13:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,与实施例1的不同之处在于,步骤一中加热温度为90℃。
表2实施例5-13中各原料及其重量(kg)
对比例1:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,其原料中未加入憎水性表面活性剂。
对比例2:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,其原料中加入了0.5kg的憎水性表面活性剂。
对比例3:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,与实施例1的不同之处在于,原料中未加入油酸酰胺和硅酮母粒。
对比例4:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,与实施例1的不同之处在于:步骤一,将基体树脂投入加热搅拌罐中加热至熔融状态,加热温度设定为130℃,对熔融状态的基体树脂边搅拌边喷洒憎水性表面活性剂含量为2.5%的憎水性表面活性剂水溶液,直至拌和均匀,得到第一混合物。
对比例5:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,与实施例1的不同之处在于:步骤一,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物投入加热搅拌罐中加热至熔融状态,加热温度设定为78℃,向熔融状态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中倒入憎水性表面活性剂水溶液,憎水性表面活性剂水溶液浓度为2.5%,直至拌和均匀,得到第一混合物;
对比例6:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,与实施例1的不同之处在于,步骤一中喷洒的憎水性表面活性剂水溶液中憎水性表面活性剂浓度为1%。
对比例7:一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,与实施例1的不同之处在于,步骤一中喷洒的憎水性表面活性剂水溶液中憎水性表面活性剂浓度为5%。
表3对比例1-7中各原料及其重量(kg)
性能测试实施例
一、对实施例1-13及对比例1-7制备的电缆料进行性能测试,具体如下:
测试样品制备方法为:将制得的电缆料在140℃两辊开炼机上开炼塑化出片,放入模具中,在150℃液压机上用5MPa压力压5分钟后,再15MPa压力压15分钟,然后于15MPa压力下冷却到室温,裁切后得到试样。
试验一拉伸强度测试
根据GB/T1040-2006标准,在万能拉力试验机上测试,拉伸试验在室温条件下进行,拉伸速度250mm/min,试样是厚度为1mm的5型哑铃试样。
试验结果:对实施例1-13和对比例1-7制得的试验样品的测试结果如表4所示。
试验二断裂伸长率测试
根据GB/T1040-2006标准,在万能试验机上,以5mm/s的速率将一根自由测试长为200-250mm的试样拉伸至导体断裂点,计算断裂时长度线性增量与自由长度之比,用百分比表示;记录三个测试值,取其平均值作为断裂伸长率。
试验结果:对实施例1-13和对比例1-7制得的试验样品的测试结果如表4所示。
试验三低温脆化温度测试
根据GB/T 5470-2008标准,将在夹具中呈悬臂梁固定的试样浸没于精确控温的传热介质中,按规定时间进行状态调节后,以规定速度单次摆动冲头冲击试样。测试足够多的试样,用统计理论来计算脆化温度,50%试样破损时的温度即为脆化温度。
试验结果:对实施例1-13和对比例1-7制得的试验样品的测试结果如表4所示。
试验四垂直燃烧性能测试
根据GB/T2918-1996标准,将电缆料裁切成13mmX120mmx3mm的样条,在温度25℃,相对湿度50%士5%条件下分别调节48h,在垂直燃烧仪上做阻燃性能测试,得到电缆料阻燃等级,其中阻燃等级分为FV0、FV-1、FV2三个等级,FV-0阻燃级别最高,阻燃性能最优。
试验结果:对实施例1-13和对比例1-7制得的试验样品的测试结果如表4所示。
试验五氧指数测试
根据GB/T 2406-2009标准,将试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内,向透明燃烧筒内通入按一定比例混合且向上流动的氧、氮气流。点燃试样上端,观察随后的燃烧现象,记录持续燃烧时间或燃烧过的距离,试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过50mm标线时,就降低氧浓度,试样的燃烧时间不足3min或火焰前沿不到标线时,就增加氧浓度,如此反复操作,从上下两侧逐渐接近规定值,至两者的浓度差小于0.5%,得到氧指数。
试验结果:对实施例1-13和对比例1-7制得的试验样品的测试结果如表4所示。
试验六摩擦系数测试试验方法:在上下平行的两个模板的相对侧壁上分别粘设一个与试样相同的固定样品,将被测样品置于两个固定样品之间,同时在上模板的中心位置放置一重物,被测样品的一头用夹样器夹住,通过带有力传感器的牵引绳由牵引电机以一固定的速度进行牵引,使得试样与固定样品在固定载荷压力下发生相对移动,由传感器所测得的牵引力Ft和重物施加的压力F0,计算得出被测样品的表面摩擦系数μ=0.5*Ft/F0。
试验结果:对实施例1-4和对比例3制得的试验样品的测试结果如表4所示。
实验七吸水率试验
根据GB/T 1034-2008标准,将试样放入50.0℃±2.0℃烘箱内干燥24h,然后在干燥器内冷却至室温,称取每个试样,精确至0.1mg(质量m1),重复本步骤至样品的质量变化在±0.1mg内。将试样放入相对湿度为50%±5%的容器内,温度控制在23.0℃±1.0℃,放置24h后,称量每个试样,精确至0.1mg(质量m2),其中,试样自相对湿度50%±5%的容器内取出后,在1min内完成测量。吸水率c=(m2–m1)/m1。
试验结果:对实施例1-4和对比例1制得的试验样品的测试结果如表4所示。
表4实施例1-13和对比例1-7试验检测结果
实验结果分析:
由表4可知,将实施例1-13和对比例1-7的阻燃等级和氧指数结合进行比较,其中全部电缆料的阻燃等级均达到V-0,且氧指数均达到阻燃材料标准,通过氢氧化铝和氢氧化镁的加入,使得电缆料的阻燃性能得到提高,达到了阻燃标准。
由表4可知,将实施例5-7与实施例1进行比较,随硅烷偶联剂加入,试样的拉伸强度、断裂伸长率以及氧指数均得到提升,氧指数的提升说明硅烷偶联剂加入使得阻燃填充剂在基体树脂中的分散性得到加强,使得电缆料的阻燃性能得到提升,同时,也导致电缆料的柔软性也得到提升;拉伸强度和断裂伸长率的提升说明随硅烷偶联剂的加入,无机阻燃剂与基体树脂的相容性提升,即阻燃填充剂和基体树脂之间形成基体树脂-硅烷偶联剂-阻燃填充剂的结合层,加强了基体树脂和阻燃填充剂之间的联系,使得电缆料的力学性能得到提升。将实施例8与实施例1和实施例7进行比较,当硅烷偶联剂加入量较少时,电缆料的拉伸强度、断裂伸长率和氧指数提升较小,不具备实际添加价值。将实施例9与实施例6进行比较,当硅烷偶联剂加入量过多时,电缆料的拉伸强度、断裂伸长率和氧指数提升幅度减小甚至无提升,即过量添加对电缆料性能的提升较小,同样不具备实际添加价值。
由表4可知,将实施例10与实施例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率以及氧指数均有所下降,低温脆化温度略有提升,说明憎水性表面活性剂采用聚羧酸憎水性表面活性剂后,引入的气泡对电缆料的润滑性的提升幅度降低,使得氢氧化铝和氢氧化镁的分散程度有所降低,导致氧指数略有下降,拉伸强度和断裂伸长率的下降以及低温脆化温度的略有提升,说明引入的气泡半径较大,导致对电缆料的力学性能影响较大。通过综合对比可知,憎水性表面活性剂选择皂角苷类表面活性剂对电缆料的性能提升更为明显。
由表4可知,将实施例11与实施例1进行比较,当加入的氢氧化镁和氢氧化铝包含粒径小于1μm的颗粒时,试样的氧指数、拉伸强度和断裂伸长率均有所下降,说明氢氧化镁和氢氧化铝在基体树脂中的分散性降低,进一步推断得出粒径小于1微米的氢氧化镁和氢氧化铝颗粒在基体树脂中发生了较多的团聚现象,对电缆料的力学性能和阻燃性能产生影响。将实施例12与实施例1进行比较,当加入的氢氧化镁和氢氧化铝包含粒径在5-10μm的颗粒时,试样的氧指数、拉伸强度和断裂伸长率同样有所下降,说明氢氧化镁和氢氧化铝在基体树脂中的分散性降低,即粒径较大的氢氧化镁和氢氧化铝颗粒在基体树脂中的分散性较差,对电缆料的力学性能和阻燃性能产生影响。
由表4可知,将实施例13与实施例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率以及低温脆化温度均有所提升,氧指数下降,说明步骤一中将憎水性表面活性剂喷洒到熔融态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚体上时,引入的气泡量较低,即憎水性表面活性剂尚未在水分帮助下形成封闭气泡前憎水性表面活性剂溶液中的水分快速蒸发,对封闭气泡的形成产生影响。加热温度过高使得引入乙烯-醋酸乙烯酯共聚体中的气泡量下降,憎水性表面活性剂引气作用受到限制,导致电缆料的低温柔韧性下降。
由表4可知,将实施例1和对比例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率以及低温脆化温度均有明显提升,氧指数和吸水率下降。低温脆化温度提升说明憎水性表面活性剂通过引入气泡赋予了电缆料对低温形变的抵抗能力,提升电缆料的抗冻性能;吸水率下降说明引入的气泡还阻挡了水分迁入,提升电缆料的抗渗能力;氧指数提升说明引入的气泡发挥了润滑作用,使得氢氧化铝和氢氧化镁的分散性得以提高,同时,使得电缆料的柔软性得到提升。
由表4可知,将对比例2和实施例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率得到明显降低,说明憎水性表面活性剂加入过多,导致气泡引入过多,使得试样强度明显下降,对电缆料的力学性能产生较大影响,不具备实际添加价值。
由表4可知,将对比例3与实施例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率以及氧指数降低,摩擦系数显著升高。摩擦系数升高说明加入油酸酰胺和硅酮母粒对试样表面摩擦力的降低有明显效果,拉伸强度、断裂伸长率以及氧指数降低说明油酸酰胺提供了润滑性,能够提升氢氧化镁和氢氧化铝的分散效果,使得电缆料的阻燃性能和力学性能得到提升。
由表4可知,将对比例4和实施例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率以及低温脆化温度均有所提升,氧指数下降,说明步骤一中将憎水性表面活性剂喷洒到熔融态的基体树脂上时,引入的气泡量较低,即憎水性表面活性剂尚未在水分帮助下形成封闭气泡前憎水性表面活性剂溶液中的水分快速蒸发,对封闭气泡的形成产生影响。加热温度过高使得引入基体树脂中的气泡量下降,憎水性表面活性剂引气作用受到限制,导致电缆料的低温柔韧性下降。
由表4可知,将对比例5和实施例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率以及低温脆化温度均有所提升,氧指数下降,说明步骤一中向乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中引入的气泡量减少,即憎水性表面活性剂水溶液与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合效果不佳,导致未能充分发挥憎水性表面活性剂的引气作用,影响电缆料性能。
由表4可知,将对比例6和实施例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率低温脆化温度以及氧指数均相近,说明与憎水性表面活性剂配合加入的水分过多对电缆料性能并无显著提升,不具备实际添加价值。
由表4可知,将对比例7和实施例1进行比较,试样的拉伸强度、断裂伸长率以及低温脆化温度均有所提升,氧指数下降,说明步骤一中向乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中引入的气泡量减少,说明与憎水性表面活性剂配合加入的水分过少导致向乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中引入的气泡量减少,未能充分发挥憎水性表面活性剂的引气作用,影响电缆料性能。
以上所述仅是本申请的优选实施方式,本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,其特征在于,原料包括如下重量份数的组分:
基体树脂 80-100份;
阻燃填充剂 100-120份;
憎水性表面活性剂 0.1-0.3份;
相容剂 1-3份;
爽滑剂 1-1.5份;
抗氧剂 0.1-0.3份;
所述基体树脂包括65-75份的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和15-25份的丙烯-乙烯共聚物;所述阻燃填充剂包括75-90份的氢氧化铝和25-30份的氢氧化镁;所述爽滑剂包括0.05-0.1份的油酸酰胺和0.95-1.4份的硅酮母粒。
2.根据权利要求1所述的低摩擦热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,其特征在于,原料包括如下重量份数的组分:
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 68份;
丙烯-乙烯共聚物 22份;
氢氧化铝 85份;
氢氧化镁 27份;
憎水性表面活性剂 0.25份;
相容剂 2.5份;
油酸酰胺 0.08份;
硅酮母粒 1.2份;
抗氧剂 0.2份。
3.根据权利要求1所述的低摩擦热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,其特征在于,所述憎水性表面活性剂为皂角苷类表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的低摩擦热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,其特征在于,原料还包括重量份数为1-3份的硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1所述的低摩擦热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料,其特征在于,所述氢氧化铝和氢氧化镁的粒径为1-5μm。
6.权利要求1-5中任一所述的低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,加热乙烯-醋酸乙烯酯共聚物至熔融状态,对熔融状态的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物边搅拌边喷洒憎水性表面活性剂水溶液,憎水性表面活性剂水溶液浓度为2%-4%,直至拌和均匀,得到第一混合物;
步骤二,将除基体树脂和憎水性表面活性剂外的其余原料搅拌混合均匀,得到第二混合物;
步骤三,对第二混合物进行高压密炼8-10分钟,密炼温度为100-110℃,密炼压力为0.7-0.9Mpa;
步骤四,对第一混合物、第二混合物以及丙烯-乙烯共聚物进行混合造粒,得到最终产物,计量打包。
7.根据权利要求6所述的低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,其特征在于,所述步骤一中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的加热温度为75-80℃。
8.根据权利要求6所述的低摩擦低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的制备方法,其特征在于,所述步骤二中还加入有硅烷偶联剂并混合搅拌均匀。
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