CN114656712A - 无卤高阻燃聚烯烃护套料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无卤高阻燃聚烯烃护套料，以重量份数计，无卤高阻燃聚烯烃护套料包括：40‑60份VA含量28wt％的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、20‑30份双峰聚乙烯树脂、3‑10份高密度聚乙烯树脂、12‑20份马来酸酐接枝聚烯烃共聚物、140‑180份无机无卤阻燃剂、5‑15份氮系阻燃剂、5‑15份磷系阻燃剂、1‑2份润滑剂、1‑1.5份抗氧剂、1‑2份硅烷偶联剂、5‑10份表面爽滑剂，以及2‑4份炭黑粉。此外，本发明还公开了一种无卤高阻燃聚烯烃护套料的制备方法。

Description

无卤高阻燃聚烯烃护套料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯护套料，更具体地说，本发明涉及一种无卤高阻燃聚烯烃护套料及其制备方法。
背景技术
蝶形光缆具有光缆外径小、重量轻、成本低、弯曲性能好、轻便易敷设、施工成本低和速度快等优点，因此广泛应用于智能大楼、数字小区、智慧校园网和局域网。随着信息化建设的飞速发展，蝶形光缆的使用量大幅度增加，蝶形光缆一般采用穿管敷设或成束敷设，较低的表面摩擦系数可降低光缆表面摩擦阻力，有效提高敷设效率，同时也在很大程度上避免了光缆表面被磨损甚至刮伤，确保了光信号稳定及延长了光缆使用寿命。
目前，各种应用场合对蝶形光缆的性能，特别是对塑料护套材料的要求都非常高，需具备低烟无卤高阻燃特性。普通的低烟无卤阻燃聚烯烃材料具有一定的阻燃性，但其被点燃后自熄性较差，容易蔓延，在成束布线时，其阻燃然以达到要求。
相关技术中，低摩擦系数低烟无卤高阻燃聚烯烃护套料是为满足低烟、无卤无毒、阻燃性能好、抗开裂、摩擦系数低而开发的一种环保型阻燃光缆护套材料，其以聚烯烃树脂为基材，氢氧化铝、磷氮系磷系阻燃剂等无机阻燃材料为阻燃剂，辅以抗氧剂、润滑剂、表面爽滑剂、硅烷偶联剂等，经共混、密炼塑化、双螺杆挤出、造粒制得的颗粒料。
但是，相关技术的无卤高阻燃聚烯烃护套料存在几个缺陷：1、大量无机阻燃剂的添加使得护套料的机械性能、抗开裂性能大幅度降低，导致成型后的蝶形光缆经过高低温循环实验后，光缆吊线与子单元易发生开裂、护套变形导致光纤信号衰减不合格；2、光缆护套材料摩擦系数大达不到要求；3、普通材料燃烧时成碳性差，自熄性差，燃烧产生的烟雾密度大，成束燃烧不能满足要求； 4、应用于三单元涂胶大钢丝结构时，护套材料抗开裂性能无法达到要求时，钢丝应力过大容易造成光缆护套开裂。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种无卤高阻燃聚烯烃护套料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种无卤高阻燃聚烯烃护套料，以重量份数计，所述无卤高阻燃聚烯烃护套料包括：40-60份VA含量28wt％的乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物、20-30份双峰聚乙烯树脂、3-10份高密度聚乙烯树脂、12-20 份马来酸酐接枝相容剂、140-180份无机无卤阻燃剂、5-15份氮系阻燃剂、5-15 份磷系阻燃剂、1-2份润滑剂、1-1.5份抗氧剂、1-2份硅烷偶联剂、5-10份表面爽滑剂，以及2-4份炭黑粉。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的一个实施方式，所述马来酸酐接枝相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯共聚物，接枝率为0.5-1.0％。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的一个实施方式，所述无机无卤阻燃剂为氢氧化铝，平均粒径D50为1.6-2.3μm。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的一个实施方式，所述氮系阻燃剂为三聚氰胺尿酸盐。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的一个实施方式，所述磷系阻燃剂为次磷酸铝。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的一个实施方式，所述润滑剂为聚乙烯蜡。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的一个实施方式，所述抗氧剂包含主抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、辅助抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的一个实施方式，所述表面爽滑剂为酰胺类爽滑剂、含氟流变剂和超高分子量硅氧烷的混合物，其中，酰胺类爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或者两种混合物。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种无卤高阻燃聚烯烃护套料的制备方法，其包括以下步骤：
S1：将17-20wt％VA含量为28wt％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、7-10wt％双峰聚乙烯、2-4wt％高密度聚乙烯、5-8wt％马来酸酐接枝相容剂、50-55wt％氢氧化铝、3-5wt％氮系阻燃剂、3-5wt％磷系阻燃剂、0.45-0.8wt％抗氧剂、0.2-0.5wt％润滑剂、0.4-0.6wt％硅烷偶联剂、1.8-2.5wt％表面爽滑剂、0.6-1wt％炭黑依次投入到加压式密炼机中预混，获得混合均匀的物料；
S2：将S1预混均匀的物料加压密炼14-16min，压力0.55-0.65MPa，密炼温度需达到160-165℃，获得密炼后的料团；
S3：将S2密炼后的料团进入双锥喂料仓，再依次通过双螺杆挤出、单螺杆挤出、模头切粒、风冷输送冷却；以及
S4：用内含铝箔的小包袋将物料接出来，然后取样检验，称重、包装。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的制备方法的一个实施方式，所述双螺杆挤出加工的各个区域的温度分别为120-125-120-115-110-110-105-100℃，允许偏差值±10℃；所述单螺杆挤出加工的各个区域的温度分别为 100-110-125-135-135℃，允许偏差值±10℃。
相对于现有技术，本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料及其制备方法具有以下优点：
本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料兼顾了材料的机械性能、低摩擦系数、低烟无卤、高阻燃、高抗开裂特性，用本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料作为蝶形光缆护套，可赋予光缆较低的摩擦系数，提高敷设效率，增加单位管道的光缆容纳量，同时也在很大程度上避免了光缆表面被磨损甚至刮伤，确保了光信号稳定及延长了光缆使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
本发明提供了一种无卤高阻燃聚烯烃护套料，以重量份数计，无卤高阻燃聚烯烃护套料包括：40-60份VA含量28％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、20-30份双峰聚乙烯树脂、3-10份高密度聚乙烯树脂、12-20份马来酸酐接枝相容剂、 140-180份无机无卤阻燃剂、5-15份氮系阻燃剂、5-15份磷系阻燃剂、1-2份润滑剂、1-1.5份抗氧剂、1-2份硅烷偶联剂、5-10份表面爽滑剂，以及2-4份炭黑粉。
具体的，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物化学稳定性好，抗老化性能好，乙烯-醋酸乙烯酯含量为28wt％，来自三井杜邦公司，以GB/T 3682-2000法测定的熔融指数为3-5g/10min，以GB 1040法测定的拉伸强度为23-27MPa，断裂伸长率 600-800％。
具体的，双峰聚乙烯树脂具有较高的软化点和融融温度，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性、抗开裂性能、加工性能尤为优异。根据本发明的一个实施方式，双峰聚乙烯树脂为北欧化工公司的FB系列，以GB/T 3682-2000法测定熔融指数为0.2-0.6g/10min；以GB 1040法测定的拉伸强度为30-35MPa，断裂伸长率500-700％。
具体的，高密度聚乙烯树脂是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃，是一种高度结晶、非极性的热塑性树脂，具有机械强度高、耐热性好、抗开裂性能好、硬度高、摩擦系数小的优势。根据本发明的一个实施方式，高密度聚乙烯树脂为陶氏公司生产，以GB/T 3682-2000法测定的熔融指数0.4-1.0g/10min，以 GB 1040法测定的拉伸强度为30-35MPa，断裂伸长率700-900％。
马来酸酐接枝聚烯烃共聚物通过引入强极性基团，使其具有较高的极性和可反应性，可大幅度提高原材料之间的相容性，从而提高产品性能。具体的，马来酸酐接枝相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃共聚物，接枝率为0.5-1.0％，以GB/T 3682-2000法测定的熔融指数为0.3-0.8g/10min；拉伸强度为21-25MPa，断裂伸长率650-850％。
具体的，无机无卤阻燃剂为国产氢氧化铝，平均粒径D50为1.6-2.3μm，比重2.4g/cm3，氮系阻燃剂为国产三聚氰胺尿酸盐，磷系阻燃剂为国产次磷酸铝。本发明采用符合膨胀型阻燃剂(氮系和磷系)、金属水合物阻燃剂(氢氧化铝)、硅烷偶联剂(S-230)互配形成的无卤阻燃剂来实现其高阻燃性能；采用硅烷偶联剂对阻燃剂进行偶联处理，可以有效改善无机阻燃剂之间、阻燃剂与有机树脂之间的界面性能，从而提高产品性能；本发明所述的无卤阻燃剂综合了氢氧化铝难点燃、低烟低热释放及不易滴落，和膨胀型阻燃剂难蔓延、自熄快的优点，相比单独使用一种阻燃剂，可以体现出更强更高效的阻燃性，因此相对较少的添加量即可赋予材料优异的阻燃性能和阻燃效率。阻燃剂添加量的减少也可降低材料表面摩擦系数，进一步减小材料在韧性和机械性能上的衰减。
具体的，润滑剂为聚乙烯蜡。聚乙烯蜡作为内润滑剂，在聚合物内部起到降低聚合物分子间内聚力的作用，从而改善熔体流动性，降低材料各组分的分子间摩擦系数，进一步提高产品加工性能。
具体的，抗氧剂为主抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、辅助抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
具体的，表面爽滑剂为酰胺类爽滑剂、含氟流变剂和超高分子量硅氧烷的混合物，用于降低产品整体的摩擦系数，其中酰胺类爽滑剂效果明显，添加量少；本发明所述的爽滑剂除了各组分自有的爽滑特性外，其与无卤阻燃剂、高分子树脂之间构成良好的协同作用，材料各组分的分子间、有机物与无机物两相间、材料与外部摩擦面之间的摩擦系数都有所降低，材料整体的摩擦系数较低。其中，酰胺类爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或者两种混合物。
具体的，炭黑粉为高色素碳黑或为中等耐磨碳黑，硅烷偶联剂为日本智索 S-230。
以下结合实施例1至6，详细描述本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的制备方法。
实施例1
S1：以重量份数计，将30份VA含量为18wt％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、 5份POE树脂、50份高密度聚乙烯(HDPE树脂1,独山子6098)、15份马来酸酐接枝相容剂、150份氢氧化铝、10份三聚氰胺尿酸盐阻燃剂、1.5份抗氧剂(1010、 DLTP、300比例分别为0.27wt％、0.22wt％、0.18wt％)、1.2份润滑剂聚乙烯蜡、 1.5份硅烷偶联剂、6份表面爽滑剂酰胺类爽滑剂+含氟流变剂+超高分子量硅氧烷、3份炭黑依次投入到加压式密炼机中预混，获得混合均匀的物料；
S2：将S1预混均匀的物料加压密炼14-16min，压力0.55-0.65MPa，密炼温度需达到160-165℃，获得密炼后的料团；
S3：将S2密炼后的料团进入双锥喂料仓，再依次通过双螺杆挤出、单螺杆挤出、模头切粒、风冷输送冷却；以及
S4：用内含铝箔的小包袋将物料接出来，然后取样检验，称重、包装。
根据本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料的制备方法的一个实施方式，双螺杆挤出加工和单螺杆挤出加工分区作业，双螺杆挤出加工的各个区域的温度分别为120-125-120-115-110-110-105-100℃，允许偏差值±10℃；单螺杆挤出加工的各个区域的温度分别为100-110-125-135-135℃，允许偏差值±10℃。
实施例2-6
实施例2-6和实施例1基本相同，不同之处仅在于：各个组分和各个组分的配比不同，实施例2-6各个组分和各个组分的配比如表1所示。
表1实施例2-6各个组分及其配比
Figure RE-GDA0003603001720000071
HDPE树脂1：独山子6098；HDPE树脂2：陶氏公司生产，以GB/T 3682-2000法测定的熔融指数 0.4-1.0g/10min，以GB 1040法测定的拉伸强度为30-35MPa，断裂伸长率700-900％。
机械性能检测
按表2所示方法和标准，对实施例1-6无卤高阻燃聚烯烃护套料进行机械性能测试，测试结果如表3所示。
表2实施例1-6无卤高阻燃聚烯烃护套料的机械性能测试标准
Figure RE-GDA0003603001720000081
表3实施例1-6无卤高阻燃聚烯烃护套料的机械测试结果
Figure RE-GDA0003603001720000082
Figure RE-GDA0003603001720000091
现有技术中，无机阻燃填料的加入，将会使基体树脂的机械性能大幅度劣化，这是由于无机阻燃填料与基体树脂间相容性差，即使填料经过表面处理，仍然会有在基体树脂间分散不均的现象，聚集成团的无机填料与基体树脂间界面结合力减弱，导致力学性能大幅度下滑，降低了材料的强度和韧性，成型后的蝶形光缆在高低温循环过程中容易开裂。结合表1至表3可以看出，HDPE 树脂老化性能和加工性能差，需要减少HDPE树脂的用量，改用加工性能更好的双峰聚乙烯树脂，阻燃填充总份数控制在160-170份，同时添加硅烷偶联剂进行改性和填料表面处理，增加界面强度。
燃烧性能检测
按表4所示方法和标准，对实施例1-6无卤高阻燃聚烯烃护套料进行燃烧性能测试，测试结果如表5所示。
表4实施例1-6无卤高阻燃聚烯烃护套料的燃烧性能测试标准
Figure RE-GDA0003603001720000101
对实施例1-6无卤高阻燃聚烯烃护套料的蝶形光缆摩擦系数按以下方法进行测试，测试结果如表5所示。
装置实验原理：在上下平行的两个模板上固定放置两个与被测样品相同的光缆样品，将被测试样品置于两个固定样品之间，同时在上模板中心位置放一重物，被测试样品一头用夹样器夹住，通过带有力传感器的牵引绳由牵引机以以固定速度进行牵引，在一定的压力下，通过电机牵引，带动传感器移动，也就是使两实验表面在固定载荷压力下相对移动，由传感器所测得的力，根据重物施加的压力，可计算出被测样品表面动摩擦系数。
固定样品长度：150mm
被测样品滑移长度：300mm
负荷：2.0kg
滑动速度：500mm/min
每次进行10个标本的测试，摩擦系数应采用每个样品在100mm和250mm 之间的位移平均力(Ft)计算：μ＝Ft/(2F0)
其中：μ为动态摩擦系数，Ft为滑移的力，F0为载荷的力，实验结果取10 个样本的动摩擦系数取平均值以消除不确定性。
对实施例1-6无卤高阻燃聚烯烃护套料的挤出性能按以下方法进行测试挤出机：长径比25:1的65机，低烟无卤专用螺杆，温度设置135--165℃，测试结果如表5所示。
表5实施例1-6无卤高阻燃聚烯烃护套料的燃烧性能和挤出性能测试结果
Figure RE-GDA0003603001720000111
普通阻燃光缆护套材料大多采用碳酸钙+无机红磷阻燃剂，单根垂直燃烧和成束燃烧过程中容易滴落且产生大量黑烟，无满足透光率要求。请参照表4和5 所示，本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料采用阻燃更好的氢氧化铝和成碳性更好的磷酸盐阻燃剂，同时加入协效氮系阻燃剂，燃烧时无滴落，保证单根、成束燃烧、透光率，成缆单根垂直燃烧通过率达到90％以上，满足成束D类燃烧，透光率70％，动摩擦系数测试为0.18，成缆经高低温循环、抗开裂等一系列测试未发现异常。此外，挤出速度可达100m/min以上，成缆表面光滑细腻。
结合以上对本发明的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料及其制备方法具有以下优点：
本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料兼顾了材料的机械性能、低摩擦系数、低烟无卤、高阻燃、高抗开裂特性，用本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料作为蝶形光缆护套，可赋予光缆较低的摩擦系数，提高敷设效率，增加单位管道的光缆容纳量，节省管道资源，后期维修和更换光缆也更加方便，同时也在很大程度上避免了光缆表面被磨损甚至刮伤，确保了光信号稳定及延长了光缆使用寿命。
本发明无卤高阻燃聚烯烃护套料是一种低烟、无卤、低毒性、低腐蚀性、不含重金属的环保材料，在发生火灾时其极高的阻燃型使其具备难于被点燃、不易燃烧、自熄性好，蔓延少，热释放量低，烟雾危害小，不会对环境造成二次污染。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，以重量份数计，所述无卤高阻燃聚烯烃护套料包括：40-60份VA含量28wt％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、20-30份双峰聚乙烯树脂、3-10份高密度聚乙烯树脂、12-20份马来酸酐接枝相容剂、140-180份无机无卤阻燃剂、5-15份氮系阻燃剂、5-15份磷系阻燃剂、1-2份润滑剂、1-1.5份抗氧剂、1-2份硅烷偶联剂、5-10份表面爽滑剂，以及2-4份炭黑粉。
2.根据权利要求1所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，所述马来酸酐接枝相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯共聚物，接枝率为0.5-1.0％。
3.根据权利要求1所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，所述无机无卤阻燃剂为氢氧化铝，平均粒径D50为1.6-2.3μm。
4.根据权利要求1所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，所述氮系阻燃剂为三聚氰胺尿酸盐。
5.根据权利要求1所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，所述磷系阻燃剂为次磷酸铝。
6.根据权利要求1所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡。
7.根据权利要求1所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，所述抗氧剂包含主抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、辅助抗氧剂硫代二丙酸双月桂酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
8.根据权利要求1所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料，其特征在于，所述表面爽滑剂为酰胺类爽滑剂、含氟流变剂和超高分子量硅氧烷的混合物，其中，酰胺类爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或者两种混合物。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将17-20wt％VA含量为28wt％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、7-10wt％双峰聚乙烯、2-4wt％高密度聚乙烯、5-8wt％马来酸酐接枝相容剂、50-55wt％氢氧化铝、3-5wt％氮系阻燃剂、3-5wt％磷系阻燃剂、0.45-0.8wt％抗氧剂、0.2-0.5wt％润滑剂、0.4-0.6wt％硅烷偶联剂、1.8-2.5wt％表面爽滑剂、0.6-1wt％炭黑依次投入到加压式密炼机中预混，获得混合均匀的物料；
S2：将S1预混均匀的物料加压密炼14-16min，压力0.55-0.65MPa，密炼温度需达到160-165℃，获得密炼后的料团；
S3：S2密炼后的料团进入双锥喂料仓，再依次通过双螺杆挤出、单螺杆挤出、模头切粒、风冷输送冷却；以及
S4：用内含铝箔的小包袋将物料接出来，然后取样检验，称重、包装。
10.根据权利要求9所述的无卤高阻燃聚烯烃护套料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出加工的各个区域的温度分别为120-125-120-115-110-110-105-100℃，允许偏差值±10℃；所述单螺杆挤出加工的各个区域的温度分别为100-110-125-135-135℃，允许偏差值±10℃。
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