CN113105722A - 改进tpee电线电缆护套材料及其护套 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改进TPEE电线电缆护套材料及其护套，属于电缆护套技术领域。改进TPEE电线电缆护套材料，通过如下制备方法获得：步骤1：提供如下原料：热塑性聚醚酯弹性体TPEE、废弃交联聚乙烯电缆料、相容剂、稳定剂和阻燃剂，将热塑性聚醚酯弹性体TPEE和稳定剂加入高速混合机中进行一次混合，然后加入废弃交联聚乙烯电缆料和相容剂，进行二次混合；最后加入阻燃剂，进行三次混合，得到混合料；步骤2：将所述混合料通过挤出机熔融挤出造粒，得到改进TPEE电线电缆护套材料。本发明一种改进TPEE电线电缆护套材料，以提高其力学性能和耐候性。

Description

改进TPEE电线电缆护套材料及其护套
技术领域
本发明属于电缆护套技术领域，具体涉及改进TPEE电线电缆护套材料及其护套。
背景技术
热塑性聚醚酯弹性体（TPEE）是一种芳香族聚酯作为硬段（如PET，PBT），脂肪族聚酯或聚醚（如PTMG）作为无定形软段的线性嵌段共聚物。其中，聚酯硬段部分结晶形成了结晶微区，起到了物理交联点作用，而软段和未结晶的硬段聚酯构成了无定形区。TPEE良好的耐候性和电绝缘性使其在电线电缆套方面得到应用，使用TPEE制作线缆在相同力学强度的要求下，TPEE线缆的绝缘层和护套可以用料更少，质量更小。但是对于电缆材料来讲，TPEE的硬度较高，柔顺性相对较差，耐水解性能较差，原料的成本高，这些不足限制了其在电线电缆方面不同环境下的应用。
在现有技术中，为获得良好的柔软性和力学性能的环保阻燃电缆料，公开号为CN102485792A的专利文献公开了一种环保阻燃电缆料，包括以下组分及重量份数：热塑性弹性体40-70，PVC树脂10-30，氮/磷复合阻燃剂10-14，抗氧剂0.5-2，增塑剂2-15，热稳定剂0.2-0.6，补强剂2-3。又如，为获得高耐磨、环保、安全、对环境无害的无卤阻燃超柔耐磨复合电缆料，公开号为CN106398130A的专利文献提供了TPEE/TPU/PTFE复合电缆材料及制备方法。复合电缆材料组成及配比，以质量百分比wt%计为：TPEE热塑性聚酯弹性体20%~60%；TPU热塑性聚氨酯弹性体20%~40%；PTFE5%~25%；阻燃剂20%~45%，阻燃协效剂1%~10%，润滑剂1%~5%，抗氧剂0.2%~1.0%，光稳定剂0.05%~0.3%，紫外光吸收剂1%~3%；所述的TPU热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型聚氨酯弹性体；所述的PTFE为低密度微孔聚四氟乙烯。上述技术均是采用二元共混或三元共混实现对主材料性能的改善。
交联聚乙烯（XLPE）材料因其优异的电气、理化性能，在交直流电缆中得到了广泛应用。随着环境友好型社会的倡导和电力行业的发展，高压电缆绝缘材料在环保问题上面临着新的挑战。XLPE是一种热固性材料，退役后无法回收利用，容易产生环保问题。鉴于交联聚乙烯材料优异的特性，如果能将TPEE与废弃交联聚乙烯电缆料进行合理共混，实现对TPEE特性的改善以使其更好地应用于电线电缆护套，同时使得废弃交联聚乙烯电缆料得以回收利用，将产生更为重要的环保价值及经济价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种改进TPEE电线电缆护套材料，以提高其力学性能和耐候性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
改进TPEE电线电缆护套材料，通过如下制备方法获得：
步骤1：提供如下原料：热塑性聚醚酯弹性体TPEE、废弃交联聚乙烯电缆料、相容剂、稳定剂和阻燃剂，将热塑性聚醚酯弹性体TPEE和稳定剂加入高速混合机中进行一次混合，然后加入废弃交联聚乙烯电缆料和相容剂，进行二次混合；最后加入阻燃剂，进行三次混合，得到混合料；
步骤2：将所述混合料通过挤出机熔融挤出造粒，得到改进TPEE电线电缆护套材料。
进一步地，所述热塑性聚醚酯弹性体TPEE、废弃交联聚乙烯电缆料、相容剂、稳定剂和阻燃剂以重量份计分别为：热塑性聚醚酯弹性体TPEE100重量份、废弃交联聚乙烯电缆料10-50重量份、相容剂0.5-10重量份、稳定剂1-10重量份和阻燃剂5-15重量份。具体的，废弃交联聚乙烯电缆料可以为10重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份、45重量份或50重量份；相容剂可以为0.5重量份、0.8重量份、1.0重量份、1.5重量份、2.0重量份、2.5重量份、3.0重量份、3.5重量份、4.0重量份、4.5重量份、5.0重量份、5.5重量份、6.0重量份、6.5重量份、7.0重量份、7.5重量份、8.0重量份、8.5重量份、9.0重量份、9.5重量份或10.0重量份；稳定剂可以为1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份；阻燃剂可以为5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份、10重量份、10.5重量份、11重量份、11.5重量份、12重量份、12.5重量份、13重量份、13.5重量份、14重量份、14.5重量份或15重量份。
TPEE中加入废弃交联聚乙烯电缆料使得材料的断裂伸长率得到大幅度提高，但是拉伸强度略有降低，在TPEE：XLPE电缆废料的重量比为100：40时，材料的拉伸强度和断裂伸长率达到一个最优值。同时，TPEE和XLPE电缆废料混合材料的热稳定性随着XLPE电缆废料含量的增加呈现先升后降这样的趋势，且在TPEE：XLPE电缆废料的重量比为100：（30-40）时，热稳定性更好。
进一步地，所述废弃交联聚乙烯电缆料的粒径为50μm以下，具体的，粒径可以为50μm、40μm、30μm或20μm。
进一步地，所述相容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE-g-GMA的一种或两种以上的组合物。具体的，相容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、POE-g-GMA、或乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE-g-GMA的组合物。进一步的，乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE-g-GMA的组合物中，乙烯-醋酸乙烯共聚物与POE-g-GMA的重量比为（1-10）：1，可以为1：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、或10:1。
进一步地，所述稳定剂为聚碳化二亚胺或双(2,6-二异丙基苯)碳二亚胺。
进一步地，所述阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的一种或两种以上的组合物。具体的，所述阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐、三聚氰胺聚磷酸盐、或四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的组合物。
进一步地，所述阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的组合物，所述四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的重量比为1：（2-4）。具体的，四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的重量比可以为1：2、1：2.3、1：2.5、1：2.8、1：3、1：3.2、1：3.5、1：3.8、1：4。两种阻燃剂在合适的配比下能够发挥出对材料更为显著的阻燃效果，配比不当则无法实现。
进一步地，所述一次混合的条件为：1500-1800r/min的搅拌速率下混合10-20min，具体的，搅拌速率可以为1500 r/min、1600 r/min、1700 r/min或1800r/min，混合时间可以为10 min、12 min、15 min或20 min。
所述二次混合和三次混合的条件均为：400-500r/min的搅拌速率下混合15-20min，具体的，搅拌速率可以为400 r/min 、420 r/min、450 r/min、480 r/min、或500r/min，混合时间可以为15 min、16 min、17 min、18 min、19 min或20 min。
基于原料的相容性，本发明设定合理的混合条件，特别是搅拌速度和混合时间，有利于原料的混匀与反应。
进一步地，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述熔融挤出的条件为：螺杆转速为400-650r/min，温度255-285℃。具体的，螺杆转速可以为400 r/min、450 r/min、500 r/min、550r/min、600 r/min或650 r/min；温度可以为255℃、258℃、260℃、263℃、265℃、270℃、273℃、275℃、280℃或285℃。
TPEE与XLPE电缆废料共混物在加工过程中，加工温度对材料的力学性能影响较大，其中包含材料的交联与降解，加工温度设置为263-270℃时，材料的力学性能优异，尤其是263℃时性能最优。
本发明还提供了利用上述改进TPEE电线电缆护套材料制成的护套，所述护套包覆在电线电缆的外层。
XPLE电缆的环保问题随着电缆退役会越来越突显，而目前对废弃XPLE电缆料的研究尚处于探索阶段，具有参考价值的再生利用方法较少，例如现有技术中CN102898768A是利用废弃交联聚乙烯电缆料生产阻燃热塑性弹性体，将废弃交联聚乙烯电缆料与SBS进行二元共混制备阻燃型材料，效果明显。同时，由上述技术也能看到，废弃XPLE电缆料依然具有较好的特性，利用其开发更多的附加值产品，将体现出重要的环保价值，也会是一件越来越重要的课题。
对此，本发明以热塑性聚醚酯弹性体TPEE为主料，适量掺混废弃交联聚乙烯电缆料，并借助辅料的优化配合，实现对热塑性聚醚酯弹性体TPEE综合性能的改善与提升，获得改进TPEE电线电缆护套材料。
TPEE中加入废弃交联聚乙烯电缆料使得材料的断裂伸长率得到大幅度提高。TPEE和XLPE电缆废料两种材料以乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和POE-g-GMA的一种或两种以上的组合物作为相容剂，共混相容性较好，相容剂分布在两种聚合物界面上，以降低界面的表面张力，降低分散相粒径，增加界面层厚度，提高共混物形态结构的稳定性。在材料内部TPEE以一种三维网状结构存在，保证了材料的耐弯折性能。
改进TPEE电线电缆护套材料选择四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的一种或两种以上的组合物作为阻燃剂，同时也发现在制备过程中单纯使用四氯邻苯二甲酸酐进行阻燃，需要添加大量的四氯邻苯二甲酸酐，造成材料的力学性能下降，相比于单纯的使用四氯邻苯二甲酸酐阻燃，利用四氯邻苯二甲酸酐与三聚氰胺聚磷酸盐二者之间的协同阻燃效应进行复配阻燃，既能提高阻燃性，又能在保证材料的力学性能，表现出优异的协效作用。TPEE与XLPE电缆废料复合材料中加入一定量的聚碳化二亚胺或双(2,6-二异丙基苯)碳二亚胺，有助于提高复合材料的耐水解性，使材料的耐候性能更佳。
本发明改进TPEE电线电缆护套材料的断裂伸长率为503-533%，拉伸强度为22-26MPa，阻燃级别可达V-0级，耐候性良好。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
下述实施例所用热塑性聚醚酯弹性体TPEE为PBT与聚四亚甲基醚二醇（PTMG）的嵌段共聚物。
本发明下述实施例所用原料无特别说明，均可市售获得，或通过常规制备方法获取。
实施例1
改进TPEE电线电缆护套材料，通过如下制备方法获得：
步骤1：提供如下原料：热塑性聚醚酯弹性体TPEE 1000g、50μm以下废弃交联聚乙烯电缆料100g、乙烯-醋酸乙烯共聚物5g、聚碳化二亚胺10g和四氯邻苯二甲酸酐150g，将热塑性聚醚酯弹性体TPEE和聚碳化二亚胺加入高速混合机中进行一次混合，1500r/min的搅拌速率下混合20min；然后加入废弃交联聚乙烯电缆料和乙烯-醋酸乙烯共聚物，进行二次混合，400r/min的搅拌速率下混合18min；最后加入四氯邻苯二甲酸酐，进行三次混合，420r/min的搅拌速率下混合15min，得到混合料；
步骤2：将所述混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，熔融挤出的条件为：螺杆转速为500r/min，温度285℃，得到改进TPEE电线电缆护套材料。
实施例2
改进TPEE电线电缆护套材料，通过如下制备方法获得：
步骤1：提供如下原料：热塑性聚醚酯弹性体TPEE 1000g、50μm以下废弃交联聚乙烯电缆料300g、POE-g-GMA30g、双(2,6-二异丙基苯)碳二亚胺35g和阻燃剂105g，将热塑性聚醚酯弹性体TPEE和双(2,6-二异丙基苯)碳二亚胺加入高速混合机中进行一次混合，1700r/min的搅拌速率下混合13min；然后加入废弃交联聚乙烯电缆料和POE-g-GMA，进行二次混合，500r/min的搅拌速率下混合15min；最后加入阻燃剂，进行三次混合，400r/min的搅拌速率下混合20min，得到混合料；
步骤2：将所述混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，熔融挤出的条件为：螺杆转速为600r/min，温度255℃，得到改进TPEE电线电缆护套材料。
该实施例中，阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的组合物，所述四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的重量比为1：2。
实施例3
改进TPEE电线电缆护套材料，通过如下制备方法获得：
步骤1：提供如下原料：热塑性聚醚酯弹性体TPEE 1000g、50μm以下废弃交联聚乙烯电缆料400g、相容剂65g、聚碳化二亚胺100g和阻燃剂50g，将热塑性聚醚酯弹性体TPEE和聚碳化二亚胺加入高速混合机中进行一次混合，1600r/min的搅拌速率下混合15min；然后加入废弃交联聚乙烯电缆料和相容剂，进行二次混合，400r/min的搅拌速率下混合20min；最后加入阻燃剂，进行三次混合，500r/min的搅拌速率下混合15min，得到混合料；
步骤2：将所述混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，熔融挤出的条件为：螺杆转速为400r/min，温度270℃，得到改进TPEE电线电缆护套材料。
该实施例中，相容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE-g-GMA的组合物，乙烯-醋酸乙烯共聚物与POE-g-GMA的重量比为3：1
阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的组合物，所述四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的重量比为1：2.5。
实施例4
改进TPEE电线电缆护套材料，通过如下制备方法获得：
步骤1：提供如下原料：热塑性聚醚酯弹性体TPEE 1000g、50μm以下废弃交联聚乙烯电缆料500g、相容剂100g、双(2,6-二异丙基苯)碳二亚胺70g和阻燃剂85g，将热塑性聚醚酯弹性体TPEE和双(2,6-二异丙基苯)碳二亚胺加入高速混合机中进行一次混合，1800r/min的搅拌速率下混合18min；然后加入废弃交联聚乙烯电缆料和相容剂，进行二次混合，450r/min的搅拌速率下混合16min；最后加入阻燃剂，进行三次混合，430r/min的搅拌速率下混合18min，得到混合料；
步骤2：将所述混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，熔融挤出的条件为：螺杆转速为600r/min，温度263℃，得到改进TPEE电线电缆护套材料。
该实施例中，相容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE-g-GMA的组合物，乙烯-醋酸乙烯共聚物与POE-g-GMA的重量比为7：1。
阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的组合物，所述四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的重量比为1：3.5。
实施例1-4制备的材料用于制作电缆护套，电缆护套可以采用常规电缆护套的结构，以提高电缆护套的力学性能、热稳定性和耐候性。
比较例1 该比较例与实施例1的区别在于：提供如下原料：热塑性聚醚酯弹性体TPEE 1000g、乙烯-醋酸乙烯共聚物5g、聚碳化二亚胺5g和四氯邻苯二甲酸酐150g，相应地省略废弃交联聚乙烯电缆料的加入步骤，其余步骤与实施例1相同。
比较例2 该比较例与实施例1的区别在于：提供如下原料：50μm以下废弃交联聚乙烯电缆料1000g、乙烯-醋酸乙烯共聚物5g、聚碳化二亚胺5g和四氯邻苯二甲酸酐150g，相应地省略废弃交联聚乙烯电缆料的加入步骤，其余步骤与实施例1相同。
比较例3 该比较例与实施例1的区别在于：步骤1中，将热塑性聚醚酯弹性体TPEE、50μm以下废弃交联聚乙烯电缆料、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚碳化二亚胺和四氯邻苯二甲酸酐同时加入高速混合机中，500r/min的搅拌速率下混合50min。其余步骤与实施例1相同。
比较例4 该比较例与实施例1的区别在于：阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的组合物，所述四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的重量比为1：5。
比较例5 该比较例与实施例1的区别在于：提供如下原料，相容剂为PP-g-GMA，替代实施例1中的相容剂。其余步骤与实施例1相同。
效果评价：将实施例1-4以及比较例1-5制备的材料进行如下测试：
1）力学性能：根据ISO37-2005，使用CMT5305拉伸测试仪，拉伸速率为250mm/min，试样制成0.5mm厚的哑铃型，测试温度23±2℃，每个数据均由5个样品求平均值而得。测试结果如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
测试结果显示，本发明材料的断裂伸长率为503-533%，拉伸强度为22-26 MPa，力学性能更显著。
2）耐候性：参照GB/T3511-2018、GB/T 16422.1-2019，采用氙弧灯，运行2000h，评估间隔周期为400h，目测颜料是否发生失光、粉化、变色及裂纹现象。
Figure 152111DEST_PATH_IMAGE002
结果：本发明实施例1-4制备的材料的物理性能均未发生上述可见的变化，耐候性能较好。比较例1在评估周期为1600h时出现裂纹；对比例2出现裂纹；对比例3出现裂纹；对比例4出现粉化和裂纹；比较例5出现粉化和变色现象。
3）阻燃性：根据GB/T2408-2008垂直燃烧试验方法测试材料的阻燃性能，判定垂直燃烧级别。结果如下：实施例1材料的阻燃等级为V-1级，实施例2-3材料的阻燃等级为V-0级，比较例1-5的阻燃等级为V-1级。说明，本发明材料的阻燃性能良好，且阻燃剂在复配使用情况下效果更佳。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：通过如下制备方法获得：
步骤1：提供如下原料：热塑性聚醚酯弹性体TPEE、废弃交联聚乙烯电缆料、相容剂、稳定剂和阻燃剂；
将热塑性聚醚酯弹性体TPEE和稳定剂加入高速混合机中进行一次混合；
然后加入废弃交联聚乙烯电缆料和相容剂，进行二次混合；
最后加入阻燃剂，进行三次混合，得到混合料；
步骤2：将所述混合料通过挤出机熔融挤出造粒，得到改进TPEE电线电缆护套材料。
2.如权利要求1所述的改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：所述热塑性聚醚酯弹性体TPEE、废弃交联聚乙烯电缆料、相容剂、稳定剂和阻燃剂以重量份计分别为：热塑性聚醚酯弹性体TPEE100重量份、废弃交联聚乙烯电缆料10-50重量份、相容剂0.5-10重量份、稳定剂1-10重量份和阻燃剂5-15重量份。
3.如权利要求1所述的改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：所述废弃交联聚乙烯电缆料的粒径为50μm以下。
4.如权利要求1所述的改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：所述相容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物和POE-g-GMA的一种或两种以上的组合物。
5.如权利要求1所述的改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：所述稳定剂为聚碳化二亚胺或双(2,6-二异丙基苯)碳二亚胺。
6.如权利要求1所述的改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：所述阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的一种或两种以上的组合物。
7.如权利要求6所述的改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：所述阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的组合物，所述四氯邻苯二甲酸酐和三聚氰胺聚磷酸盐的重量比为1：（2-4）。
8.如权利要求1所述的改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：所述一次混合的条件为：1500-1800r/min的搅拌速率下混合10-20min，所述二次混合和三次混合的条件均为：400-500r/min的搅拌速率下混合15-20min。
9.如权利要求1所述的改进TPEE电线电缆护套材料，其特征在于：所述挤出机为双螺杆挤出机，所述熔融挤出的条件为：螺杆转速为400-650r/min，温度255-285℃。
10.一种改进TPEE电线电缆护套，其特征在于：利用根据权利要求1-9任一项所述的改进TPEE电线电缆护套材料制备而得。
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