CN112210161B - 一种无卤隔氧层电缆料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无卤隔氧层电缆料及其制备方法和用途，所述无卤隔氧电缆料包括如下重量份的原料组分：基体树脂30～50份，基体阻燃剂100～150份，含硅成壳助剂5～15份，润滑助剂4～8份，抗氧剂1～2份，色母或色粉1～3份。本申请中提供一种新的无氧隔氧电缆料及其制备方法，其有效地避免了材料在燃烧过程中产生的熔滴和膨胀现象，且具有较低的热释放速率和热释放总量，产烟量也不大，并且电缆料在保持一定的机械性能的情况下，还具有良好的挤出性能。

Description

一种无卤隔氧层电缆料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及电缆材料技术领域，特别是涉及一种无卤隔氧层电缆料及其制备方法。
背景技术
近年来，B1级电缆在地铁、公共建筑、电力和信息传输系统、大型工业企业、人口密集场所的应用越来越普遍。在结构设计时，使用无卤低烟聚烯烃隔氧材料作为内护套可以显著提高电缆的阻燃性能和通过B1燃烧实验的几率。因此，这种材料在B1级电缆的应用也越来越受欢迎。
B1级电缆对于燃烧滴落物有明确规定。燃烧过程中产生的滴落将可能成为二次火源，引发灾害。就目前而言，B1级电缆附加项滴落还很难达到d0级别(无滴落)。一方面，外护套材料如果阻燃性能一般，在燃烧过程中外护套破裂并产生滴落物。另一方面，隔氧材料在燃烧时如果产生熔滴、鼓包膨胀，就会撑破已经结壳的外护套并导致护套脱落。一旦出现这种情况，隔氧层将暴露在明火中，对于内部绝缘的保护效果将大打折扣，同时电缆燃烧的热释放速率、热释放总量和产烟量也会迅速增加。想要彻底解决无卤低烟隔氧材料燃烧时熔滴和膨胀的问题很困难。中国专利CN 110437529 A公开发明了一种低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料，在配方体系引入多组分阻燃剂，包括磷氮系阻燃剂、陶瓷母粒和氢氧化镁、氢氧化铝，材料具有低热释放、高结碳性和优异加工性的特点。然而，该发明配方体系相对复杂，使用的部分阻燃剂成本较高，磷氮阻燃剂的使用更会影响材料的pH值和电导率，实施例中也未给出产烟量数值。因此，这类隔氧材料在实际使用的过程中也存在着一些问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无卤隔氧层电缆料及其制备方法和用途，这种材料可以作为B1级电缆的内护套材料，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括以下技术方案获得的。
本发明提供一种无卤隔氧层电缆料，所述无卤隔氧电缆料包括如下重量份的原料组分：
基体树脂30～50份，基体阻燃剂100～150份，含硅成壳助剂5～15份，润滑助剂4～8份，抗氧剂1～2份，色母或色粉1～3份。
优选地，所述基体树脂为37～47份。
优选地，所述基体阻燃剂为90～105份。
优选地，所述含硅成壳助剂为5～8份。
优选地，所述润滑助剂为4～5份。
优选地，所述抗氧剂为1～1.2份。
优选地，所述色母或色粉为1.5～3份。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述基体树脂由EVA树脂和相容剂树脂组成，所述EVA树脂与所述相容剂树脂的质量比为(4～9):1。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述EVA树脂中的VA含量≥27％。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述EVA树脂在150℃和5kg压力下熔融指数大于等于4.0g/10min。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述相容剂树脂为EVA的马来酸酐接枝物、POE的马来酸酐接枝物、PE的马来酸酐接枝物的一种或几种。所述POE为聚烯烃弹性体，PE为聚乙烯，EVA为乙烯-醋酸乙烯共聚物。更优选地，所述相容剂树脂在150℃和5kg压力下的熔融指数≤3.0g/10min。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述基体阻燃剂由氢氧化铝和氢氧化镁组成。优选地，氢氧化铝和氢氧化镁的质量比为(0.5～2):1。
更优化地，所述氢氧化铝的粒径D50≤2.0μm，所述氢氧化铝的粒径D90≤4.0μm。更优选地，所述氢氧化镁的粒径D50≤4.0μm，所述氢氧化镁的粒径D90≤6.0μm。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述含硅成壳助剂选自季铵盐改性膨润土、硅烷偶联剂改性滑石粉、纳米二氧化硅中的一种或多种。优选地，所述季铵盐改性膨润土为由季铵盐与膨润土混合后获得的，所述季铵盐的使用量占膨润土质量的1wt％～5wt％。优选地，所述硅烷偶联剂改性滑石粉是由硅烷偶联剂与滑石粉混合后获得的，所述硅烷偶联剂的使用量占滑石粉质量的0.5wt％～3wt％。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述润滑助剂选自硅烷偶联剂、硅酮母粒、聚乙烯蜡、硬脂酸盐和硅橡胶中的一种或多种。优选地，所述硅酮母粒的平均粒径D(4.3)μm为10～20，有机硅含量为70～80wt％。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述抗氧剂选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种。
根据上述所述的无卤隔氧层电缆料，所述色母或色粉为炭黑色母或炭黑，炭黑色母中炭黑含量为40wt％～50wt％，其余为EVA树脂。
本发明还公开了如上述所述的无卤隔氧层电缆料的制备方法，包括：采用密炼机塑化，塑化时先加入基体树脂，再加入含硅成壳助剂、润滑助剂、抗氧剂及色母或色粉，最后加入基体阻燃剂；密炼完成后进入单螺杆挤出机挤出造粒；或，
预先将基体树脂、基体阻燃剂、含硅成壳助剂、润滑助剂、抗氧剂及色母或色粉在高速混合机混匀，然后喂入双螺杆挤出机塑化，塑化后再进入单螺杆挤出机造粒。
根据上述所述的制备方法，密炼温度为160℃～170℃，密炼时间10～15min。
根据上述所述的制备方法，双螺杆挤出机各区温度为：Ⅰ区145～155℃，Ⅱ区145～155℃，Ⅲ区145～155℃，Ⅳ区140～150℃，Ⅴ区140～150℃，Ⅵ区135～145℃，Ⅶ区130～140℃，Ⅷ区125～135℃，Ⅸ区115～125℃。
根据上述所述的制备方法，所述单螺杆挤出机的各区温度为：Ⅰ区115～125℃，Ⅱ区115～125℃，Ⅲ区115～125℃，机头140～150℃
本发明还公开了如上述所述的无卤隔氧层电缆料或如上述所述的制备方法获得的无卤隔氧层电缆料用于形成电缆中的无卤隔氧层的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)通过提高基体阻燃剂中氢氧化镁的比例(＞30％)和添加含硅成壳助剂，有效地改善了材料在燃烧过程中产生熔滴或/和膨胀的现象。在实际燃烧过程中，材料能够形成较为坚硬和完整的碳壳，不会产生大鼓包破坏外护套，对电线电缆中的绝缘材料起到了良好的保护作用。
(2)配方相对比较简单，总体成本较低。
(3)所制备的电缆料具有较低的热释放速率和热释放总量，产烟量也不大。
(4)在高比例阻燃剂的填充下(填充量≥65％)，电缆料保持了一定的机械性能，亦不失良好的挤出性能。
总之，本申请中提供一种新的无氧隔氧电缆料及其制备方法，其有效地避免了材料在燃烧过程中产生的熔滴和膨胀现象，且具有较低的热释放速率和热释放总量，产烟量也不大，并且电缆料在保持一定的机械性能的情况下，还具有良好的挤出性能。
附图说明
图1为市面上某厂家的样品经过锥形量热仪测试后的成碳图片
图2为实施例1制备的样品经过锥形量热仪测试后的成碳图片
图3为实施例2制备的样品经过锥形量热仪测试后的成碳图片
图4为实施例3制备的样品经过锥形量热仪测试后的成碳图片
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本申请实施例中采用的材料的性能如下：
所述EVA树脂在150℃和5kg压力下熔融指数大于等于4.0g/10min；所述EVA树脂中的VA含量≥27％。
所述相容剂树脂在150℃和5kg压力下的熔融指数≤3.0g/10min。
所述季铵盐改性膨润土为由季铵盐与膨润土混合后获得的，所述季铵盐的使用量占膨润土质量的1wt％。
所述硅烷偶联剂改性滑石粉是由硅烷偶联剂与滑石粉混合后获得的，所述硅烷偶联剂的使用量占滑石粉质量的2wt％。
所述硅酮母粒的平均粒径D(4.3)μm为10～20，有机硅含量为70～80wt％；具体为凯杰KJ-A01。
所述炭黑色母中炭黑含量为40wt％～50wt％，其余为EVA树脂，其中EVA树脂在150℃和5kg压力下熔融指数为3.0～5.0g/10min。
本申请实施例中，双螺杆挤出机的各区温度为双螺杆挤出机各区温度为：Ⅰ区150℃，Ⅱ区150℃，Ⅲ区150℃，Ⅳ区145℃，Ⅴ区145℃，Ⅵ区140℃，Ⅶ区135℃，Ⅷ区130℃，Ⅸ区120℃。各区温度波动不超过3℃。
本申请实施例中，单螺杆挤出机的各区温度为：Ⅰ区120℃，Ⅱ区120℃，Ⅲ区130℃，机头145℃。各区温度波动不超过3℃。
实施例1
本实施例中无卤隔氧层电缆料采用的原料组分为：EVA树脂35份，EVA的马来酸酐接枝物5份，氢氧化铝60份，氢氧化镁40份，有机改性膨润土5份，硅酮母粒4份，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和硫代二丙酸二月桂酯，两种成分各0.5份，炭黑色母2份。
制备方法为：采用密炼机塑化，塑化时，先将基体树脂加入密炼机、再加入含硅成壳助剂、润滑助剂、抗氧剂及色母或色粉，最后加入基体阻燃剂，密炼15分钟，密炼温度170℃，中间翻料2～3次，最后经过单螺杆挤出机造粒。
生产完成后，取样在160℃温度下压片，按照国标测试电缆料的机械性能、氧指数、烟密度和热释放性能，其性能见表1。同时，我们以市场上某厂家的隔氧料作为参照样品，将它与样品进行比较。
实施例2
本实施例中无卤隔氧层电缆料的原料组分包括：EVA树脂40份，POE的马来酸酐接枝物7份，氢氧化铝40份，氢氧化镁65份，有机改性膨润土3份、纳米二氧化硅3份，聚乙烯蜡2份、硬脂酸镁2份，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和硫代二丙酸二月桂酯的混合物，两者各0.5份，炭黑1.5份。
无卤隔氧层电缆料的制备方法为：采用密炼机塑化，塑化时，依次将基体树脂、含硅成壳助剂、润滑助剂、抗氧剂及色母或色粉加入，最后加入基体阻燃剂；密炼15分钟，密炼温度170℃，中间翻料2～3次，最后经过单螺杆挤出机挤出造粒。
生产完成后，取样在160℃温度下压片，按照国标测试电缆料的机械性能、氧指数、烟密度和热释放性能，其性能见表1。同时，我们以市场上某厂家的隔氧料作为参照样品，将它与样品进行比较。
实施例3
本实施例中无卤隔氧层电缆料的原料组分包括：EVA树脂30份，POE—马来酸酐接枝物7份，氢氧化铝30份，氢氧化镁60份，硅烷偶联剂改性滑石粉5份、有机硅3份，硅酮母粒4份，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的混合物，两者各0.6份，炭黑色母3份。
无卤隔氧层电缆料的制备方法：先各原料组分在高速混合机混匀，然后喂入双螺杆挤出机中，流量设定为300kg/h，最后经过单螺杆造粒。
生产完成后，取样在160℃温度下压片，按照国标测试电缆料的机械性能、氧指数、烟密度和热释放性能，其性能见表1。粒料在XSS-300型转矩流变仪上进行挤出实验比较。同时，我们以市场上某厂家的隔氧料作为参照样品，将它与样品进行比较。
从附图中可以看出，所制备的样品在燃烧时不发生鼓包现象、膨胀程度很小，整体成碳性优异，而某厂家的样品燃烧时膨胀严重，表面形成大鼓包。从表1中也可看出采用本申请中技术方案所制备的电缆料性能优异，材料具有较小的热释放速率峰值、热释放总量和产烟量，非常适用于B1级别电缆。
对比例1
与实施例1不同之处在于：原料组分中去掉含硅成壳助剂。
对比例2
与实施例1不同之处在于：原料组分中不含有氢氧化镁。
对比例3
与实施例1不同之处在于：原料组分的100份基体阻燃剂中，氢氧化镁的含量为20份，氢氧化铝的含量为80份。
对比例4
与实施例1不同之处在于：原料组分的100份基体阻燃剂中，氢氧化镁的含量为70份，氢氧化铝的含量为30份。
对比例1～4中的实施效果数据如下表表2所示。由表2可以看出去掉含硅成壳助剂和增加氢氧化铝的比例都会使材料热释放和产烟增加，而增加氢氧化镁的比例可以提高材料的成碳性能，材料的热释放和产烟也达到改性，同时材料的机械性能、氧指数和挤出性能都没有明显下降。
表1几种隔氧料的性能
Figure BDA0002747512330000061
Figure BDA0002747512330000071
表2
Figure BDA0002747512330000072
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种无卤隔氧层电缆料，其特征在于，所述无卤隔氧电缆料由如下重量份的原料组分获得：
基体树脂30～50份，基体阻燃剂100～150份，含硅成壳助剂5～15份，润滑助剂4～8份，抗氧剂1～2份，色母或色粉1～3份；
所述含硅成壳助剂选自季铵盐改性膨润土和硅烷偶联剂改性滑石粉中的一种或多种，所述季铵盐改性膨润土为由季铵盐与膨润土混合后获得的，所述季铵盐的使用量占膨润土质量的1wt％～5wt％；所述硅烷偶联剂改性滑石粉是由硅烷偶联剂与滑石粉混合后获得的，所述硅烷偶联剂的使用量占滑石粉质量的0.5wt％～3wt％；所述基体树脂由EVA树脂和相容剂树脂组成，所述EVA树脂与所述相容剂树脂的质量比为(4～9):1；所述基体阻燃剂由氢氧化铝和氢氧化镁组成；氢氧化铝和氢氧化镁的质量比为(0.5～2):1。
2.根据权利要求1所述的无卤隔氧层电缆料，其特征在于，所述EVA树脂中的VA含量≥27％；
和/或，所述EVA树脂在150℃和5kg压力下熔融指数大于等于4g/10min；
和/或，所述相容剂树脂为EVA的马来酸酐接枝物、POE的马来酸酐接枝物、PE的马来酸酐接枝物的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的无卤隔氧层电缆料，其特征在于，
和/或，所述氢氧化铝的粒径D50≤2.0μm；
和/或，所述氢氧化铝的粒径D90≤4.0μm；
和/或，所述氢氧化镁的粒径D50≤4.0μm；
和/或，所述氢氧化镁的粒径D90≤6.0μm。
4.根据权利要求1所述的无卤隔氧层电缆料，其特征在于，
所述润滑助剂选自硅烷偶联剂、硅酮母粒、聚乙烯蜡、硬脂酸盐和硅橡胶中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的无卤隔氧层电缆料，其特征在于，所述抗氧剂选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种；
和/或，所述色母或色粉为炭黑色母或炭黑，炭黑色母中炭黑含量为40wt％～50wt％。
6.一种无卤隔氧层电缆料的制备方法，包括：采用密炼机塑化，塑化时先加入基体树脂，再加入含硅成壳助剂、润滑助剂、抗氧剂及色母或色粉，最后加入基体阻燃剂；密炼完成后进入单螺杆挤出机挤出造粒；或预先将基体树脂、基体阻燃剂、含硅成壳助剂、润滑助剂、抗氧剂及色母或色粉在高速混合机混匀，然后喂入双螺杆挤出机塑化，塑化后再进入单螺杆挤出机造粒。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，密炼温度为160℃～170℃，密炼时间为10～15min，双螺杆挤出机各区温度为：Ⅰ区145～155℃，Ⅱ区145～155℃，Ⅲ区145～155℃，Ⅳ区140～150℃，Ⅴ区140～150℃，Ⅵ区135～145℃，Ⅶ区130～140℃，Ⅷ区125～135℃，Ⅸ区115～125℃；所述单螺杆挤出机的各区温度为：Ⅰ区115～125℃，Ⅱ区115～125℃，Ⅲ区115～125℃，机头140～150℃。
8.一种如权利要求1～5任一项所述的无卤隔氧层电缆料或如权利要求6～7任一项所述的制备方法获得的无卤隔氧层电缆料用于形成电缆中的无卤隔氧层的用途。
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