CN111718529B

CN111718529B - 一种低烟无卤阻燃电缆料

Info

Publication number: CN111718529B
Application number: CN202010590665.8A
Authority: CN
Inventors: 胡掷声; 欧晓莉; 金茜茜; 郑诗雯
Original assignee: Wenzhou Wangpai Wire And Cable Co ltd
Current assignee: Wenzhou Wangpai Wire And Cable Co ltd
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: CN111718529A

Abstract

本发明涉及电缆料领域，具体公开了一种低烟无卤阻燃电缆料。电缆料由包含以下重量份的原料制成：HDPE 60‑70份；VAMAC 30‑40份；相容剂10‑15份；阻燃剂25‑30份；阻燃助剂8‑12份；填料10‑15份；抗氧化剂1.4‑1.8份；紫外线吸收剂0.6‑0.8份。本发明的电缆料具有优良的阻燃性能和机械性能，且发烟量低。

Description

一种低烟无卤阻燃电缆料

技术领域

本发明涉及电缆料的领域，更具体的说，它涉及一种低烟无卤阻燃电缆料。

背景技术

电线电缆绝缘及护套用料俗称电缆料，其中包括橡胶、塑料、尼龙等多类。近年来因电线、电缆的老化而引发的火灾越来越多，而电缆着火时产生的浓烟和有毒气体正是重要的致死原因。为此，低烟、无卤、阻燃、环保也成为电线电缆行业的发展方向。

低烟无卤阻燃电缆是指不含卤素（F、Cl、Br、I、At）、不含铅镉铬汞等环境物质的胶料制成，燃烧时不会发出有毒烟雾的环保型电缆。低烟无卤阻燃电缆广泛应用于地铁车站、高楼大厦等人员集中的场所。

低烟无卤阻燃电缆料的基体树脂一般选用聚烯烃，燃烧时分解产生水和二氧化碳，不产生明显的烟雾和有害气体，但是阻燃效果极差，需要添加无卤阻燃剂。目前，无卤阻燃剂大部分存在阻燃效果不佳、使用量大、力学性能低等问题，改性效果不理想。例如：氢氧化镁作为无卤阻燃剂，为使氧指数达到30而需要高添加量，但是氢氧化镁与聚烯烃的相容性差，会导致材料的力学性能降低。

发明内容

针对现有技术存在的无卤阻燃电缆料阻燃性能和力学性能不佳的问题，本发明的目的在于提供一种低烟无卤阻燃电缆料，其具有阻燃性能和力学性能好的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种低烟无卤阻燃电缆料，由包含以下重量份的原料制成：

HDPE 60-70份；

VAMAC 30-40份；

相容剂 10-15份；

阻燃剂 25-30份；

阻燃助剂 8-12份；

填料 10-15份；

抗氧化剂 1.4-1.8份；

紫外线吸收剂 0.6-0.8份；

所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤：

S1预备：

S1.1预改性：按重量份计，将5-7份氢氧化镁、0.3-0.5份硬脂酸、40-50份水混合均匀，升温至80-100℃，反应20-30min后过滤、烘干，得到预改性物；

S1.2改性液制备：步骤二：先将20-25份EPDM、50-55份正庚烷混合，升温至55-65℃，持续搅拌直至EPDM完全溶解，再加入18-23份苯乙烯、6-7份丙烯腈和0.15-0.25份BPO，升温至70-80℃并搅拌均匀，然后加入0.08-0.12份OP-10和200-250份水，最后通氮气保护，以1000-1500r/min的转速搅拌10-12h，温度降至55-65℃，得到改性液，保温待用；

S2改性：将10-15份上述预改性物加入到30-40份上述改性液中，升温至70-80℃，持续搅拌30-40min，搅拌完成后降温至室温，过滤、水洗、烘干，得到阻燃剂。

通过采用上述技术方案，HDPE和VAMAC复配作为基体树脂，并采用相容剂提高两者相容性，添加阻燃剂、阻燃助剂以提高电缆料阻燃性能，添加填料以提高电缆料机械性能，添加抗氧化剂以提高电缆料抗氧化性能，添加紫外线吸收剂以提高电缆料抗紫外线性能。HDPE即高密度聚乙烯，燃烧时的发烟量低，且机械性能优良，但是阻燃性能差且与无机填料的相容性差。VAMAC即乙烯/丙烯酸酯弹性体，其发烟量更低，耐热性好，且与改性后的氢氧化镁相容性好，而机械性能略低于HDPE。

氢氧化镁高温分解反应为吸热反应，且释放出的水蒸气可稀释可燃气体的浓度，燃烧产生的金属氧化物成为炭层的主要成分，延缓热及氧气进入，并促进炭化和抑烟。氢氧化镁表面具有较强的极性和亲水性，与非极性的高分子材料之间的相容性差。氢氧化镁先经过预处理后，表面与硬脂酸之间形成了化学键，表面性质改为亲油疏水性，再与改性液反应，表面包覆改性，可在基体树脂中分散均匀并具有良好的相容性，此外阻燃剂的阻燃性能提高。

HDPE、VAMAC和相容剂复合后，与改性的氢氧化镁存在化学键连接，相容性好，因此电缆料的阻燃性能好、发烟量低、机械性能高。

进一步地，所述相容剂的制备过程如下：将35-40份PP、3-5份双酚A双烯丙基醚、0.5-0.7份DCP混合投入挤出机，温度170-200℃，挤出得到相容剂。

通过采用上述技术方案，PP中甲基的存在，使得PP比PE更容易发生接枝反应，接枝率较高。PP接枝反应后，对于HDPE、VAMAC具有良好的相容性，可帮助两者相容。

进一步地，所述相容剂的制备过程还加入有1.5-2份苯乙烯。

通过采用上述技术方案，有利于提高相容剂的作用效果，并提高电缆料的阻燃性能。

进一步地，所述阻燃助剂的制备过程如下：

第一步，将10-12份季戊四醇、22-26份三氯氧磷和70-80份二氧六环混合均匀，升温至70-85℃，反应3-4h；

第二步，继续升温至90-95℃，反应30-50min后冷却、过滤、乙醇洗、水洗、烘干，得到阻燃助剂。

通过采用上述技术方案，阻燃助剂具有六元杂环结构，燃烧时会形成保护层，进而抑制燃烧；此外其分子结构中含有活泼的官能团，可与基体树脂键合反应，相容性好，进而有利于其发挥阻燃作用。

进一步地，所述填料为碳纤维。

通过采用上述技术方案，碳纤维属于高强度高模量纤维，可大幅提高电缆料的机械性能，同时其还有利于提高电缆料的阻燃性能和抑烟性能。

进一步地，所述填料经过改性处理，其处理过程如下：先将碳纤维浸入30wt%磷酸溶液中，再加热至50-60℃，反应20-30min，最后过滤、水洗、烘干，得到改性后的碳纤维。

通过采用上述技术方案，碳纤维活性改性后表面具有活性基团，可与基体树脂键合，提高相容性。

进一步地，所述抗氧化剂的制备过程如下：

第一步，将银杏叶片除去主叶脉，再粉碎、于100-105℃烘干至恒重，得到叶片碎末；

第二步，将叶片碎末浸入正丁醇，升温至90-100℃，反应1-2h，过滤得到滤液，最后蒸馏去除正丁醇，得到抗氧化剂。

通过采用上述技术方案，该抗氧化剂一方面可提高电缆料的抗氧化性能，另一方面有助于降低电缆料的发烟量。

进一步地，所述紫外线吸收剂为纳米二氧化钛。

通过采用上述技术方案，纳米二氧化钛对紫外线屏蔽作用强，且无需表面处理便能在该基体树脂中较好的分散。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用HDPE和VAMAC复配作为基体树脂，保证骨架材料的强度和低发烟量，且使纳米二氧化钛能够较好的分散；

2、本发明中优选采用包覆改性后的氢氧化镁作为阻燃剂，由于该阻燃剂与基体树脂的亲和性好，因此电缆料的阻燃性能提高且机械性能不受影响；

3、本发明中优选采用特制阻燃助剂，电缆料的阻燃性能进一步得到提升。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

本发明的实施例采用以下原料：

HDPE，牌号5200S，购买自扬子石化；VAMAC，牌号G，购买自美国杜邦；EPDM，牌号2502，购买自埃克森美孚；PP，牌号T30S，购买自辽宁华锦通达化工股份有限公司；碳纤维直径7μm；纳米二氧化钛粒径50nm。

实施例1：

一种低烟无卤阻燃电缆料，由包含以下重量份的原料制成：

HDPE 60份；

VAMAC 30份；

相容剂 10份；

阻燃剂 25份；

阻燃助剂 8份；

改性碳纤维 10份；

抗氧化剂 1.4份；

纳米二氧化钛 0.6份。

阻燃剂的制备方法包括如下步骤：

S1预备：

S1.1预改性：按重量份计，将5份氢氧化镁、0.3份硬脂酸、40份水混合均匀，升温至80℃，反应20min后过滤、烘干，得到预改性物；

S1.2改性液制备：步骤二：先将20份EPDM、50份正庚烷混合，升温至55℃，持续搅拌直至EPDM完全溶解，再加入18份苯乙烯、6份丙烯腈和0.15份引发剂BPO，升温至70℃并搅拌均匀，然后加入0.08份OP-10和200份水，最后通氮气保护，以1000r/min的转速搅拌10h，温度降至55℃，得到改性液，保温待用；

S2改性：将10份上述预改性物加入到30份上述改性液中，升温至70℃，持续搅拌30min，搅拌完成后降温至室温，过滤、水洗、烘干，得到阻燃剂。

相容剂的制备过程如下：将35份PP、3份双酚A双烯丙基醚、0.5份DCP、1.5份苯乙烯混合投入挤出机，温度170℃，挤出得到相容剂。

阻燃助剂的制备过程如下：

第一步，将10份季戊四醇、22份三氯氧磷和70份二氧六环混合均匀，升温至70℃，反应3h；

第二步，继续升温至90℃，反应30min后冷却、过滤、乙醇洗、水洗、烘干，得到阻燃助剂。

改性碳纤维的制备过程如下：先将碳纤维浸入30wt%磷酸溶液中，再加热至50℃，反应20min，最后过滤、水洗、烘干，得到改性碳纤维。

抗氧化剂的制备过程如下：

第一步，摘取春季的银杏叶片，除去主叶脉，再粉碎、于100℃烘干至恒重，得到叶片碎末；

第二步，将叶片碎末浸入正丁醇，升温至90℃，反应1h，过滤得到滤液，最后蒸馏去除正丁醇，得到抗氧化剂。

一种低烟无卤阻燃电缆料的制备过程如下：

第一步，按配方所需重量份，先将HDPE、VAMAC和相容剂混合，投入混炼机，升温至270℃，反应10min后出料，得到预混料；

第二步，将预混料、阻燃剂、阻燃助剂、改性碳纤维、抗氧化剂和纳米二氧化钛混合投入双螺杆挤出机，一区180℃，二区185℃，三区190℃，四区195℃，机头温度200℃，挤出后水冷、造粒、风干，得到电缆料。

实施例2：

一种低烟无卤阻燃电缆料，由包含以下重量份的原料制成：

HDPE 70份；

VAMAC 40份；

相容剂 15份；

阻燃剂 30份；

阻燃助剂 12份；

改性碳纤维 15份；

抗氧化剂 1.8份；

纳米二氧化钛 0.8份。

阻燃剂的制备方法包括如下步骤：

S1预备：

S1.1预改性：按重量份计，将7份氢氧化镁、0.5份硬脂酸、50份水混合均匀，升温至100℃，反应30min后过滤、烘干，得到预改性物；

S1.2改性液制备：步骤二：先将25份EPDM、55份正庚烷混合，升温至65℃，持续搅拌直至EPDM完全溶解，再加入23份苯乙烯、7份丙烯腈和0.25份引发剂BPO，升温至80℃并搅拌均匀，然后加入0.12份OP-10和250份水，最后通氮气保护，以1500r/min的转速搅拌12h，温度降至65℃，得到改性液，保温待用；

S2改性：将15份上述预改性物加入到40份上述改性液中，升温至80℃，持续搅拌40min，搅拌完成后降温至室温，过滤、水洗、烘干，得到阻燃剂。

相容剂的制备过程如下：将40份PP、5份双酚A双烯丙基醚、0.7份DCP、2份苯乙烯混合投入挤出机，温度200℃，挤出得到相容剂。

阻燃助剂的制备过程如下：

第一步，将12份季戊四醇、26份三氯氧磷和80份二氧六环混合均匀，升温至85℃，反应4h；

第二步，继续升温至95℃，反应50min后冷却、过滤、乙醇洗、水洗、烘干，得到阻燃助剂。

改性碳纤维的制备过程如下：先将碳纤维浸入30wt%磷酸溶液中，再加热至60℃，反应30min，最后过滤、水洗、烘干，得到改性碳纤维。

抗氧化剂的制备过程如下：

第一步，摘取春季的银杏叶片，除去主叶脉，再粉碎、于105℃烘干至恒重，得到叶片碎末；

第二步，将叶片碎末浸入正丁醇，升温至100℃，反应2h，过滤得到滤液，最后蒸馏去除正丁醇，得到抗氧化剂。

一种低烟无卤阻燃电缆料的制备过程如下：

第一步，按配方所需重量份，先将HDPE、VAMAC和相容剂混合，投入混炼机，升温至270℃，反应15min后出料，得到预混料；

实施例3：

一种低烟无卤阻燃电缆料，由包含以下重量份的原料制成：

HDPE 65份；

VAMAC 35份；

相容剂 12份；

阻燃剂 28份；

阻燃助剂 10份；

改性碳纤维 12份；

抗氧化剂 1.6份；

纳米二氧化钛 0.7份。

阻燃剂的制备方法包括如下步骤：

S1预备：

S1.1预改性：按重量份计，将6份氢氧化镁、0.4份硬脂酸、45份水混合均匀，升温至90℃，反应25min后过滤、烘干，得到预改性物；

S1.2改性液制备：步骤二：先将22份EPDM、52份正庚烷混合，升温至60℃，持续搅拌直至EPDM完全溶解，再加入20份苯乙烯、6.5份丙烯腈和0.2份引发剂BPO，升温至75℃并搅拌均匀，然后加入0.1份OP-10和230份水，最后通氮气保护，以1200r/min的转速搅拌11h，温度降至60℃，得到改性液，保温待用；

S2改性：将12份上述预改性物加入到35份上述改性液中，升温至75℃，持续搅拌35min，搅拌完成后降温至室温，过滤、水洗、烘干，得到阻燃剂。

相容剂的制备过程如下：将38份PP、4份双酚A双烯丙基醚、0.6份DCP、1.8份苯乙烯混合投入挤出机，温度180℃，挤出得到相容剂。

阻燃助剂的制备过程如下：

第一步，将11份季戊四醇、24份三氯氧磷和75份二氧六环混合均匀，升温至80℃，反应3.5h；

第二步，继续升温至92℃，反应40min后冷却、过滤、乙醇洗、水洗、烘干，得到阻燃助剂。

改性碳纤维的制备过程如下：先将碳纤维浸入30wt%磷酸溶液中，再加热至55℃，反应25min，最后过滤、水洗、烘干，得到改性碳纤维。

抗氧化剂的制备过程如下：

第一步，摘取春季的银杏叶片，除去主叶脉，再粉碎、于103℃烘干至恒重，得到叶片碎末；

第二步，将叶片碎末浸入正丁醇，升温至95℃，反应1.5h，过滤得到滤液，最后蒸馏去除正丁醇，得到抗氧化剂。

一种低烟无卤阻燃电缆料的制备过程如下：

第一步，按配方所需重量份，先将HDPE、VAMAC和相容剂混合，投入混炼机，升温至270℃，反应12min后出料，得到预混料；

实施例4：

与实施例3的区别在于，抗氧化剂为抗氧化剂1010。

实施例5：

与实施例3的区别在于，碳纤维未改性。

实施例6：

与实施例3的区别在于，相容剂的制备过程中不加入苯乙烯。

实施例7：

与实施例3的区别在于，相容剂的制备过程中PP换为PE。

对比例1：

与实施例3的区别在于，电缆料不包括相容剂，VAMAC换为等重量份的HDPE。

对比例2：

与实施例3的区别在于，阻燃剂为氢氧化镁。

对比例3：

与实施例3的区别在于，电缆料不包括相容剂。

对比例4：

与实施例3的区别在于，电缆料不包括阻燃助剂。

对比例5：

与实施例3的区别在于，电缆料不包括抗氧化剂。

性能测试：

根据GB T 32129-2015《电线电缆用无卤低烟阻燃电缆料》中记载的测试方法，对实施例1至7、对比例1至5的电缆料进行测试，测试指标为氧指数、有焰条件下的烟密度和拉伸强度，测试结果记录在表1。

表1 性能测试结果记录表

	氧指数%	烟密度	拉伸强度/MPa
				实施例1	36	39	14.8
实施例2	36	38	14.6
				实施例3	37	36	15.3
实施例4	37	46	15.2
				实施例5	37	37	12.5
实施例6	32	54	14.9
				实施例7	34	51	15.1
对比例1	23	121	13.1
				对比例2	27	65	15.0
对比例3	28	98	13.8
				对比例4	33	53	15.1
对比例5	37	46	15.1

测试结果说明：

1、结合实施例1-3的测试结果可得，实施例3为优选实施例；

2、结合实施例3、4及对比例5的测试结果可得，抗氧化剂可适当降低电缆料的发烟量；

3、结合实施例3、5的测试结果可得，碳纤维改性后与基体树脂亲和性好，有助于电缆料的拉伸强度提高；

4、结合实施例3、6、7的测试结果可得，苯乙烯可提高相容剂的作用效果并提高电缆料的阻燃性能，PP相比于PE的接枝率高，相容剂的作用效果好；

5、结合实施例3及对比例1、3的测试结果可得，HDPE与VAMAC复配后综合性能大幅提升；

6、结合实施例3及对比例2的测试结果可得，氢氧化镁经改性后与基体树脂的亲和性后，低添加量便能取得优良的阻燃效果；

7、结合实施例3及对比例4的测试结果可得，阻燃助剂添加后电缆料具有优良阻燃效果好。

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

1.一种低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，由包含以下重量份的原料制成：

HDPE 60-70份；

VAMAC 30-40份；

相容剂 10-15份；

阻燃剂 25-30份；

阻燃助剂 8-12份；

改性碳纤维 10-15份；

抗氧化剂 1.4-1.8份；

纳米二氧化钛 0.6-0.8份；

所述阻燃剂的制备方法包括如下步骤：

S1预备：

S2改性：将10-15份上述预改性物加入到30-40份上述改性液中，升温至70-80℃，持续搅拌30-40min，搅拌完成后降温至室温，过滤、水洗、烘干，得到阻燃剂；

所述相容剂的制备过程如下：将35-40份PP、3-5份双酚A双烯丙基醚、0.5-0.7份DCP、1.5-2份苯乙烯混合投入挤出机，温度170-200℃，挤出得到相容剂；

所述抗氧化剂的制备过程如下：

第二步，将叶片碎末浸入正丁醇，升温至90-100℃，反应1-2h，过滤得到滤液，最后蒸馏去除正丁醇，得到抗氧化剂；

所述阻燃助剂的制备过程如下：

第二步，继续升温至90-95℃，反应30-50min后冷却、过滤、乙醇洗、水洗、烘干，得到阻燃助剂；

改性碳纤维的制备过程如下：先将碳纤维浸入30wt%磷酸溶液中，再加热至50-60℃，反应20-30min，最后过滤、水洗、烘干，得到改性碳纤维。