CN113881126A - 一种数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其原料包括以下重量份的组分：乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物40~80份；乙烯‑甲基丙烯酸甲酯共聚物3~10份；乙烯‑辛烯共聚物5~20份；改性聚乙烯5~20份；无机阻燃剂150~220份；硅灰石3~10份；纳米氮化铝3~10份；阻燃成炭母粒10~20份；硅烷偶联剂1~3份；润滑剂1~5份；色母粒2~5份；抗氧剂1~3份。本发明的产品具有更优的耐热性，在进行耐大电流测试时，通电到开始发烟时间长，发烟量小，发泡时间长，更主要的是发泡小而少，甚至不发泡，黄变时间与开裂时间长。能够很好满足UTP结构的CAT6/6A类数据缆通过成束C类燃烧要求，其余性能指标也达到或超过相应的行业标准。
Description
技术领域
本发明涉及线缆材料技术领域，具体涉及一种通过C类成束燃烧试验的数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料及其制备方法。
背景技术
随着信息产业发展越来越迅猛，互联网和信息传输技术越来越成熟，固定宽带接入的用户数量日益增多，使得数据电缆的市场需求量持续上升，市场规模不断扩大。随着人民对公共安全、信息安全等安全和环保意识的提高，对数据电缆的阻燃要求提出了更高的要求，现在国内外的市场均要求数据电缆满足IEC 60332-3-24(国内对应GB/T 18380.35-2008)和欧盟CPR法规的要求。
目前用于数据缆的常规低烟无卤阻燃聚烯烃护套材料阻燃性能可以满足相应的行标和国标对氧指数的要求，但用其生产的数据电缆不一定满足IEC 60332-3-24(GB/T18380.35-2008)成束C类燃烧要求。常规无卤阻燃聚烯烃护套材料，均采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯、改性聚乙烯、聚烯烃树脂、三元乙丙橡胶等聚烯烃类树脂为基体材料，添加大量的氢氧化铝、氢氧化镁、碳酸钙等无机阻燃剂与填料，再添加聚乙烯蜡、硅烷偶联剂、硅酮母粒、硬脂酸盐等加工助剂，经过密炼加双阶挤出机组塑化混合造粒而成。
目前市场数据电缆用的常规低烟无卤阻燃聚烯烃护套材料只能满足氧指数≥32%的要求，成品电缆基本要求满足IEC 60332-1-2(GB/18380.12-2008)单根垂直燃烧的要求，但随着安全观念以及要求的提高，需要数据电缆满足IEC 60332-3-24(GB/T 18380.35-2008)成束C类燃烧要求，造成现有的低烟无卤阻燃聚烯烃护套材料不能成束C类燃烧要求。
因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明于材料层面采用的技术方案是：
一种数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其原料包括以下重量份的组分：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 40~80份；
乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 3~10份；
乙烯-辛烯共聚物 5~20份；
改性聚乙烯 5~20份；
无机阻燃剂 150~220份；
硅灰石 3~10份；
纳米氮化铝 3~10份；
阻燃成炭母粒 10~20份；
硅烷偶联剂 1~3份；
润滑剂 1~5份；
色母粒 2~5份；
抗氧剂 1~3份。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1．上述方案中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为一种或两种乙烯醋酸乙烯酯含量不同的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合物；
其中一种的VA含量≥26%，熔指在190℃，2.16Kg条件下≥4g/10min；另一种的VA含量≥33%，其熔指在190℃，2.16Kg条件下≥2g/10min。
2．上述方案中，所述乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的熔指在190℃，2.16Kg条件下为0.5~5.0g/10min，维卡软化点≥40℃。
3．上述方案中，所述乙烯-辛烯共聚物的熔指在190℃，2.16Kg条件下为1~5.0g/10min，维卡软化点≥75℃。
4．上述方案中，所述改性聚乙烯为马来酸酐接枝的线性低密度聚乙烯、马来酸钙接枝的茂金属聚乙烯中的一种或者两种的组合，190℃，2.16Kg条件下熔指为0.5~4g/10min。
5．上述方案中，所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种的组合；所述氢氧化铝的粒径D50为1.2~2.0μm；所述氢氧化镁的粒径D50为1.2~2.0μm。
6．上述方案中，所述硅灰石的粒径D50为2~4μm；所述纳米氮化硅的粒径50为0.3~0.5nm。
7．上述方案中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或者两种的组合。
8．上述方案中，所述润滑剂为硅酮母粒、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、油酸酰胺、硬脂酸中的一种或多种的组合。
9．上述方案中，所述色母粒为聚乙烯基材料的耐高温色母。
10．上述方案中，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、硫代二丙酸双十二醇酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种的组合。
为达到上述目的，本发明于材料层面采用的技术方案是：
一种数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料的制备方法，包括：
按先后顺序将阻燃成炭母粒、润滑剂、抗氧剂、基料、色母粒、硅烷偶联剂依次加入密炼机中进行塑化混合；
其中，密炼温度为155~160℃，待混合均匀后投入双阶挤出机组进行挤出造粒；所述双阶挤出机组中双螺杆挤出的工艺温度为110~140℃，单螺杆挤出的工艺温度为115~140℃；
挤出完成后切割造粒。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1．上述方案中，所述基料包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物以及改性聚乙烯。
2．上述方案中，所述阻燃成炭母粒的原料包括以下重量百分比的组分：
阻燃成炭剂 45~58%；
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 40~53%；
硅酮母粒 1~3%。
3．上述方案中，所述阻燃成炭母粒的制备方法为：
将阻燃成炭剂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅酮母粒按配比要求加入到高混机中混合均匀，先以5~10Hz的低速混合4~8分钟，再以15~22Hz的高速混合2~4分钟，混合温度控制在50~70℃，最后将混合均匀的粉料加入布斯连续混炼机的喂料斗中，进行塑化挤出造粒。
4．上述方案中，所述阻燃成炭剂为纳米氧化铝、纳米氧化镁、蒙脱土、海藻土、陶瓷粉中任意三种的组合。
5．上述方案中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其熔指在190℃，2.16Kg条件下为1~5g/10min。
6．上述方案中，所述硅酮母粒的硅氧烷含量≥70%，分子量≥100万。
本发明的工作原理及优点如下：
本发明以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯、改性聚乙烯、三元乙丙橡胶中的几种树脂为基体材料，再添加氢氧化铝、氢氧化镁、硅灰石、纳米氧氮化铝、阻燃成炭母粒等一种或几种无机阻燃填充剂，同时辅助添加一定量的润滑剂、硅烷偶联剂、色母粒等功能助剂。采用密炼机塑化混合加双阶挤出机组进行挤出造粒，在经过振动筛、旋风分离器等分离冷却装置后制备出通过C类成束燃烧试验的数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。
相比现有技术而言，本发明的产品具有更优的耐热性，在进行耐大电流测试时，通电到开始发烟时间长，发烟量小，发泡时间长，更主要的是发泡小而少，甚至不发泡，黄变时间与开裂时间长。能够很好满足UTP结构的CAT6/6A类数据缆通过成束C类燃烧要求，其余性能指标也达到或超过相应的行业标准。
本发明的特点包括：
一、阻燃成炭剂的制备与添加
阻燃成炭剂采用先进的布斯机进行挤出生产，布斯机相较于传统的挤出机具有优异的挤出剪切分散功能，保证各纳米阻燃剂之间以及与树脂之间的充分混合，不产生团聚，有助于分散。保证产品具有优异的燃烧成瓷性能，进而提高产品的阻燃性能。
二、纳米氮化硅的添加
纳米氮化硅具有良好的导热性，能够将材料燃烧产生的热量快速转移出去，降低温度，进而提高材料的阻燃性；再有纳米氮化硅具有热稳定性，不分解，燃烧后不产生气体，保证护套材料燃烧后形成的炭层稳定，隔绝氧气进入，有效抑制燃烧。
三、高VA含量树脂的引入
VA含量越高，其燃烧后成炭性越好，阻燃效率越高，VA含量33%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与VA含量26%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相比，具有更有的物理性能，保证产品具有良好的机械性能，同时其VA含量较高，有助于提高产品的阻燃性能。若VA含量更高的树脂，其物理性能较差，因此选择33%含量的树脂效果最佳。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例：以下将以详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。
一种数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其原料包括以下重量份的组分：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 40~80份；
乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 3~10份；
乙烯-辛烯共聚物 5~20份；
改性聚乙烯 5~20份；
无机阻燃剂 150~220份；
硅灰石 3~10份；
纳米氮化铝 3~10份；
阻燃成炭母粒 10~20份；
硅烷偶联剂 1~3份；
润滑剂 1~5份；
色母粒 2~5份；
抗氧剂 1~3份。
其中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为一种或两种乙烯醋酸乙烯酯含量不同的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合物；
其中一种的VA含量≥26%，熔指在190℃，2.16Kg条件下≥4g/10min；另一种的VA含量≥33%，其熔指在190℃，2.16Kg条件下≥2g/10min。
其中，所述乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的熔指在190℃，2.16Kg条件下为0.5~5.0g/10min，维卡软化点≥40℃。
其中，所述乙烯-辛烯共聚物的熔指在190℃，2.16Kg条件下为1~5.0g/10min，维卡软化点≥75℃。
其中，所述改性聚乙烯为马来酸酐接枝的线性低密度聚乙烯、马来酸钙接枝的茂金属聚乙烯中的一种或者两种的组合，190℃，2.16Kg条件下熔指为0.5~4g/10min。
其中，所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种的组合；所述氢氧化铝的粒径D50为1.2~2.0μm（可选用国产）；所述氢氧化镁的粒径D50为1.2~2.0μm（可选用国产或进口化学法的）。
其中，所述硅灰石的粒径D50为2~4μm；所述纳米氮化硅的粒径50为0.3~0.5nm。
其中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或者两种的组合。
其中，所述润滑剂为硅酮母粒、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、油酸酰胺、硬脂酸中的一种或多种的组合。
其中，所述色母粒为聚乙烯基材料的耐高温色母。
其中，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、硫代二丙酸双十二醇酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种的组合。
本发明护套料的制备方法包括：
按先后顺序将阻燃成炭母粒、润滑剂、抗氧剂、基料、色母粒、硅烷偶联剂按原料配方的配比要求依次加入密炼机中进行塑化混合；
其中，密炼温度为155~160℃，待混合均匀后投入75/180的双阶挤出机组进行挤出造粒；所述双阶挤出机组中双螺杆挤出的工艺温度为110~140℃，单螺杆挤出的工艺温度为115~140℃；
挤出完成后切割造粒。
其中，所述基料包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物以及改性聚乙烯。
其中，在挤出前可同时将无机阻燃剂、硅灰石、纳米氮化铝投入密炼机中。
其中，所述阻燃成炭母粒的原料包括以下重量百分比的组分：
阻燃成炭剂 45~58%；
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 40~53%；
硅酮母粒 1~3%。
其中，所述阻燃成炭母粒的制备方法为：
将阻燃成炭剂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅酮母粒按配比要求加入到高混机中混合均匀，先以5~10Hz的低速混合4~8分钟，再以15~22Hz的高速混合2~4分钟，混合温度控制在50~70℃（避免结团），最后将混合均匀的粉料加入布斯连续混炼机（即BUSS机）的喂料斗中，进行塑化挤出造粒。
其中，所述阻燃成炭剂为纳米氧化铝、纳米氧化镁、蒙脱土、海藻土、陶瓷粉中任意三种的组合。
其中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其熔指在190℃，2.16Kg条件下为1~5g/10min。
其中，所述硅酮母粒的硅氧烷含量≥70%，分子量≥100万。
本发明产品的技术指标与常规产品的技术指标的对比信息如下表1：
| 性能指标 | 单位 | 常规产品A | 实例1 | 实例2 | 检测标准与设备 |
| 密度 | g/cm<sup>3</sup> | 1.60±0.02 | 1.61 | 1.60 | GB/T1033.1 |
| 强度 | Mpa | 10 | 12.5 | 11.5 | GB/T1040.3-2006 |
| 伸率 | % | 155 | 170 | 180 | GB/T1040.3-2006 |
| 氧指数 | % | 39 | 43 | 41 | GB/T2406.2-2009 |
| 体积电阻率（20℃） | Ω.m | 4.3×1011 | 2.1×1012 | 9.8×1011 | GB/T1410-2006 |
| 成缆燃烧炭化高度 | m | 3.0 | 1.5 | 1.8 | GB/T 18380.35-2008 |
表 1
表1中实例1和实例2的配方差异在于：实例1中的无机阻燃剂为200份，阻燃成炭剂为20份，实例2中的无机阻燃剂为210份，阻燃成炭母粒为10份。
备注：1、以上成束燃烧的成缆为UTP CAT6类阻燃骨架的数据缆。2、数据缆的外护套壁厚为0.75~0.9mm。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：其原料包括以下重量份的组分：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 40~80份；
乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 3~10份；
乙烯-辛烯共聚物 5~20份；
改性聚乙烯 5~20份；
无机阻燃剂 150~220份；
硅灰石 3~10份；
纳米氮化铝 3~10份；
阻燃成炭母粒 10~20份；
硅烷偶联剂 1~3份；
润滑剂 1~5份；
色母粒 2~5份；
抗氧剂 1~3份。
2.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为一种或两种乙烯醋酸乙烯酯含量不同的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合物；
其中一种的VA含量≥26%，熔指在190℃，2.16Kg条件下≥4g/10min；另一种的VA含量≥33%，其熔指在190℃，2.16Kg条件下≥2g/10min。
3.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的熔指在190℃，2.16Kg条件下为0.5~5.0g/10min，维卡软化点≥40℃。
4.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述乙烯-辛烯共聚物的熔指在190℃，2.16Kg条件下为1~5.0g/10min，维卡软化点≥75℃。
5.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述改性聚乙烯为马来酸酐接枝的线性低密度聚乙烯、马来酸钙接枝的茂金属聚乙烯中的一种或者两种的组合，190℃，2.16Kg条件下熔指为0.5~4g/10min。
6.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种的组合；所述氢氧化铝的粒径D50为1.2~2.0μm；所述氢氧化镁的粒径D50为1.2~2.0μm。
7.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，其特征在于：所述硅灰石的粒径D50为2~4μm；所述纳米氮化硅的粒径50为0.3~0.5nm。
8.根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，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、硫代二丙酸双十二醇酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种的组合。
9.一种数据缆用低烟无卤阻燃聚烯烃护套料的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1所述的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料；制备方法为：
按先后顺序将阻燃成炭母粒、润滑剂、抗氧剂、基料、色母粒、硅烷偶联剂依次加入密炼机中进行塑化混合；
其中，密炼温度为155~160℃，待混合均匀后投入双阶挤出机组进行挤出造粒；所述双阶挤出机组中双螺杆挤出的工艺温度为110~140℃，单螺杆挤出的工艺温度为115~140℃；
挤出完成后切割造粒。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述阻燃成炭母粒的原料包括以下重量百分比的组分：
阻燃成炭剂 45~58%；
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 40~53%；
硅酮母粒 1~3%。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：
所述阻燃成炭母粒的制备方法为：
将阻燃成炭剂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅酮母粒按配比要求加入到高混机中混合均匀，先以5~10Hz的低速混合4~8分钟，再以15~22Hz的高速混合2~4分钟，混合温度控制在50~70℃，最后将混合均匀的粉料加入布斯连续混炼机的喂料斗中，进行塑化挤出造粒。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述阻燃成炭剂为纳米氧化铝、纳米氧化镁、蒙脱土、海藻土、陶瓷粉中任意三种的组合。
13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述硅酮母粒的硅氧烷含量≥70%，分子量≥100万。
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