CN114539686A - 一种防水阻燃绝缘料及其制备方法 - Google Patents

一种防水阻燃绝缘料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆制备技术领域，尤其涉及一种防水阻燃绝缘料及其制备方法。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：PVC树脂粉30~50份，稳定剂10~15份，三氧化二锑1~3份，聚乙烯蜡1~3份，重质碳酸钙10~20份，增塑剂I 20~40份，增塑剂II 20~40份和珊瑚粉3~5份；其中重质碳酸钙包括A组碳酸钙和B组碳酸钙，A组碳酸钙的粒径为0.8~1.2mm，B组碳酸钙的粒径为0.1~0.3mm。本发明提供的防水阻燃绝缘料及其制备方法，具有优异的耐磨、防水和阻燃性。

Description

一种防水阻燃绝缘料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆制备技术领域，尤其涉及一种防水阻燃绝缘料及其制备方法。
背景技术
绝缘料是保护电缆免受外界破坏的重要部分，通常采用高分子功能材料制成。绝缘料必须能够保护电缆的内外导体以及绝缘层免受环境、气候、酸、水解作用的影响，目前，电缆保护套材料的主体材料主要由氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、聚氨酯、聚乙烯、各种天然或合成的橡胶等。
现有的绝缘材料一般采用单一的高分子材料作为主体材料。另外，在实际生产过程中，绝缘材料会配合大量无机填料如无机补强剂、无机阻燃剂等的使用，但是无机填料直接添加到胶料中存在两个缺点：一是无机填料颗粒表面能高，处于热力学不稳定状态，极易聚集成团，导致绝缘材料的致密性变差，防水效果减弱；二是无机填料颗粒表面亲水疏油，强极性，在胶料中难于分散均匀，与胶料之间的结合力弱，造成界面缺陷，导致绝缘材料的阻燃性能下降。
有鉴于上述现有绝缘材料技术存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种防水阻燃绝缘料及其制备方法，所制得的阻燃绝缘料，具有优异的防水阻燃性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种防水阻燃绝缘料，所制得的阻燃绝缘料中无机填料分散均匀，空隙率小，绝缘料的致密性大幅提高，不但提高了绝缘料的耐磨性，同时赋予绝缘料优异的防水性和阻燃性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的防水阻燃绝缘料，按照重量份数计算，包括如下组分：PVC树脂粉30～50份，三氧化二锑1～3份，聚乙烯蜡1～3份，重质碳酸钙10～20份，增塑剂I20～40份，稳定剂10～15份，增塑剂II 20～40份和珊瑚粉3～5份；
其中重质碳酸钙包括A组碳酸钙和B组碳酸钙，A组碳酸钙的粒径为0.8～1.2mm，B组碳酸钙的粒径为0.1～0.3mm；A组碳酸钙与B组碳酸钙的重量份数比为3:(4～5)。
本发明中，采用两种不同粒径的重质碳酸钙，能够在绝缘料中从外向内形成由小粒径向大粒径过渡的填料的梯度，且大粒径的碳酸钙撑起有机骨架后，由小粒径的碳酸钙对有机骨架的孔隙进行填充，使绝缘料的致密性提高，最后采用珊瑚粉和三氧化二锑进一步对孔隙进行填充，大幅提高绝缘料的耐磨性和防水阻燃性能。
进一步的，珊瑚粉的粒径为30～50μm。
进一步的，聚乙烯蜡的平均分子量是10000～15000。
进一步的，稳定剂是钙锌稳定剂。
进一步的，增塑剂I是偏苯三酸三辛酯。
进一步的，增塑剂II为己二酸酯。
进一步的，三氧化二锑的粒径是50～80nm。
本发明的第二个目的是提供一种防水阻燃绝缘料的制备方法，具有同样的技术效果。
其技术要点如下：
一种防水阻燃绝缘料的制备方法，包括如下操作步骤：
S1、将树脂粉、A组碳酸钙、稳定剂和增塑剂I混合均匀，在第一个加料口加入挤出机中；
S2、一段时间后，将增塑剂II和B组碳酸钙混合均匀，在第二个加料口加入挤出机中；
S3、一段时间后，将聚乙烯蜡、珊瑚粉和三氧化二锑混合均匀，在第三个加料口加入挤出机中；
S4、挤出获得产品。
进一步的，双螺杆挤出机的温度设置如下：
(T-T1)/(T-T2)＝(RA-RB)/(RB-RC)；
其中，T为双螺杆挤出机最高温区的温度，单位是℃；
T1是双螺杆挤出机最高温区的前一个温区的温度，单位是℃；
T2是双螺杆挤出机最高温区的后一个温区的温度，单位是℃；
RA是A组碳酸钙的平均粒径，单位是mm；
RB是B组碳酸钙的平均粒径，单位是mm；
RC是珊瑚粉的平均粒径，单位是mm；
其中第一温区到最高温区的升温速率恒定，最高温区到最后一个温区的降温速率恒定。
本发明中，采用三种不同粒径的无机填料进行复配使用，旨在通过粒径梯度，利用大粒径填料撑开有机高分子的骨架，使小颗粒的碳酸钙能够通过骨架作用避免结团，并提高小颗粒碳酸钙与有机高分子化合物之间的连接力，最后利用珊瑚粉对小孔隙进行填充，既避免了无机填料结团，又提高了无机填料与高分子有机化合物之间的相容性，同时使绝缘料的致密性大幅上升。
由此，当大粒径的A组碳酸钙加入到双螺杆挤出机后，跟随交联，将高分子化合物撑起骨架，在进入最高温区时，骨架趋于稳定，此时加入B组碳酸钙，使小颗粒碳酸钙对骨架中的孔隙进行填充，且在最高温区中，通过增塑剂II的作用，使高分子化合物的骨架更加稳定，并使小颗粒碳酸钙能够稳定的镶嵌在骨架中，接下来进入到最高温区后的温区中，此时加入珊瑚粉和聚乙烯蜡对小孔隙进行填充。
而A组碳酸钙的粒径越大，则骨架中的孔隙越大，在骨架的孔隙大小固定时，B组碳酸钙的粒径越小，那么留给珊瑚粉去填充的孔隙越大，此时，无论是B组碳酸钙还是珊瑚粉在骨架中都不容易被固定，为了使两者能够更好的固定于骨架上，那么需要提高交联温度。因此，本发明中，采用上述计算模型，利用三种填料之间的粒径差去计算最高温区和最高温区前后两个温区之间的差值，从而获得双螺杆挤出机的升温速率和降温速率，最后利用整个双螺杆挤出的温度区段数确定每一个温区的温度范围，保证骨架和骨架中的小颗粒以及珊瑚粉和三氧化二锑的分散均匀性和稳定性，从而提高绝缘料的防水阻燃和耐磨性能。
本发明中采用珊瑚粉作为最小粒径的填料，是由于珊瑚粉表面有有机基团，这些基团能够提高珊瑚粉与有机高分子之间的相容性，便于珊瑚粉对小孔隙的填充。
进一步的，珊瑚粉、聚乙烯蜡和三氧化二锑在双螺杆挤出机的最高温区加料。本发明中，采用聚乙烯蜡和珊瑚粉共同混合后添加的主要原因是，珊瑚粉粒径过小，易结团，而聚乙烯蜡在进入双螺杆挤出机后，熔化，能够提高流动性，避免珊瑚粉结团，便于珊瑚粉对小孔隙的填充。
进一步的，双螺杆挤出机的转速为120r/min。
进一步的，增塑剂II和B组碳酸钙的加料温区为第四温区。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种防水阻燃绝缘料及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施方式中特殊材料来源：
增塑剂I、增塑剂II：上海凯茵化工有限公司；
三氧化二锑：济南星辰化工有限公司；
聚乙烯蜡：卡乐新材料；
稳定剂：稳定剂型号为TJ10116-A2，济南百进；
重质碳酸钙和珊瑚粉：凯茵化工。
实施例1
一种防水阻燃绝缘料，按照重量份数计算，包括如下组分：
PVC树脂粉30份，三氧化二锑3份，聚乙烯蜡3份，A组碳酸钙6份，B组碳酸钙8份，钙锌稳定剂10份，增塑剂I 20份，增塑剂II 20份和珊瑚粉5份；A组碳酸钙的粒径为0.8～1.2mm，B组碳酸钙的粒径为0.1～0.3mm；增塑剂I是偏苯三酸三辛酯，增塑剂II是己二酸酯；珊瑚粉的粒径为30～50μm；三氧化二锑的粒径是50～80nm。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1、将树脂粉、A组碳酸钙、钙锌稳定剂和增塑剂I混合均匀，在第一个加料口加入挤出机中；
S2、将增塑剂II和B组碳酸钙混合均匀，在第二个加料口加入挤出机中；
S3、将聚乙烯蜡、珊瑚粉和三氧化二锑混合均匀，在第三个加料口加入挤出机中；
S4、挤出获得产品。
其中，双螺杆挤出机的长径比为48，转速为120r/min。
第一加料口设置在第一温区，第二加料口设置在第四温区，第三加料口设置在第五温区。
其中，双螺杆挤出机各温区工艺温度如下：
第一温区：110℃～120℃，第二温区：120℃～130℃，第三温区：130℃～140℃，第四温区：140℃～160℃，第五温区：160℃～180℃，第六温区：170℃～180℃，第七温区：160℃～170℃；第八温区：150～160℃；第九温区：140～150℃；第十温区：130～140℃。
本实施例中双螺杆挤出机的转速为120r/min。
实施例2
一种防水阻燃绝缘料，按照重量份数计算，包括如下组分：
PVC树脂粉50份，三氧化二锑2份，聚乙烯蜡2份，A组碳酸钙5份，B组碳酸钙9份，钙锌稳定剂12份，增塑剂I 20份，增塑剂II 20份和珊瑚粉5份；A组碳酸钙的粒径为0.8～1.2mm，B组碳酸钙的粒径为0.1～0.3mm；增塑剂I是偏苯三酸三辛酯，增塑剂II是己二酸酯；珊瑚粉的粒径为30～50μm；三氧化二锑的粒径是50～80nm。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1、将树脂粉、A组碳酸钙、钙锌稳定剂和增塑剂I混合均匀，在第一个加料口加入挤出机中；
S2、将增塑剂II和B组碳酸钙混合均匀，在第二个加料口加入挤出机中；
S3、将聚乙烯蜡、珊瑚粉和三氧化二锑混合均匀，在第三个加料口加入挤出机中；
S4、挤出获得产品。
其中，双螺杆挤出机的长径比为48，转速为120r/min。
第一加料口设置在第一温区，第二加料口设置在第四温区，第三加料口设置在第五温区。
其中，双螺杆挤出机各温区工艺温度如下：
第一温区：110℃～120℃，第二温区：120℃～130℃，第三温区：130℃～140℃，第四温区：140℃～160℃，第五温区：160℃～180℃，第六温区：170℃～180℃，第七温区：160℃～170℃；第八温区：150～160℃；第九温区：140～150℃；第十温区：130～140℃。
本实施例中双螺杆挤出机的转速为120r/min。
实施例3
一种防水阻燃绝缘料，按照重量份数计算，包括如下组分：
PVC树脂粉50份，三氧化二锑2份，聚乙烯蜡2份，A组碳酸钙5份，B组碳酸钙9份，钙锌稳定剂12份，增塑剂I 20份，增塑剂II 20份和珊瑚粉5份；A组碳酸钙的粒径为0.8～1.2mm，B组碳酸钙的粒径为0.1～0.3mm；增塑剂I是偏苯三酸三辛酯，增塑剂II是己二酸酯；珊瑚粉的粒径为30～50μm；三氧化二锑的粒径是50～80nm。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1、将树脂粉、A组碳酸钙、钙锌稳定剂和增塑剂I混合均匀，在第一个加料口加入挤出机中；
S2、将增塑剂II和B组碳酸钙混合均匀，在第二个加料口加入挤出机中；
S3、将聚乙烯蜡、珊瑚粉和三氧化二锑混合均匀，在第三个加料口加入挤出机中；
S4、挤出获得产品。
其中，双螺杆挤出机的长径比为48，转速为120r/min。
第一加料口设置在第一温区，第二加料口设置在第四温区，第三加料口设置在第五温区。
其中，双螺杆挤出机各温区工艺温度设置如下：
第一温区：110℃～120℃；最后一个温区，也就是第十温区：130～140℃。
第五温区为最高温区，其它温区温度按照如下计算模型计算：(T-T1)/(T-T2)＝(RA-RB)/(RB-RC)；
其中，T为双螺杆挤出机最高温区的温度，单位是℃；
T1是双螺杆挤出机最高温区的前一个温区的温度，单位是℃；
T2是双螺杆挤出机最高温区的后一个温区的温度，单位是℃；
RA是A组碳酸钙的平均粒径，单位是mm；
RB是B组碳酸钙的平均粒径，单位是mm；
RC是珊瑚粉的平均粒径，单位是mm。
本实施例中双螺杆挤出机的转速为120r/min；
其中第一温区到最高温区的升温速率恒定，最高温区到最后一个温区的降温速率恒定。
对比实施例1
一种防水阻燃绝缘料，按照重量份数计算，包括如下组分：
PVC树脂粉50份，三氧化二锑2份，聚乙烯蜡2份，碳酸钙14份，钙锌稳定剂12份，增塑剂I 20份，增塑剂II 20份和珊瑚粉5份；碳酸钙的粒径为0.1～1.2mm；增塑剂I是偏苯三酸三辛酯，增塑剂II是己二酸酯；珊瑚粉的粒径为30～50μm；三氧化二锑的粒径是50～80nm。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1、将树脂粉、碳酸钙、钙锌稳定剂、增塑剂I、增塑剂II、聚乙烯蜡、珊瑚粉和三氧化二锑混合均匀；
S2、将步骤S1中获得的混合料加入到双螺杆挤出机中挤出，获得产品。
其中，双螺杆挤出机的长径比为48，转速为120r/min。
其中，双螺杆挤出机各温区工艺温度如下：
第一温区：110℃～120℃，第二温区：120℃～130℃，第三温区：130℃～140℃，第四温区：140℃～160℃，第五温区：160℃～180℃，第六温区：170℃～180℃，第七温区：160℃～170℃；第八温区：150～160℃；第九温区：140～150℃；第十温区：130～140℃。
本对比实施例中双螺杆挤出机的转速为120r/min。
对比实施例2
一种防水阻燃绝缘料，按照重量份数计算，包括如下组分：
PVC树脂粉50份，三氧化二锑2份，聚乙烯蜡2份，A组碳酸钙5份，B组碳酸钙9份，钙锌稳定剂12份，增塑剂I 20份，增塑剂II 20份和珊瑚粉5份；A组碳酸钙的粒径为0.8～1.2mm，B组碳酸钙的粒径为0.1～0.3mm；增塑剂I是偏苯三酸三辛酯，增塑剂II是己二酸酯；珊瑚粉的粒径为30～50μm；三氧化二锑的粒径是50～80nm。
其制备方法包括如下操作步骤：
S1、将树脂粉、A组碳酸钙、钙锌稳定剂、增塑剂I、增塑剂II、B组碳酸钙、聚乙烯蜡、珊瑚粉和三氧化二锑混合均匀；
S2、将步骤S1中获得的混合料加入到双螺杆挤出机中挤出，获得产品。
其中，双螺杆挤出机的长径比为48，转速为120r/min。
其中，双螺杆挤出机各温区工艺温度如下：
第一温区：110℃～120℃，第二温区：120℃～130℃，第三温区：130℃～140℃，第四温区：140℃～160℃，第五温区：160℃～180℃，第六温区：170℃～180℃，第七温区：160℃～170℃；第八温区：150～160℃；第九温区：140～150℃；第十温区：130～140℃。
本对比实施例中双螺杆挤出机的转速为120r/min。
将实施例1～3和对比实施例得到的绝缘料进行如下测试，测试结果见表1，其中：
防水性能测试方法：将实施例1～3的绝缘料浸水14天，分别在第1天、第7天、第14天测试相对电容率，并根据公式M＝(C14-C1)/C1和N＝(C14-C7)/C7计算电容率损失度。
表1.性能测试结果
Figure BDA0003484831490000101
通过实施例3与实施例2对比可知，采用本发明提供的计算模型计算后，耐油老化、耐空气老化和防水性能均有所提升，这说明温度的控制使粒径梯度填料在高分子化合物中的分布更加均匀致密。
通过实施例2与对比实施例2对比可知，采用三次加料的方式同样能够提高防水性、耐老化性和耐磨性能，这同样说明分批次加料能够提高绝缘料的致密性。
通过对比实施例1和对比实施例2对比可知，采用两种不同粒径的碳酸钙复配使用，能够提高绝缘料的致密性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种防水阻燃绝缘料，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：PVC树脂粉30~50份，稳定剂10~15份，三氧化二锑1~3份，聚乙烯蜡1~3份，重质碳酸钙10~20份，增塑剂I20~40份，增塑剂II 20~40份和珊瑚粉3~5份；
其中重质碳酸钙包括A组碳酸钙和B组碳酸钙，A组碳酸钙的粒径为0.8~1.2mm，B组碳酸钙的粒径为0.1~0.3mm。
2.根据权利要求1所述的一种防水阻燃绝缘料，其特征在于，所述珊瑚粉的粒径为30~50μm。
3.根据权利要求1所述的一种防水阻燃绝缘料，其特征在于，所述聚乙烯蜡的平均分子量是10000~15000。
4.根据权利要求1所述的一种防水阻燃绝缘料，其特征在于，所述稳定剂是钙锌稳定剂。
5.根据权利要求1所述的一种防水阻燃绝缘料，其特征在于，所述增塑剂I是偏苯三酸三辛酯。
6.根据权利要求1所述的一种防水阻燃绝缘料，其特征在于，所述增塑剂II为己二酸酯。
7.根据权利要求1所述的一种防水阻燃绝缘料，其特征在于，所述三氧化二锑的粒径是50~80nm。
8.一种如权利要求1~7任意一项所述的防水阻燃绝缘料的制备方法，包括如下操作步骤：
S1、将树脂粉、A组碳酸钙、稳定剂和增塑剂I混合均匀，在第一个加料口加入挤出机中；
S2、将增塑剂II和B组碳酸钙混合均匀，在第二个加料口加入挤出机中；
S3、将聚乙烯蜡、珊瑚粉和三氧化二锑混合均匀，在第三个加料口加入挤出机中；
S4、挤出获得产品。
9.根据权利要求8所述的防水阻燃绝缘料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的温度设置如下：
（T-T1）/（T-T2）=（RA-RB）/（RB-RC）；
其中，T为双螺杆挤出机最高温区的温度，单位是℃；
T1是双螺杆挤出机最高温区的前一个温区的温度，单位是℃；
T2是双螺杆挤出机最高温区的后一个温区的温度，单位是℃；
RA是A组碳酸钙的平均粒径，单位是mm；
RB是B组碳酸钙的平均粒径，单位是mm；
RC是珊瑚粉的平均粒径，单位是mm；
其中第一温区到最高温区的升温速率恒定，最高温区到最后一个温区的降温速率恒定。
10.根据权利要求9所述的防水阻燃绝缘料的制备方法，其特征在于，所述珊瑚粉、聚乙烯蜡和三氧化二锑在双螺杆挤出机的最高温区加料。
CN202210078067.1A 2022-01-24 2022-01-24 一种防水阻燃绝缘料及其制备方法 Pending CN114539686A (zh)

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