CN114230903A - 一种低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料及其制备方法，涉及低烟无卤耐火电缆料技术领域，所述低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料包括如下重量份数的组分：聚烯烃树脂70～140份、瓷化粉50～60份、低熔点玻璃粉20～60份、无机填料20～50份、硼酸锌0.5～2份；本发明制备的电缆料在遇明火后可快速烧结形成坚硬外壳，低温成瓷强度较高，在火灾中安全性更好；并且柔软度好，安装敷设方便。

Description

一种低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及低烟无卤耐火电缆料技术领域，具体涉及一种低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料及其制备方法。
背景技术：
随着人们防火安全意识的提高，阻燃防火材料在人们生产生活中起着至关重要的作用。当火灾发生时，能够在一定时间内保障电力和通讯的通畅，为营救人员赢取更多救援时间，也是相关工作人员追求的目标。实践证明，阻燃高分子材料的应用在许多场合可以大大减少火灾损失。然而，普通的阻燃高分子材料在某些事故中无法满足要求，市面上也出现了许多类型的防火电缆，不仅要满足承受高温及火焰的需求，还应该满足在复杂的灾难环境中保护人们生命财产安全的需求。在交通运输、建筑、核工业等领域具有十分重要的作用。
传统的阻燃材料在遇高温或明火时，会发生热解或燃烧，而其最终的残余物是松散的没有强度的粉末状残余物。陶瓷化阻燃技术属于阻燃材料的一个细分领域，通过在基体中添加一定量的成瓷填料和助熔剂以及其他的加工助剂或者硅烷化合物，使得在正常使用环境中，陶瓷化聚合物的力学性能与普通高分子材料具有相似的性质。当处于明火灼烧或处于高温环境时，这种复合材料能转变为具有一定弯曲强度和抗压强度的类陶瓷体。在阻止火焰向聚合物内部蔓延的同时可以阻止火焰向四周传播，从而达到防火的目的。此外陶瓷屏障还可以对热的传播形成绝缘屏障，防止铜线熔化，在火灾事故中保持电路的通畅。
陶瓷化聚合物的概念可以追溯到1964年Popper提出的陶瓷化合物前驱体转化为陶瓷的概念，而后Yajima等人于1978年提出用聚硅碳烷制备了SiC纤维，并于1983年实现工业化。2004年Hanu等人以硅树脂为基体成功制备出陶瓷化聚合物材料，陶瓷化聚合物才逐渐引起人们的关注。
陶瓷化聚烯烃因为加工工艺简单、成本低等因素逐步成为市场主流耐火材料。申请号为202011488783.4的中国专利公开了一种无锑阻燃陶瓷化聚烯烃组合物及其制备方法和应用，所述组合物以成瓷填料、硅酸盐、低温玻璃粉作为陶瓷化物质，但该陶瓷化聚烯烃组合物成瓷后的弯曲强度小于3MPa。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料及其制备方法，柔韧性好，低温瓷化后具有较大强度。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
本发明提供了一种低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，包括如下重量份数的组分：
聚烯烃树脂70～140份、瓷化粉50～60份、低熔点玻璃粉20～60份、无机填料20～50份、硼酸锌0.5～2份。
所述聚烯烃树脂包括40～60份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、20～70份马来酸酐接枝聚烯烃、10～50份马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体、10～30份线性低密度聚乙烯中的至少一种。
所述瓷化粉包括三聚磷酸铝、磷酸铵、磷酸铝、磷酸二氢铝、磷酸二氢钠中的至少一种，和/或氧化铝、氧化钙、氧化锆、氧化钛、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸镁、硅酸钠中的至少一种。
所述瓷化粉还包括磷灰石。在前述瓷化粉的基础上再添加磷灰石，效果更好。
所述磷灰石包括羟基磷灰石、含氟磷灰石中的至少一种。
所述磷灰石为纤维状、棒状、针状中的一种。
所述无机填料包括硅酸钙、碳酸钙、白炭黑、滑石粉、云母、高岭土、硅酸铝中的至少一种。
所述低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料还包括5～10份无卤阻燃剂、5～20份润滑剂、0.5～2份抗氧剂中的至少一种。
所述无卤阻燃剂包括聚磷酸盐、偏磷酸铝中的至少一种；润滑剂包括环烷油、石蜡油、聚乙烯蜡、硅酮母粒、硬脂酸、硬脂酸锌中的至少一种；抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻酚协效抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
为了进一步促进各组分之间的协同效应，提高产品的柔韧性和加工性能，优选地，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的乙烯含量占乙烯-醋酸乙烯酯共聚物总质量的28～40％，熔融指数为6～12g/10min；马来酸酐接枝聚烯烃包括马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝POE中的至少一种，接枝率为0.5～4.0％；马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体通过马来酸酐接枝聚乙烯辛烯制得，接枝率为0.5～3.5％；线性低密度聚乙烯为茂金属催化线性低密度聚乙烯，熔融指数2～8g/10min。上述百分比为质量百分比。
为了进一步促进各组分之间的协同效应，提高产品的快速烧结成壳能力及成壳强度，优选地，所述低熔点玻璃粉为硅酸盐玻璃粉、硼酸盐玻璃粉、磷酸盐玻璃粉中的至少一种，熔点为400～600℃；无卤阻燃剂为聚磷酸盐与偏磷酸铝质量比为3:(1～4)的组合物；无机填料为硅酸钙或硅酸铝。
为了进一步各组分之间的协同效应，提高产品的加工性能、柔韧性和抗氧化能力，优选地，所述润滑剂为环烷油4010和聚乙烯蜡质量比3:(1～3)的组合物；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂DSTP质量比为2:(1～2)的组合物。
本发明还提供了一种上述低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)按照配比称取各组分投入密炼机中，升温至140～150℃混炼，出料；
(2)用平板压片机进行压片，压片温度140～150℃，压片时间5～30min，压力10～15Mpa，得到低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料。
本发明的有益效果是：
1)本发明制备的电缆料在遇明火后可快速烧结形成坚硬外壳，低温成瓷强度较高，在火灾中安全性更好。
2)本发明制备的电缆料柔软度好，安装敷设方便。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：熔融指数7.0g/10min、乙烯含量30％。
马来酸酐接枝聚乙烯：熔融指数2.0g/10min接枝率0.6％。
线性低密度聚乙烯：熔融指数3.5g/10min。
马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体A：熔融指数1.5g/10min接枝率0.6％。
马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体B：熔融指数0.8g/10min接枝率2.8％。
实施例1
按质量份数称取50份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、20份马来酸酐接枝聚乙烯、10份线性低密度聚乙烯、50份马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体A、50份磷酸铝、20份熔点为450℃玻璃粉、40份硅酸钙、5份聚磷酸铵、5份聚乙烯蜡、1份抗氧剂1010、1份硼酸锌投入密炼机共混，当混炼温度升至140～150℃时，混炼15min后出料；出料后，用平板压片机进行压片，压片温度为140℃，压片时间为30min，压力为10Mpa，得到成型材料。
实施例2
按质量份数称取60份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、70份马来酸酐接枝聚乙烯、10份马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体B、50份磷酸二氢铝、35份熔点为450℃玻璃粉、50份硅酸钙、5份聚磷酸铵、1.5份抗氧剂1010、0.5份抗氧剂168、20份环烷油4010、0.5份硼酸锌投入密炼机共混，当混炼温度升温至140～150℃时，混炼15min后出料；出料后，用平板压片机进行压片，压片温度为150℃，压片时间为5min，压力为15Mpa，得到成型材料。
实施例3
按质量份数称取40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、70份马来酸酐接枝聚乙烯、50份磷酸二氢钠、10份氧化铝、60份熔点为450℃玻璃粉、40份硅酸钙、10份聚磷酸铵、4份聚乙烯蜡、0.5份抗氧剂1010、12份环烷油4010、2份硼酸锌投入密炼机共混，当混炼温度升温至140～150℃时，混炼15min后出料；出料后，用平板压片机进行压片，压片温度为150℃，压片时间为20min，压力为12Mpa，得到成型材料。
实施例4
按质量份数称取40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、70份马来酸酐接枝聚乙烯、40份磷酸二氢钠、10份羟基磷灰石、10份氧化铝、60份熔点为450℃玻璃粉、40份硅酸钙、10份聚磷酸铵、4份聚乙烯蜡、0.5份抗氧剂1010、12份环烷油4010、2份硼酸锌投入密炼机共混，当混炼温度升温至140～150℃时，混炼15min后出料；出料后，用平板压片机进行压片，压片温度为150℃，压片时间为20min，压力为12Mpa，得到成型材料。
实施例5
按质量份数称取40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、70份马来酸酐接枝聚乙烯、40份磷酸二氢钠、10份纤维状羟基磷灰石(长径比20)、10份氧化铝、60份熔点为450℃玻璃粉、40份硅酸钙、10份聚磷酸铵、4份聚乙烯蜡、0.5份抗氧剂1010、12份环烷油4010、2份硼酸锌投入密炼机共混，当混炼温度升温至140～150℃时，混炼15min后出料；出料后，用平板压片机进行压片，压片温度为150℃，压片时间为20min，压力为12Mpa，得到成型材料。
实施例6
按质量份数称取40份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、70份马来酸酐接枝聚乙烯、50份纤维状羟基磷灰石(长径比20)、10份氧化铝、60份熔点为450℃玻璃粉、40份硅酸钙、10份聚磷酸铵、4份聚乙烯蜡、0.5份抗氧剂1010、12份环烷油4010、2份硼酸锌投入密炼机共混，当混炼温度升温至140～150℃时，混炼15min后出料；出料后，用平板压片机进行压片，压片温度为150℃，压片时间为20min，压力为12Mpa，得到成型材料。
对比例1
按质量份数称取50份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、20份马来酸酐接枝聚乙烯、10份线性低密度聚乙烯、50份马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体A、20份熔点为450℃玻璃粉、40份硅酸钙、5份聚磷酸铵、5份聚乙烯蜡、1份抗氧剂1010、1份硼酸锌投入密炼机共混，当混炼温度升温至140～150℃时，混炼15min后出料；出料后，用平板压片机进行压片，压片温度为140℃，压片时间为30min，压力为10Mpa，得到成型材料。
对上述实施例1-3和对比例1制备的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料进行性能测试，结果如表1所示。
测试方法：密度(g/cm3)GB/T 1033.1；拉伸强度(Mpa)、断裂伸长率(％)GB/T1040.3；熔融指数(g/10min)GB/T 3682；瓷化强度(Mpa)GB/T 6569-2006；体积电阻率(Ω.cm)GB/T 1410。
表1低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料的性能测试结果
Figure BDA0003394787380000061
从表1可以看出，添加瓷化粉后陶瓷化聚烯烃在温度750℃下具备了较高的瓷化强度，与现有技术相比，瓷化强度显著提升。并且，因其柔软度较好，降低了安装施工难度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
聚烯烃树脂70～140份、瓷化粉50～60份、低熔点玻璃粉20～60份、无机填料20～50份、硼酸锌0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述聚烯烃树脂包括40～60份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、20～70份马来酸酐接枝聚烯烃、10～50份马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体、10～30份线性低密度聚乙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述瓷化粉包括磷酸铝、三聚磷酸铝、磷酸铵、磷酸二氢铝、磷酸二氢钠中的至少一种，和/或氧化铝、氧化钙、氧化锆、氧化钛、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸镁、硅酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述瓷化粉还包括磷灰石。
5.根据权利要求4所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述磷灰石包括羟基磷灰石、含氟磷灰石中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述磷灰石为纤维状、棒状、针状中的一种。
7.根据权利要求1所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述无机填料包括硅酸钙、碳酸钙、白炭黑、滑石粉、云母、高岭土、硅酸铝中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料还包括5～10份无卤阻燃剂、5～20份润滑剂、0.5～2份抗氧剂中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述无卤阻燃剂包括聚磷酸盐、偏磷酸铝中的至少一种；润滑剂包括环烷油、石蜡油、聚乙烯蜡、硅酮母粒、硬脂酸、硬脂酸锌中的至少一种；抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻酚协效抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
10.根据权利要求2所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的乙烯含量占乙烯-醋酸乙烯酯共聚物总质量的28～40％，熔融指数为6～12g/10min；马来酸酐接枝聚烯烃包括马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝EVA、马来酸酐接枝POE中的至少一种，接枝率为0.5～4.0％；马来酸酐聚接枝聚烯烃弹性体通过马来酸酐接枝聚乙烯辛烯制得，接枝率为0.5～3.5％；线性低密度聚乙烯为茂金属催化线性低密度聚乙烯，熔融指数2～8g/10min。
11.根据权利要求1、7或9所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述低熔点玻璃粉为硅酸盐玻璃粉、硼酸盐玻璃粉、磷酸盐玻璃粉中的至少一种，熔点为400～600℃；无卤阻燃剂为聚磷酸盐与偏磷酸铝质量比为3:(1～4)的组合物；无机填料为硅酸钙或硅酸铝。
12.根据权利要求9所述的低温成瓷陶瓷化聚烯烃电缆料，其特征在于：所述润滑剂为环烷油4010和聚乙烯蜡质量比3:(1～3)的组合物；抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂DSTP质量比为2:(1～2)的组合物。
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