CN113388178A - 一种低烟无卤的电线电缆及生产工艺 - Google Patents

一种低烟无卤的电线电缆及生产工艺 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电线电缆领域，具体公开了一种低烟无卤的电线电缆及生产工艺。电线电缆包括线芯，线芯外包裹低烟无卤保护套，低烟无卤保护套的加工原料包括：改性聚乙烯80~120份；TAIC 1~5份；无卤无机阻燃剂8~12份。其制备方法为：将改性聚乙烯、TAIC、无卤无机阻燃剂混合均匀并加热至140~160℃，加热10~15min，呈熔融状态，之后挤出熔融的低烟无卤保护套的加工原料并对线芯进行包覆，冷却至室温定型，获得低烟无卤的电线电缆。本申请可用于地铁、化学工厂、商场及其他对电线电缆安全度高的场所，其具有使用较少的无机阻燃剂便可达到阻燃效果好，即使受高温燃烧后，燃烧气体低毒害、烟量小、安全性高的优点。

Description

一种低烟无卤的电线电缆及生产工艺
技术领域
本申请涉及电线电缆领域，更具体地说，它涉及一种低烟无卤的电线电缆 及生产工艺。
背景技术
含卤的电线电缆由于在燃烧受热时分解放出卤化氢，卤化氢能够捕捉活性 自由基OH根，使材料的燃烧延缓或熄灭，达到阻燃的目的，从而减少燃烧过程 中烟量的排放，但是含卤的电线电缆在燃烧过程中会产生氯化氢有毒烟雾，释 放后会使人中毒，因此出现了无卤电线电缆。
无卤电线电缆材料主要有聚烯烃材料，由碳氢化合物组成，在燃烧时分解 出二氧化碳和水，不产生明显的烟雾和有害气体。由于这些材料本身并不具有 阻燃性，需要添加无卤阻燃剂，才能加工成实用的无卤阻燃材料。
针对上述相关技术，申请人认为目前理想的无卤阻燃剂有金属系氢氧化物 阻燃剂，能够快速吸收热量，有效降低空气中氧气的含量。但需要大量添加才 能起到较好的阻燃效果，通常添加到50％以上才能达到UL94V-0阻燃水平，因此， 怎么样提高少量无机阻燃剂的阻燃效果成为了主要解决的问题，急需改善。
发明内容
为了使电线电缆具有较好的阻燃效果同时减少阻燃剂的添加量，本申请提 供一种低烟无卤的电线电缆及生产工艺。
第一方面，本申请提供一种低烟无卤的电线电缆，采用如下的技术方案：
一种低烟无卤的电线电缆，包括线芯以及包裹在线芯外的低烟无卤保护 套，所述低烟无卤保护套的加工原料包括以下质量份数的组分：
改性聚乙烯80～120份；
TAIC 1～5份；
无卤无机阻燃剂8～12份；
所述改性聚乙烯的制备方法包括以下步骤：
加热贝壳粉至230～280℃，保持7～14min后开始降至常温，将热处理后的贝 壳粉和聚乙烯以质量比1:0.04～0.06充分混合均匀后加入挤出机中挤出造粒， 造粒条件为：一区温度140～145℃，二区温度150～155℃，三区温度165～170℃， 四区温度160～165℃，获得改性聚乙烯。
优选的，所述聚乙烯是高密度聚乙烯。
由于聚乙烯是无卤材料，由碳氢化合物组成，在燃烧时分解出二氧化碳和 水，不产生明显的烟雾和有害气体，选择聚乙烯作为低烟无卤的电线电缆的主 体；又因为聚乙烯材料本身不具有阻燃性，需要添加无卤无机阻燃剂才能加工 成实用的无卤阻燃材料，但由于非极性物质的分子链上缺乏极性基团，具有憎 水性，与无卤无机阻燃剂的亲水性能较差，难以牢固的结合，为了改善聚乙烯 的表面活性，本申请采用贝壳粉对聚乙烯进行改性，通过设置贝壳粉和聚乙烯 之间的质量比并可严格控制造粒时的分区加热温度，使聚乙烯获得了较好的亲 水性，改善了无机阻燃剂与聚乙烯的相容性，提高了无机阻燃剂的阻燃效果， 从而使用小于15％的无机阻燃剂便可以达到UL94V-0阻燃水平。
在阻燃能力较好的同时，由于无机阻燃剂的添加量减少，使改性聚乙烯的 致密度较大，提升了低烟无卤保护套的拉伸强度。
优选的，所述无卤无机阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁，更优选为氢氧化 铝。
氢氧化铝在燃烧时不会产生二次污染，不仅可提聚合物的有限氧指数， 增加阻燃性能，且有助于改善聚合物制品的电学性能，增强低烟无卤的电线 电缆的抗漏电、耐电弧和耐磨损能力。
优选的，所述贝壳粉的粒径为800～1340目。
粒径为800～1340目的贝壳粉较细，与聚乙烯的相容性更好，不但使聚乙 烯具有更好的亲水性，提升低烟无卤保护套的阻燃作用，从而提高了进一步 提升了低烟无卤电线电缆的阻燃性。
优选的，所述低烟无卤保护套的加工原料还包括浓度1/900～1/800wt％的 表面活性剂。
更优选的，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，例如，脂肪醇聚氧乙 烯醚硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠。
混熔聚乙烯和贝壳粉的过程中，为了抑制贝壳粉的团聚，加入浓度 1/900～1/800wt％的表面活性剂，既不易因过多的表面活性剂导致贝壳粉的相 对含量较低，也不易因为表面活性剂较少起不到分散作用，使贝壳粉能充分 分散在聚乙烯中；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠在属于分散性 能较好的表面活性剂，在其配下，进一步提高了聚乙烯的亲水性，增加了无 机阻燃剂和改性聚乙烯的结合度，使无机阻燃剂能够充分发挥阻燃作用，从 而增加了低烟无卤电线电缆的阻燃效果。
优选的，将所述改性聚乙烯与砂子混合搅拌至改性聚乙烯的表面粗糙度 Ra为0.8～1.6μm。
通过混合摩擦使被更多改性聚乙烯膜包裹的贝壳粉暴露在表面，增加了 改性聚乙烯的表面清河一下那个，使改性聚乙烯和无机阻燃剂能够进一步相 容，与无机阻燃剂结合更牢固，从而进一步提高了低烟无卤电线电缆的阻燃 效果。
优选的，所述低烟无卤保护套的加工原料还包括以下质量份数的组分：
硅酸钙镁晶须2～5份；
硅烷偶联剂0.3～0.6份。
为了进一步改善无机阻燃剂对低烟无卤保护套的拉伸强度的影响，本申 请选择硅酸钙镁晶须和硅烷偶联剂与改性聚乙烯以特定比例配合，偶联剂分 子中的烷氧基水解生成硅羟基，与晶须表面的硅羟基发生缩合，同时硅烷偶 联剂之间的硅羟基相互缩聚而形成偶联剂膜，利用表面浸润作用觉互穿网络 作用，改性聚乙烯与硅酸钙镁晶须之间形成物理相容结构，促使两者紧密连 接，改性聚乙烯和硅酸钙镁晶须之间的界面强度使应力有效地通过基体传到 晶须纤维上，晶须承担了外界的应力，从而提高了低烟无卤保护套的拉伸强 度。
第二方面，本申请提供一种低烟无卤的电线电缆的生产工艺，采用如下 的技术方案：
一种低烟无卤的电线电缆的生产工艺，包括以下步骤：
将上述制备的改性聚乙烯、TAIC、无卤无机阻燃剂混合均匀并加热至 140～160℃，加热10～15min，呈熔融状态，之后挤出熔融的低烟无卤保护套 的加工原料并对线芯进行包覆，冷却至室温定型，获得低烟无卤的电线电缆。
优选的，与所述改性聚乙烯一起混合的还有2～5份硅酸钙镁晶须、 0.3～0.6份硅烷偶联剂。
通过上述制备方法，使低烟无卤料能够均匀地包裹住线芯，在线芯上形 成质地均匀的低烟无卤保护套，使电线电缆具有较好的阻燃效果以及拉伸强 度，低烟无卤保护套不易因为线芯的弯曲变形断裂，从而获得阻燃效果好、 拉伸强度高的低烟无卤的电线电缆。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用贝壳粉改性聚乙烯，，使聚乙烯获得了较好的亲水性， 改善了无机阻燃剂与聚乙烯的相容性，提高了无机阻燃剂的阻燃效果，从而使 用小于15％的无机阻燃剂便可以达到UL94V-0阻燃水平。
2、本申请中优选采用硅酸钙镁晶须和硅烷偶联剂与改性聚乙烯配合，进一 步改善无机阻燃剂对低烟无卤保护套的拉伸强度的影响，利用表面浸润作用觉 互穿网络作用，促使两者紧密连接，由晶须承担了外界的应力，从而提高了低 烟无卤保护套的拉伸强度。
3、本申请的方法，通过低烟无卤料均匀地包裹住线芯，使线芯上形成质地 均匀的低烟无卤保护套，获得阻燃效果好、拉伸强度高的低烟无卤的电线电缆。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例中使用的高密度聚氧乙烯的密度为1.256g/cm3。
实施例中的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠购自山东领扬新材料有限公司货号为 256的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
实施例中的脂肪醇醚硫酸钠购自广州共信化工有限公司的型号为AE0-7的 脂肪醇醚硫酸钠。
改性聚乙烯的制备例
制备例1
将粒径为700目的贝壳粉在坩埚中加热升温到230℃，保持14min后开始降 至26℃，将热处理后的0.4Kg贝壳粉和10Kg高密度聚乙烯加入高速混合机中 5min混合，将混合料加入双螺杆挤出机中循环密炼5min充分混合均匀，再用双 螺杆挤出机挤出成形得到改性聚乙烯，双螺杆挤出机的挤出造粒工艺条件为： 一区温度140℃，二区温度150℃，三区温度165℃，四区温度160℃，螺杆转 速20r/min。
制备例2
将粒径为700目的贝壳粉在坩埚中加热升温到280℃，保持7min后开始降 至26℃，将热处理后的0.5Kg贝壳粉和10Kg高密度聚乙烯加入高速混合机中 8min混合，将混合料加入双螺杆挤出机中循环密炼8min充分混合均匀，再用双 螺杆挤出机挤出成形得到改性聚乙烯，双螺杆挤出机的挤出造粒工艺条件为： 一区温度145℃，二区温度155℃，三区温度170℃，四区温度165℃，螺杆转 速25r/min。
制备例3
与制备例2的区别仅在于，贝壳粉的加入量为0.6Kg。
制备例4
与制备例2的区别仅在于，贝壳粉的粒径为800目。
制备例5
与制备例2的区别仅在于，贝壳粉的粒径为1340目。
制备例6
与制备例2的区别仅在于：将改性聚乙烯与石英砂加入混合机中搅拌至改 性聚乙烯的表面粗糙度Ra为0.8μm。
制备例7
与制备例6的区别仅在于：将改性聚乙烯与石英砂加入混合搅拌至改性聚 乙烯的表面粗糙度Ra为1.6μm。
实施例
实施例1-5
实施例1-5公开低烟无卤的电线电缆，由下述工艺制成：
将改性聚乙烯、TAIC、氢氧化铝在热熔机中混合均匀并加热至140℃， 加热10min呈熔融状态，热熔机挤出熔融的低烟无卤保护套的加工原料，铜 芯线朝远离热熔机的方向运动，使熔融的低烟无卤保护套的加工原料包裹住 线芯，之后自然冷却至室温定型，获得低烟无卤的电线电缆。
实施例1-5的低烟无卤保护套的加工原料由表1的组分组成，投入量： Kg。
实施例1-5使用的改性聚乙烯分别为制备例1-5中得到的改性聚乙烯。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
改性聚乙烯 8 1.0 1.2 1.0 1.0
TAIC 0.1 0.3 0.5 0.3 0.3
氢氧化铝 0 1.0 1.2 1.0 1.0
氢氧化镁 0.8 0 0 0 0
实施例6
与实施例2的区别仅在于：与改性聚乙烯一起混熔的还有0.003Kg脂肪醇 聚氧乙烯醚硫酸钠。
实施例7
与实施例2的区别仅在于：与改性聚乙烯一起混熔的还有0.003Kg脂肪醇 醚硫酸钠。
实施例8
与实施例2的区别仅在于：使用制备例6的改性聚乙烯。
实施例9
与实施例2的区别仅在于：使用制备例7的改性聚乙烯。
实施例10
与实施例9的区别仅在于：与改性聚乙烯一起混熔的还有0.2Kg硅酸钙镁 晶须、0.03Kg硅烷偶联剂kh-560。
实施例11
与实施例9的区别仅在于：与改性聚乙烯一起混熔的还有0.5Kg硅酸钙镁 晶须、0.06Kg硅烷偶联剂kh-560。
实施例12
与实施例6的区别仅在于：与改性聚乙烯一起混熔的还有0.35Kg硅酸钙镁 晶须、0.04Kg硅烷偶联剂kh-560。
对比例
对比例1
与实施例2的区别在于使用普通高密度聚乙烯代替改性聚乙烯。
对比例2
与实施例2的区别在于使用普通高密度聚氯乙烯代替改性聚乙烯。
性能检测试验
表2
Figure BDA0003081527530000081
取实施例1-12和对比例1-2制备电线电缆按照GB/T 8323.2-2008《塑料烟 密度测试设备及方法》、GB/T 17650.1-1998《取自电缆或光缆的材料燃烧时释 出气体的试验方法第1部分；卤酸气体总量的测定》和GB/T 2406.2-2009《塑 料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》分别检测出烟密度、HCl、 HBr的含量以及氧指数，氧指数越大，说明阻燃效果越好；另外按照实施例1-12 和对比例1-2的原料配比以GB/T 1040.3-2006测试出电线电缆保护套的拉伸强 度，具体检测数据详见表3。
表3
Figure BDA0003081527530000091
根据表4中实施例2与对比例1的数据对比可得，实施例2的氧指数远大 于对比例1，拉伸强度略小于对比例1,但仍在标准范围内(≥10Mpa)说明使用 贝壳粉改性聚乙烯，能够很明显提高电线电缆的阻燃性，使用较少的无机阻燃 剂(10％)即可达到对拉伸强度影响小的同时大大提高电线电缆的阻燃效果。
根据表4中实施例2与对比例2的数据对比可得，实施例2的HCl、HBr含 量在标准范围内，而对比例2由于使用的是聚氯乙烯，造成HCl、HBr含量超标， 而且实施例2的氧指数大于对比例2，对比例2的氧指数达到到标准要求，说明， 使用相同量的氢氧化铝无机阻燃剂，使用贝壳粉改性的聚乙烯能够和氢氧化铝 充分结合，使氢氧化铝发挥更好的阻燃效果，从而使用较少的氢氧化铝阻燃剂 即可达到较好的阻燃效果，而聚氯乙烯虽然自身具有一定的阻燃效果，但是因 为与无机阻燃剂亲和性不如本申请中的改性聚乙烯，加工形成的电线电缆的阻 燃效果并不好。
根据表4中实施例4、5与实施例2的数据对比可得，实施例4、5的烟密 度大于实施例2，氧指数和拉伸强度均小于实施例2，说明贝壳粉的粒径选择为 800～1340目，与聚乙烯的相容性更好，不但使聚乙烯具有更好的亲水性，提 升低烟无卤保护套的阻燃作用，从而提高了进一步提升了低烟无卤电线电缆 的阻燃性，还提升了电线电缆保护套的拉伸强度，使电线电缆在弯曲过程中 不易断裂。
根据表4中实施例6、7与实施例2的数据对比可得，实施例6、7中的 氧指数、拉伸强度均小于实施例2，说明加入浓度1/900～1/800wt％的表面活 性剂，进一步提高了聚乙烯的亲水性，增加了无机阻燃剂和改性聚乙烯的结 合度，使无机阻燃剂能够充分发挥阻燃作用，从而增加了低烟无卤电线电缆 的阻燃效果。
根据表4中实施例8、9与实施例2的数据对比可得，实施例8、9的拉 伸强度大于实施例2，说明加入硅酸钙镁晶须与硅烷偶联剂后，与改性聚乙 烯紧密连接，改性聚乙烯和晶须之间的界面强度使应力有效地通过基体传到 晶须纤维上，晶须承担了外界的应力，从而提高了低烟无卤保护套的拉伸强 度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种低烟无卤的电线电缆，包括线芯，其特征在于，所述线芯外包裹有低烟无卤保护套，所述低烟无卤保护套的加工原料包括以下质量份数的组分：
改性聚乙烯80~120份；
TAIC 1~5份；
无卤无机阻燃剂8~12份；
所述改性聚乙烯的制备方法包括以下步骤：
加热贝壳粉至230~280℃，保持7~14min后开始降至常温，将热处理后的贝壳粉和聚乙烯以质量比1:0.04~0.06充分混合均匀后加入挤出机中挤出造粒，造粒条件为：一区温度140~145℃，二区温度150~155℃，三区温度165~170℃，四区温度160~165℃，获得改性聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的低烟无卤的电线电缆，其特征在于：所述聚乙烯是高密度聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的低烟无卤的电线电缆，其特征在于：所述无卤无机阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁，更优选为氢氧化铝。
4.根据权利要求1-3任一所述的低烟无卤的电线电缆，其特征在于：所述贝壳粉的粒径为800~1340目。
5.根据权利要求4所述的低烟无卤的电线电缆，其特征在于：所述低烟无卤保护套的加工原料还包括浓度1/900~1/800wt%的表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的低烟无卤的电线电缆，其特征在于：所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，例如，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠。
7.根据权利要求4所述的低烟无卤的电线电缆，其特征在于：将所述改性聚乙烯与砂子混合搅拌至改性聚乙烯的表面粗糙度Ra为0.8~1.6μm。
8.根据权利要求7所述的低烟无卤的电线电缆，其特征在于：所述低烟无卤保护套的加工原料还包括以下质量份数的组分：
硅酸钙镁晶须2~5份；
硅烷偶联剂0.3~0.6份。
9.一种低烟无卤的电线电缆的生产工艺，其特征在于：将权利要求1-8制备的改性聚乙烯、TAIC、无卤无机阻燃剂混合均匀并加热至140~160℃，加热10~15min，呈熔融状态，之后挤出熔融的低烟无卤保护套的加工原料并对线芯进行包覆，冷却至室温定型，获得低烟无卤的电线电缆。
10.根据权利要求9所述的低烟无卤的电线电缆的生产工艺，其特征在于：与所述改性聚乙烯一起混合的还有2~5份硅酸钙镁晶须、0.3~0.6份硅烷偶联剂。
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