CN112500631A - 一种具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料及其制备方法属于功能高分子材料领域。其特征在于：原料组分为乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物(EVA)20～30份、线性低密度聚乙烯(LLDPE)5～10份、乙烯‑丙烯酸丁酯共聚物(EBA)0～10份，过氧化物交联剂0.2～0.8份、导电填料40～60份、阻燃剂15～30份、润滑剂0.3～3份、相容剂1～5份、抗氧剂0.3～3份。本发明选用具有促进材料成炭的镀镍石墨、镀镍玻璃粉、镀银玻璃粉作为导电粉体，添加氨基硅烷改性氢氧化镁作为阻燃剂，使用动态交联体系进行交联，得到导电和阻燃性能兼优的聚烯烃复合材料。

Description

一种具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能高分子材料领域，涉及一种具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物由于具有优异的性能而广泛用于无卤阻燃电缆料的制备。但绝大多数聚合物本体都具有优异的绝缘性能，单独使用无法起到电磁屏蔽的效果。屏蔽电缆是具备在强电磁辐射干扰的条件下，能够保持高品质的传输性能，避免信号失真和泄露的功能。
在实际应用中，当动力电缆和通信电缆处于同一密闭空间，动力电缆在设备启动和停止时，由于电流的变动会产生电磁脉冲，导致通信电缆传输信号出现失真、泄露的情况。
电缆屏蔽常采用金属编织网或金属箔片作为屏蔽层材料，起到屏蔽电场的作用，但金属屏蔽层存在成型工艺复杂、物理弹性有限、质量大、屏蔽效能不可调的问题。使用电磁屏蔽电缆料替代金属屏蔽层，可通过挤出机与电缆料复合共挤出，简便屏蔽电缆的制造工艺。
无卤阻燃是指阻燃体系不添加卤阻燃剂，采用环保的阻燃剂。金属氢氧化物是最典型、用量最广的无卤阻燃剂，与含卤阻燃体系相比，其具有低毒、低发烟、高性价比的特点。
电缆材料常用的交联技术有辐照交联法，但是辐照交联的技术比较复杂，且投入较大，运行防护也是比较苛刻。本发明采引入动态硫化交联技术，使复合材料在挤出过程中进行动态交联，提高了材料的力学性能和耐温性能，该方法成本低、易操作。
目前，如何赋予聚烯烃产品良好的导电性能，又使其具有良好阻燃性能，仍未有效解决。
发明内容
本发明提供一种操作简便、电磁屏蔽功能可调节、无卤阻燃的电缆料及其制备方法，替代传统的金属编织网或金属箔片。本发明选用具有促进材料成炭的镀镍石墨、镀镍玻璃粉、镀银玻璃粉作为导电粉体，同时添加氨基硅烷改性氢氧化镁作为阻燃剂，并使用动态交联体系进行交联，从而得到导电和阻燃性能兼优的聚烯烃复合材料。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：采用的原料为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、导电填料、阻燃剂、过氧化物交联剂、润滑剂、相容剂、抗氧剂。
一种具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的原料组分为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)20～30份、线性低密度聚乙烯(LLDPE)5～10份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)0～10份，过氧化物交联剂0.2～0.8份、导电填料40～60份、阻燃剂15～30份、润滑剂0.3～3份、相容剂1～5份、抗氧剂0.3～3份。
一种具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料的制备方法，步骤如下：
将过氧化物交联剂与导电填料、阻燃剂、润滑剂、抗氧剂在高速混合机中混合5～10min，温度在50～60℃，高速混合机转速为15～30r/s。
将线性低密度聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、相容剂与[00013]中混合的粉体在密炼机中均匀混合，加工温度为110℃～150℃，加工时间为10～15min。
所述的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物是EVA树脂，其中醋酸乙烯酯的质量百分含量为16％～35％。乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中，醋酸乙烯酯含量越高，EVA树脂越软，伸长率越高，基体树脂的极性越强，更容易进行大量填充。
所述的线性低密度聚乙烯是LLDPE树脂，密度为0.92～0.935g/cm3。LLDPE树脂分子链的侧链规整，具有优异的机械强度、耐热性和耐环境应力开裂性能，LLDPE熔融指数为1～15g/10min。
所述的乙烯-丙烯酸丁酯共聚物是EBA树脂，其中丙烯酸丁酯的质量百分含量为7～30％。与醋酸乙烯酯官能团相比，丙烯酸丁酯官能团具有更高的极性，其导电性能也明显优于EVA树脂。
所述的过氧化物交联剂是过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二苯甲酰(BPO)、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷(双2,5)中的一种或几种。过氧化物能够在挤出过程中进行动态交联反应，保证挤出后的复合材料能具备较高的拉伸强度。
所述的导电填料是镀镍石墨、镀镍玻璃粉、镀银玻璃粉的一种或几种。镀镍石墨或镀镍玻璃粉中金属镍质量分数在50～80％，镀银玻璃粉中金属银的质量分数在5～20％。导电填料的优选粒径50～100μm。粒径可以是单峰分布，也可以是多峰分布。由于导电网络的形成需要保证较高的填充体积，镀镍导电填料导电性能优异，价格适中，总体性价比较高。镀银导电粉体价格偏高，但导电性会明显优于镀镍粉体。因此，对于用于替代金属编织网的通用材料，优选镀镍石墨和镀镍玻璃粉作为导电填料。但对于应用于特殊条件下(如涉及军工、航空航天等领域)，对材料的屏蔽功能要求特别高，优选镀银玻璃粉、作为导电填料。
所述的相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或几种，马来酸酐的质量接枝率在0.6～1.5％。
所述的阻燃剂是氨基硅烷改性的氢氧化镁。其主要作用不仅在于燃烧时能够分解产生水和氧化镁，产生气相和凝聚相阻燃的效果，而且氧化镁在高温下能与玻璃粉、石墨粉发生陶瓷化反应，促进复合材料在燃烧时炭层的形成，起到协同阻燃的作用。致密的炭层结构能够起到较好的隔热、隔氧的效果，极大提高复合材料的阻燃性能。阻燃剂的用量不宜太多，否则会破坏导电网络的形成。其粒径优选500nm～3μm，氨基硅烷的质量接枝率为1～2％，用量优选20～30份。此外，氨基硅烷改性的氢氧化镁，氨基官能团能与上述[00017]中的马来酸酐官能团在发生化学反应，提高填料在基体树脂的相容性和结合强度，起到协同补强的作用。
所述的润滑剂是硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、EVA蜡中的一种或几种。
所述的抗氧剂是酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
具体实施方式
为了详细说明本发明的内容及意义，以下结合具体实施例予以说明。
实施例1
将导电填料、阻燃剂、润滑剂、抗氧剂、过氧化物高速搅拌混合，混合温度50度，混合时间5min，转速20r/s，质量组分如下：导电填料45份、阻燃剂20份、润滑剂0.5份、抗氧剂1份、过氧化物0.3份。
将上述混合粉体与5份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯、5份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、相容剂5份进行密炼，密炼时间13min，出料温度130度，得到无卤阻燃电缆料。
实施例1中的线性低密度聚乙烯的熔融指数为5g/10min，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的VA质量百分含量为33％，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的BA质量百分含量为17％；导电填料为镀镍石墨(镍含量70％，填料粒径100μm)、阻燃剂为氨基硅烷改性氢氧化镁(氨基硅烷的质量接枝率1.5％，填料粒径D90 1.5μm)；润滑剂为聚乙烯蜡、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(马来酸酐接枝率为1.0％)、抗氧剂为抗氧剂1010、过氧化物为双2,5。
实施例2
将导电填料、阻燃剂、润滑剂、抗氧剂、过氧化物高速搅拌混合，混合温度50度，混合时间6min，转速20r/s，质量组分如下：导电填料45份、阻燃剂20份、润滑剂0.5份、抗氧剂1份、过氧化物0.3份。
将上述混合粉体与5份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯、5份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、相容剂5份进行密炼，密炼时间14min，出料温度135度，得到无卤阻燃电缆料。
实施例2中的线性低密度聚乙烯的熔融指数为5g/10min，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的VA质量百分含量为33％，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的BA质量百分含量为17％；导电填料为镀镍玻璃粉(镍含量80％，填料粒径90μm)、阻燃剂为氨基硅烷改性氢氧化镁(氨基硅烷的质量接枝率1.5％，填料粒径D90 1.5μm)；润滑剂为聚乙烯蜡、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(马来酸酐接枝率为1.0％)、抗氧剂为抗氧剂1010、过氧化物为双2,5。
实施例3
将导电填料、阻燃剂、润滑剂、抗氧剂、过氧化物高速搅拌混合，混合温度50度，混合时间5min，转速20r/s，质量组分如下：导电填料45份、阻燃剂20份、润滑剂0.5份、抗氧剂1份、过氧化物0.3份。
将上述混合粉体与5份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯、5份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、相容剂5份进行密炼，密炼时间14min，出料温度135度，得到无卤阻燃电缆料。
实施例3中的线性低密度聚乙烯的熔融指数为5g/10min，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的VA质量百分含量为33％，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的BA质量百分含量为17％；导电填料为镀银玻璃粉(银含量15％，填料粒径100μm)、阻燃剂为氨基硅烷改性氢氧化镁(氨基硅烷的质量接枝率1.5％，填料粒径D90 1.5μm)；润滑剂为聚乙烯蜡、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(马来酸酐接枝率为1.0％)、抗氧剂为抗氧剂1010、过氧化物为双2,5。
实施例4
将导电填料、阻燃剂、润滑剂、抗氧剂、过氧化物高速搅拌混合，混合温度50度，混合时间6min，转速20r/s，质量组分如下：导电填料50份、阻燃剂20份、润滑剂0.5份、抗氧剂1份、过氧化物0.3份。
将上述混合粉体与5份线性低密度聚乙烯、15份乙烯-乙酸乙烯酯、5份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、相容剂5份进行密炼，密炼时间14min，出料温度140度，得到无卤阻燃电缆料。
实施例4中的线性低密度聚乙烯的熔融指数为5g/10min，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的VA质量百分含量为28％，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的BA质量百分含量为17％；导电填料为镀镍石墨(镍含量70％，填料粒径100μm)、阻燃剂为氨基硅烷改性氢氧化镁(氨基硅烷的质量接枝率1.5％，填料粒径D90 1.5μm)；润滑剂为聚乙烯蜡、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(马来酸酐接枝率为1.0％)、抗氧剂为抗氧剂1010、过氧化物为双2,5。
实施例5
将导电填料、阻燃剂、润滑剂、抗氧剂、过氧化物高速搅拌混合，混合温度50度，混合时间5min，转速20r/s，质量组分如下：导电填料50份、阻燃剂20份、润滑剂0.5份、抗氧剂1份、过氧化物0.3份。
将上述混合粉体与5份线性低密度聚乙烯、15份乙烯-乙酸乙烯酯、5份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、相容剂5份进行密炼，密炼时间14min，出料温度140度，得到无卤阻燃电缆料。
实施例5中的线性低密度聚乙烯的熔融指数为5g/10min，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的VA质量百分含量为28％，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的BA质量百分含量为17％；导电填料为镀银玻璃粉(银含量15％，填料粒径100μm)、阻燃剂为氨基硅烷改性氢氧化镁(氨基硅烷的质量接枝率1.5％，填料粒径D90 1.5μm)；润滑剂为聚乙烯蜡、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(马来酸酐接枝率为1.0％)、抗氧剂为抗氧剂1010、过氧化物为双2,5。
对比例1
将导电填料、阻燃剂、润滑剂、抗氧剂高速搅拌混合，质量组分如下：导电填料45份、阻燃剂20份、润滑剂0.5份、抗氧剂1份、过氧化物0.3份。
将上述混合粉体与5份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯、5份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、相容剂5份进行密炼，密炼时间13min，出料温度130度，得到无卤阻燃电缆料。
对比例1中的线性低密度聚乙烯的熔融指数为5g/10min，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的VA质量百分含量为28％，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的BA质量百分含量为17％；导电填料为镀镍石墨(镍含量70％，填料粒径60μm)、阻燃剂为氨基硅烷改性氢氧化镁(氨基硅烷的质量接枝率1.5％，填料粒径D90 1.5μm)；润滑剂为聚乙烯蜡、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯(马来酸酐接枝率为1.0％)、抗氧剂为抗氧剂1010、过氧化物为双2,5。
各实施例与对比例配方如表1所示。
表1
Figure BDA0002766513660000071
Figure BDA0002766513660000081
各对比例与实施例性能测试如表2所示。
表2
Figure BDA0002766513660000082
本发明并不局限于上述具体实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：原料组分按照质量包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)20～30份、线性低密度聚乙烯(LLDPE)5～10份、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)0～10份，过氧化物交联剂0.2～0.8份、导电填料40～60份、阻燃剂15～30份、润滑剂0.3～3份、相容剂1～5份、抗氧剂0.3～3份；
按照以下步骤制备：
(1)将过氧化物交联剂与导电填料、阻燃剂、润滑剂、抗氧剂在高速混合机中混合5～10min，温度在50～60℃，高速混合机转速为15～30r/s；
(2)将线性低密度聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、相容剂、与步骤(1)混合的粉体在密炼机中均匀混合，加工温度为110℃～150℃，加工时间10～15min。
2.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)中醋酸乙烯酯的质量百分含量为16％-35％。
3.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的线性低密度聚乙烯密度(LLDPE)为0.92～0.935g/cm3，熔融指数为1～15g/10min。
4.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)中丙烯酸丁酯的质量百分含量为7～30％。
5.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的过氧化物交联剂是过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化二苯甲酰(BPO)、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷(双2,5)中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的导电填料是镀镍石墨、镀镍玻璃粉、镀银玻璃粉的一种或几种，导电填料的粒径50～100μm；其中，镀镍石墨或镀镍玻璃粉中金属镍的质量分数在50～80％，镀银玻璃粉中金属银的质量分数在5～20％。
7.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或几种，马来酸酐的质量接枝率在0.6～1.5％。
8.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的阻燃剂是氨基硅烷改性的氢氧化镁，粒径500nm～3μm，氨基硅烷的质量接枝率在1～2％，用量为20～30份。
9.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的润滑剂是硬脂酸锌、硬脂酸镁、聚乙烯蜡、EVA蜡中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能的无卤阻燃电缆料，其特征在于：所述的抗氧剂是酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
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