CN113462068B - 一种阻燃隔氧层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃隔氧层材料及其制备方法。所述阻燃隔氧层材料包括以下质量百分比含量的组分：5％～20％POE树脂，10％～40％EVA树脂，10％～45％阻燃剂，5％～15％层状瓷化粉，4％～15％纤维状架桥粉体，5％～10％相容剂，2％～10％成碳剂。本发明使用纤维状架桥粉体增强阻燃隔氧层材料的结构强度，在高温燃烧下将阻燃隔氧层材料烧成坚硬的支撑体，烧后残余物形成纤维状结构的保护层在燃烧过程中不滴落，不延燃，可抑制火势扩散，起到隔热、隔温、挡火的作用，从而保护电线电缆在火灾的情况下线路畅通。同时，本发明所述阻燃隔氧层材料具有阻燃效果高，火焰蔓延速度慢，烟雾和热量释放极小等特点，线缆能够通过GB 31247‑2014耐燃等级B1级别要求，线缆结构设计简单，成本低廉，而且还具有优异的力学性能。

Description

一种阻燃隔氧层材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种阻燃隔氧层材料及其制备方法。

背景技术

随着人们安全意识的提高，逐渐认识到在一些重要场所，如商场、医院、高铁站、汽车站、火车站和隧道、地铁等场所中主要电气设备，在发生火灾后，线路能够在一定时间阻止火焰快速蔓延，同时燃烧物烟雾释放少，热量释放小。对于救援工作有很大帮助，能够减少人员伤亡和财产损失。

基于安全需求，民用建筑电气设计标准GB51348-2019就强制要求在人员密集的场所必须要使用达到GB 31247-2014耐燃等级B1级别的线缆。目前的常规电缆由于结构的限制，同时涉及力学性能、抗开裂性能、阻燃性能等性能需求，很难仅通过外护套胶皮实现B1耐燃级别的要求。而通过在外护套内衬多添加一层高阻燃的隔氧层材料，可以完美解决此问题，同时能够较大幅度节约成本。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足之处而提供一种阻燃隔氧层材料及其制备方法。本发明所述阻燃隔氧层材料能够达到GB 31247-2014标准的B1耐燃等级要求，而且具有线缆结构设计简单，节约成本的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种阻燃隔氧层材料包括以下质量百分比含量的组分：5％～20％POE树脂，10％～40％EVA树脂，10％～45％阻燃剂，5％～15％层状瓷化粉，4％～15％纤维状架桥粉体，5％～10％相容剂，2％～10％成碳剂。

本发明使用纤维状架桥粉体能够增强阻燃隔氧层材料的结构强度，在高温燃烧下将阻燃隔氧层材料烧成坚硬的支撑体，烧后残余物形成纤维状结构的保护层，该保护层在燃烧过程中不滴落，不延燃，可以抑制火势扩散，起到隔热、隔温、挡火的作用，从而保护电线电缆在火灾的情况下保证线路畅通。本发明通过相容剂促进POE树脂、EVA树脂成分与阻燃剂成分的相容性，提高阻燃隔氧层材料的力学性能。同时，本发明将POE树脂、EVA树脂、阻燃剂、层状瓷化粉、纤维状架桥粉体、相容剂和成碳剂复配，得到的阻燃隔氧层材料不仅能够满足B1燃烧级别的标准要求，而且还具有优异的力学性能。

作为本发明的优选实施方式，所述纤维状架桥粉体为玻璃纤维、氧化铝纳米管、硅灰石、碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、硼酸铝晶须中的至少一种。

本发明所述不同种类的纤维状架桥粉体结构不同，协同可以起到纽扣作用，大大增加支撑体的作用力。同时，不同种类的纤维状架桥粉的熔化温度也不一样，可以针对燃烧升温的不同阶段，对线缆内在结构起到很好的保护作用。

更优选地，所述纤维状架桥粉为氧化铝纳米管和硼酸铝晶须的复配物，所述氧化铝纳米管和硼酸铝晶须的质量比为1:2。

当氧化铝纳米管和硼酸铝晶须的质量比为1:2时，协同增大支撑体的作用，起到最佳的隔热、隔温和挡火的作用，而且阻燃隔氧层材料的力学性能最佳。

作为本发明的优选实施方式，所述阻燃剂为三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸、哌嗪改性聚磷酸铵、次膦酸铝、二乙基次膦酸铝、聚磷酸三聚氰胺、氢氧化镁、氢氧化铝中的至少一种。

更优选地，所述阻燃剂为哌嗪改性聚磷酸铵、次磷酸铝、氢氧化铝中的至少一种。

作为本发明的优选实施方式，所述POE树脂的熔融指数为1～5g/10min；EVA树脂中乙酸乙烯酯的含量为17％～35％。

更优选地，所述EVA树脂中乙酸乙烯酯的含量为20％～28％。

作为本发明的优选实施方式，所述层状瓷化粉为凹凸棒土、膨润土、蒙脱土、高岭土、绢云母、白云母、金云母、滑石粉中的至少一种。

更优选地，所述层状瓷化粉为凹凸棒土、金云母中的至少一种。

作为本发明的优选实施方式，所述相容剂为马来酸酐接枝料，所述马来酸酐接枝料为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝SEBS中的至少一种；所述成碳剂为硼酸锌、3.5水硼酸锌、氧化锌、氧化钼、蒙脱土中的至少一种。

本发明所述马来酸酐接枝料能够促进树脂成分与阻燃剂成分的相容性，提高产品的力学性能。

本发明所述马来酸酐接枝料的接枝率为1％～2％。

更优选地，所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝聚乙烯；所述成碳剂为氧化锌、氧化钼和蒙脱土的复配物，所述氧化锌、氧化钼和蒙脱土的质量比为1:2:1。

作为本发明的优选实施方式，所述阻燃隔氧层材料还包括以下质量百分比含量的组分：1.0％-6.0％抗氧剂，1.0％-6.0％润滑剂。

所述抗氧剂能够阻燃隔氧层材料中的各组分在双螺杆挤出机中加工时产生分解，提高产品的使用寿命。

作为本发明的优选实施方式，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸二(十八)酯、4，4’-双(二甲基苄基)二苯胺中的至少一种；所述润滑剂为硅酮母粒、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇双硬脂酸酯中的至少一种。

更优选地，所述抗氧剂为2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和硫代二丙酸二(十八)酯的复配物，所述2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和硫代二丙酸二(十八)酯的质量比例为1:2；所述润滑剂为聚乙烯蜡。

本发明还要求保护所述阻燃隔氧层材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将POE树脂、EVA树脂、相容剂、环保阻燃剂、层状瓷化粉、纤维状架桥粉体、成碳剂、抗氧剂和润滑剂密炼，混合均匀；

(2)将步骤(1)中混合好的物料塑炼、造粒、风冷、分选得到所述阻燃隔氧层材料。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤(1)中，密炼时间为20-35min；使用密炼机密炼。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤(2)中，将步骤(1)中混合好的物料在双螺杆/单螺杆双阶混炼机组挤出机塑炼；使用鼓风风冷。

本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：本发明使用纤维状架桥粉体能够增强阻燃隔氧层材料的结构强度，在高温燃烧下将阻燃隔氧层材料烧成坚硬的支撑体，烧后残余物形成纤维状结构的保护层，该保护层在燃烧过程中不滴落，不延燃，可以抑制火势扩散，起到隔热、隔温、挡火的作用，从而保护电线电缆在火灾的情况下保证线路畅通。同时，本发明将POE树脂、EVA树脂、阻燃剂、层状瓷化粉、纤维状架桥粉体、相容剂和成碳剂复配，得到的阻燃隔氧层材料具有阻燃效果高，火焰蔓延速度慢，烟雾和热量释放极小等特点，线缆能够通过GB 31247-2014耐燃等级B1级别要求，同时线缆结构设计简单，成本低廉，而且还具有优异的力学性能。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例和对比例的原料来源如下：

EVA树脂：台塑；PE树脂：杜邦；氧化锌：无锡光灿昌裕；氧化钼：上海超威纳米；蒙脱土：怡蔚特化；哌嗪改性聚磷酸铵：清远普塞呋磷化学；次磷酸铝：清远普塞呋磷化学；氢氧化铝：中国铝业；凹凸棒土：深圳海扬粉体；金云母：灵寿县华源云母有限公司；氧化铝纳米管：中冶新材料；硼酸铝晶须：上海峰竺复合新材料科技有限公司；抗氧剂：南通新长化学有限公司；润滑剂：佛山市百亚化工有限公司。

实施例1

本实施例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

5％POE树脂，25％EVA树脂，10％马来酸酐接枝聚乙烯，1％氧化锌、2％氧化钼、1％蒙脱土，10％哌嗪改性聚磷酸铵，20％次磷酸铝，5％凹凸棒土，5％金云母，3％氧化铝纳米管、6％硼酸铝晶须、1％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，2％硫代二丙酸二(十八)酯，4％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配方组分称取各原料；

(2)将所有原料进行混合均匀，得到混合料；将混合料加入到密炼机进行密炼20-35min；

(3)对密炼后的混合料通过双锥喂料加入到双螺杆/单螺杆双阶混炼机组挤出机塑炼、挤出、造粒，得到阻燃隔氧层材料。

实施例2

本实施例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

15％POE树脂，20％EVA树脂，5％马来酸酐接枝聚乙烯，2％氧化锌、4％氧化钼、2％蒙脱土，5％次磷酸铝，5％氢氧化铝，8％凹凸棒土，7％金云母，5％氧化铝纳米管、10％硼酸铝晶须、2％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，4％硫代二丙酸二(十八)酯，6％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

20％POE树脂，10％EVA树脂，7％马来酸酐接枝聚乙烯，1％氧化锌、2％氧化钼、1％蒙脱土，10％哌嗪改性聚磷酸铵，10％次磷酸铝，10％氢氧化铝，5％凹凸棒土，8％金云母，3％氧化铝纳米管、6％硼酸铝晶须、2％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，4％硫代二丙酸二(十八)酯，1％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

19％POE树脂，40％EVA树脂，5％马来酸酐接枝聚乙烯，2％氧化锌、4％氧化钼、2％蒙脱土，5％氢氧化铝，10％凹凸棒土，3％氧化铝纳米管、6％硼酸铝晶须、1％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，2％硫代二丙酸二(十八)酯，1％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

实施例5

本实施例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

20％POE树脂，40％EVA树脂，10％马来酸酐接枝聚乙烯，2％硼酸锌，10％哌嗪改性聚磷酸铵，7％绢云母，4％玻璃纤维、1％四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，6％硅酮母粒。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

实施例6

本实施例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

8％POE树脂，10％EVA树脂，5％马来酸酐接枝EPDM，10％蒙脱土，30％氢氧化镁，15％滑石粉，15％硅灰石、6％4,4’-双(二甲基苄基)二苯胺，1％乙撑双硬脂酸酰胺。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

对比例1

本对比例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

9％POE树脂，25％EVA树脂，10％马来酸酐接枝聚乙烯，1％氧化锌、2％氧化钼、1％蒙脱土，10％哌嗪改性聚磷酸铵，20％次磷酸铝，5％凹凸棒土，5％金云母，2％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，4％硫代二丙酸二(十八)酯，6％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

对比例2

本对比例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

5％POE树脂，25％EVA树脂，10％马来酸酐接枝聚乙烯，10％哌嗪改性聚磷酸铵，20％次磷酸铝，5％凹凸棒土，5％金云母，3％氧化铝纳米管、6％硼酸铝晶须、2％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，4％硫代二丙酸二(十八)酯，5％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

对比例3

本对比例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

8％POE树脂，25％EVA树脂，10％马来酸酐接枝聚乙烯，1％氧化锌、2％氧化钼、1％蒙脱土，10％哌嗪改性聚磷酸铵，20％次磷酸铝，1％凹凸棒土，1％金云母，3％氧化铝纳米管、6％硼酸铝晶须、2％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，4％硫代二丙酸二(十八)酯，6％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

对比例4

本对比例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

18％POE树脂，40％EVA树脂，10％马来酸酐接枝聚乙烯，1％氧化锌，5％哌嗪改性聚磷酸铵，5％凹凸棒土，5％金云母，3％氧化铝纳米管、6％硼酸铝晶须、1％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，2％硫代二丙酸二(十八)酯，4％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

对比例5

本对比例所述阻燃隔氧层材料包括如下质量百分含量的原料：

5％POE树脂，19％EVA树脂，10％马来酸酐接枝聚乙烯，1％氧化锌、2％氧化钼、1％蒙脱土，10％哌嗪改性聚磷酸铵，20％次磷酸铝，5％凹凸棒土，5％金云母，6％氧化铝纳米管、12％硼酸铝晶须、1％2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，2％硫代二丙酸二(十八)酯，1％聚乙烯蜡。

所述阻燃隔氧层材料的制备方法与实施例1相同。

试验例：性能测试

本试验例是为了测试实施例1-6和对比例1-5所制备的阻燃隔氧层材料的力学性能、耐燃等级、氧指数的性能。

表1实施例1-6和对比例1-5所制备的阻燃隔氧层材料的性能测试结果

根据表1的结果可知，本申请对比例1-4所制备的阻燃隔氧层材料不能够满足GB31247-2014耐燃等级B1级别要求。与对比例1-4相比较，本申请实施例1-6所制备的阻燃隔氧层材料拉伸强度和断裂伸长率性能优异，而且阻燃效果高，火焰蔓延速度慢，烟雾和热量释放极小等特点，能够通过GB 31247-2014耐燃等级B1级别要求，对比例5所述的材料虽然能够满足GB 31247-2014耐燃等级B1级别要求，但材料的拉伸强度较弱。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种阻燃隔氧层材料，其特征在于，所述阻燃隔氧层材料包括以下质量百分比含量的组分：5％～20％POE树脂，10％～40％EVA树脂，10％～45％阻燃剂，5％～15％层状瓷化粉，4％～15％纤维状架桥粉体，5％～10％相容剂，2％～10％成碳剂，所述纤维状架桥粉为氧化铝纳米管和硼酸铝晶须的复配物；其中，所述氧化铝纳米管和硼酸铝晶须的质量比为1:2。

2.如权利要求1所述的阻燃隔氧层材料，其特征在于，所述阻燃剂为三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸、哌嗪改性聚磷酸铵、次膦酸铝、二乙基次膦酸铝、聚磷酸三聚氰胺、氢氧化镁、氢氧化铝中的至少一种。

3.如权利要求1所述的阻燃隔氧层材料，其特征在于，所述POE树脂的熔融指数为1～5g/10min；EVA树脂中乙酸乙烯酯的含量为17％～35％。

4.如权利要求1所述的阻燃隔氧层材料，其特征在于，所述层状瓷化粉为凹凸棒土、膨润土、蒙脱土、高岭土、绢云母、白云母、金云母、滑石粉中的至少一种。

5.如权利要求1所述的阻燃隔氧层材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝料，所述马来酸酐接枝料为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝EPDM、马来酸酐接枝POE、马来酸酐接枝SEBS中的至少一种；所述成碳剂为硼酸锌、3.5水硼酸锌、氧化锌、氧化钼、蒙脱土中的至少一种。

6.如权利要求1所述的阻燃隔氧层材料，其特征在于，所述阻燃隔氧层材料还包括以下质量百分比含量的组分：1.0％-6.0％抗氧剂，1.0％-6.0％润滑剂。

7.如权利要求6所述的阻燃隔氧层材料，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸二(十八)酯、4，4’-双(二甲基苄基)二苯胺中的至少一种；所述润滑剂为硅酮母粒、聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇双硬脂酸酯中的至少一种。

8.如权利要求6或7所述阻燃隔氧层材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将POE树脂、EVA树脂、相容剂、阻燃剂、层状瓷化粉、纤维状架桥粉体、成碳剂、抗氧剂和润滑剂密炼，混合均匀；

(2)将步骤(1)中混合好的物料塑炼、造粒、风冷、分选得到所述阻燃隔氧层材料。