CN114672105A - 一种耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯材料，涉及柔性拖链电缆材料技术领域，包括：聚氯乙烯改性材料的原料组分按照重量分数为：特种聚氯乙烯树脂：100份；高耐寒耐油改性剂：3～30份；特殊加工改性剂：3～5份；特耐热增塑剂：30～150份；特耐热复合稳定剂：4～15份；复合光热助剂：1～2份；改性阻燃剂：3～10份；填料：5～80份；润滑剂：0.5～1份。其以特种聚氯乙烯树脂为基料，优选高VA含量的高耐寒耐油改性剂、特殊加工改性剂、特耐热增塑剂、特耐热复合稳定剂，耐高温和耐低温性能都做了大幅度的提升，解决了目前聚氯乙烯基材的拖链电缆存在耐高温差、耐低温差、低温环境下柔软度差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及柔性拖链电缆材料技术领域，特别涉及一种耐恶劣环境的机器 人拖链电缆用聚氯乙烯材料。
背景技术
目前，跟随拖链来货移动而不易磨损的高柔软电缆叫做拖链电缆，也可称 为坦克链电缆；高柔性和超长使用寿命性能有严苛的要求，拖链电缆已在机器 人等自动化行业中广泛使用；由尤其对机器人用拖链电缆的使用寿命、恶劣环 境下使用的品质稳定性提出更高的要求。
但是，现目前聚氯乙烯基材的拖链电缆存在耐高温差、耐低温差、低温环 境下柔软度差等技术缺点，不适合恶劣环境条件下高频次使用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯材料， 其以特种聚氯乙烯树脂为基料，优选高VA含量的高耐寒耐油改性剂、特殊加工 改性剂、特耐热增塑剂、特耐热复合稳定剂，通过通用型号高速混炼机、单/双 螺杆混炼机设备和改进的挤出加工工艺制造出的改性粒料，耐高温和耐低温性 能都做了大幅度的提升，可以用于户外极高温、高湿、极寒环境，满足UL125℃ 高温老化、-55℃低温卷绕、UL62耐油、抗UV1000H、耐190℃高温回弹、高柔 软50～95A、表面弹性爽滑、耐析出等性能要求。
本发明提供了一种耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯材料，具体包 括：聚氯乙烯改性材料的原料组分按照重量分数为：
特种聚氯乙烯树脂： 100份
高耐寒耐油改性剂： 3～30份
特殊加工改性剂： 3～5份
特耐热增塑剂： 30～150份
特耐热复合稳定剂： 4～15份
复合光热助剂： 1～2份
改性阻燃剂： 3～10份
填料： 5～80份
润滑剂： 0.5～1份
可选地，所述特种聚乙烯树脂为超高聚合度，悬浮法工艺生产，聚合度为 2000～4000。
可选地，所述高耐寒耐油改性剂为高VA含量乙烯-醋酸乙烯三元共聚物。
可选地，所述特殊加工改性剂为氯乙烯接枝共聚物。
可选地，所述特耐热增塑剂为偏苯三酸酯类增塑剂。
可选地，所述特耐热复合稳定剂为特耐热环保钙锌复合稳定剂。
可选地，所述复合光热助剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、二丙酮 类或受阻胺类抗UV剂按质量比1:1:1～2:1～2形成的组合物。
可选地，所述改性阻燃剂为三氧化二锑、表面改性的超细氢氧化镁、表面 改性的超细氢氧化铝按质量比1:2～5:2～5形成的组合物。
可选地，所述填料包括活性碳酸钙、煅烧高岭土中的一种或两种；滑剂包 括聚乙烯蜡、硬脂酸、金属皂类中的一种或两种或三种。
可选地，聚氯乙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将特种聚氯乙烯树脂、高耐寒耐油改性剂、加工改性剂、增塑剂、稳 定剂、光热助剂、阻燃剂、填料和润滑剂在高速混合机进行预混合，捏合到温 度为140～150℃；混炼时间为20～30min；
(2)、将捏合料投入冷拌缸或自然放置，冷却至100～110℃；
(3)、再将高耐寒耐油改性剂投入，并慢速搅拌3～5min；
(4)、最后将物料喂入单螺杆或双螺杆挤出机，在140～165℃塑化和挤出造 粒，螺杆转速10-20r/min，制得所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙 烯改性材料粒料。
有益效果
本发明以特种聚氯乙烯树脂为基料，优选高VA含量的高耐寒耐油改性剂、 特殊加工改性剂、特耐热增塑剂、特耐热复合稳定剂，通过通用型号高速混炼 机、单/双螺杆混炼机设备和改进的挤出加工工艺制造出的改性粒料，提供了一 种性能优秀的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，专供户外等恶劣环境使用， 可用于无人接触医疗救助器械设备、自然灾害紧急救助器械设备等；
所制造的拖链电缆的性能符合：
拖链电缆全性能(CRIA 0003.1-2016)、耐高温190℃回弹、UL125℃高温、 UL62/-55℃线材低温卷绕、UL62耐油、UL62/抗UV1000H、耐高温高湿(85℃ &85％RH)1000H、UL1581/VW-1阻燃性能，适用于硬度shore 50A～95A绝缘层和 护套层的超柔性电缆，优选拖链电缆、充电桩电缆等特种电线电缆；
环保符合RoHS、REACH、美国加州65无邻苯二甲酸盐(或酯)36项、无双 酚A等欧盟环保，可以适用于医疗产品、欧盟出口等环保要求高的体系。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明提出了一种耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯材料，如表1与 表2所示，包括：聚氯乙烯改性材料的原料组分按照重量分数为：
特种聚氯乙烯树脂： 100份
高耐寒耐油改性剂： 3～30份
特殊加工改性剂： 3～5份
特耐热增塑剂： 30～150份
特耐热复合稳定剂： 4～15份
复合光热助剂： 1～2份
改性阻燃剂： 3～10份
填料： 5～80份
润滑剂： 0.5～1份
其中，特种聚氯乙烯树脂基料由平均聚合度2000～4000的特高分子量聚氯 乙烯树脂组成，更优选为3000～4000，对比市面常用的平均聚合度1300～1800 的聚氯乙烯树脂，流变性能较高，不需要复配消光树脂粉或消光改性剂，其所 制的电缆表面呈自然细腻哑光效果，手感呈橡胶般弹性；更优的是，其多孔性 颗粒结构对长链增塑剂的吸收非常有效，利于超大分子量增塑剂或超多份量增 塑剂的添加，防止增塑剂的迁移，所制的电缆表面爽滑、防水绝缘性能优秀、 适用于长期高温高湿的户外恶劣环境；最优的是，其特高分子量提供了突出的 抗拉能力和耐热稳定性，所制的电线电缆在高温190℃下保持30min几乎无形态 变化；同时应用于拖链电缆中，其拖链试验的耐弯曲、耐2D/3D扭转表现优秀， 可以与价格昂贵的TPU或橡胶基材媲美，可广泛在30V/300V/600V等中低压设备 市场推广。
其中，高耐寒耐油改性剂为高VA含量乙烯-醋酸乙烯三元共聚物，市面常用 中低VA含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物可以提供普通耐磨料要求的弹性性能和 -40℃低温性能；本发明优选的高VA含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物将线材的低温 卷绕性能提升到UL-55℃，线材在低温下仍能保持高柔软性，适用于极寒的环境， 例如冬季的户外环境。本发明通过大量试验发现，此特种聚氯乙烯树脂与高VA 含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物按质量比10:0.3～3制得的材料具有超弹性，其中 质量比10:2～3为最优，媲美TPU或橡胶基材。
进一步的，为解决特高分子量的聚氯乙烯树脂和高VA含量的高耐寒耐油改 性剂的加工困难，优选氯乙烯接枝共聚物的加工改性剂，此改性剂结构为50％聚 氯乙烯接枝在50％的丙烯酸橡胶的共聚物。丙烯酸酯部分被束缚在聚氯乙烯阵列 中，对比于常规的甲基丙烯酸甲酯，没有了惰性的甲基丙烯酸甲酯壳状结构， 使得聚氯乙烯树脂、高VA含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物和增塑剂3相均匀自由滑 动，经过高速混炼机和单螺杆或双螺杆挤出机发生塑化、冷切造粒，此改性粒 料第一次塑化优秀，后经二次塑化制造的线材表面无颗粒、塑化不均匀等外观 不良，线材表观呈高档哑面。
其中，特殊加工改性剂为氯乙烯接枝共聚物。
其中，特耐热增塑剂为偏苯三酸酯类增塑剂，为UN399、TINTM、UN380或 DIC797的其中一种，更优选为价格低廉、物性可靠、货源充足的UN399或TINTM， 由异壬醇和偏苯三甲酸酐酯化而成，加工性能与市场最常用的TOTM相当，适用 于普通高速混炼机与单螺杆或双螺杆挤出造粒。因比TOTM多一个C支链，在耐热 老化特性的表现优于TOTM，可以优选为UL125℃用特耐热增塑剂；而对比UN380 或DIC797，有更大的价格优势。
其中，特耐热复合稳定剂为钙/锌金属皂类组合物，此稳定剂在耐高温方面 有优秀的表现，搭配特高分子量的聚氯乙烯树脂基材、特耐热增塑剂和复合光 热助剂，将聚氯乙烯塑料的耐温等级提升到UL125℃等级，经过158℃×168H的 UL烘箱老化测试后线材的抗张强度保留残率≥85％和伸长率残率≥65％，老化后 线材无冒白粉析出、颜色保留率高，线材柔软度衰减≤shore 10A；进一步地， 上述稳定剂水滑石添加比例高，其塑化温度较低，保证聚氯乙烯树脂、高耐寒 耐油改性剂和增塑剂这3大主成分在第一次加工时塑化完全，进一步帮助三者发 挥最大的改性优势，制得的粒料呈现优秀的弹性、耐高低温性和耐油性等综合 性能。
其中，复合光热助剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、二丙酮类或受 阻胺类抗UV剂按质量比1:1:1～2:1～2形成的组合物，减弱电线电缆在户外恶劣 环境使用中遭受到的UV光和热的损坏，从而提高材料的抗UV性能。更重要的是， 可以补强材料的耐高温性能，保证材料符合UL125℃老化、UL62抗UV 1000H性能。
其中，改性阻燃剂为三氧化二锑、表面改性的超细氢氧化镁、表面改性的 超细氢氧化铝按质量比1:2～5:2～5形成的组合物。
其中，填料包括活性碳酸钙、煅烧高岭土中的一种或多种。
其中，滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、金属皂类中至少一种或多种。
其中，聚氯乙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将特种聚氯乙烯树脂、高耐寒耐油改性剂、加工改性剂、增塑剂、稳 定剂、光热助剂、阻燃剂、填料和润滑剂在高速混合机进行预混合，捏合到温 度为140～150℃；混炼时间为20～30min；
(2)、将捏合料投入冷拌缸或自然放置，冷却至100～110℃；
(3)、再将高耐寒耐油改性剂投入，并慢速搅拌3～5min；
(4)、最后将物料喂入单螺杆或双螺杆挤出机，在140～165℃塑化和挤出造 粒，螺杆转速10-20r/min，制得所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙 烯改性材料粒料。
上述步骤中，步骤2～3很特殊，若省略步骤2，在步骤1中就投入高耐寒 耐油改性剂，油相和固相混合料会出现结团问题，导致制造的粒料押出线材出 现鼓包、颗粒等表观不良。
本实施例为机器人用拖链电缆的护套材料，线材结构为：OD：6mm，胶皮厚 度约1mm，内包3根阻燃22#PVC芯线；造粒工艺为上述发明工艺；对比例1～9 所用原料和组分与实施例1有区别，具体组分和配方列于表1中；由表2可以 清楚看到，本发明实施例为耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯护套改性 材料，硬度为shore 65～70A，符合机器人用拖链电缆全性能(CRIA 0003.1-2016， 拖链1000万次，弯曲1000万次，扭转1000万次，无裂纹、无短路不良)、耐 高温190℃回弹、UL125℃高温等级、UL62/-55℃线材低温卷绕、UL62耐油、 UL62/1000H抗UV、耐高温高湿(85℃&85％RH)1000H、UL1581/VW-1阻燃性能。 对比例1～9均达不到耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料的全性 能要求，更加说明本实施例在耐恶劣环境的机器人拖链电缆中的应用更加安全 可靠。
表1
表2
实施例二：
本实施例提供平均聚合度2000-4000的特高分子量聚氯乙烯树脂与大添加 份量的增塑剂和高耐寒耐油改性剂的复配改性方案，所用原料和组分(按质量 份数)如下：
聚合度3000特高分子量聚氯乙烯树脂：100份
增塑剂TOTM：100～150份
高VA含量乙烯-醋酸乙烯共聚物弹性体：3～5份
稳定剂：4～6份
填料碳酸钙：50～80份
润滑剂聚乙烯蜡：0.5～0.8份
按照本发明所述方法制作粒料，其制造的RVV电线，硬度为50～60A，用于 Dyson电吹风，保持很好的弹性手感、呈细腻半哑光面高档表观，物美价廉，能 通过线材吊重1KG、9万次的540°扭转测试，此材料硬度超软、呈哑光质感、 高弹性手感、耐刮花、耐多次弯折，可用于高档仿橡塑电线电缆，替代TPU、TPE 或橡胶线，抢占高端品牌手机、平板的低压充电线等消费类市场；另一使用领 域是手持式小家电，如Dyson电吹风、电动牙刷、卷发棒、料理机等，对线材 SR尾部耐扭转、线身吊重要求严格，产品附加值高，有很大的市场空间。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围， 本发明的保护范围由所附的权利要求确定。
Claims (10)
1.一种耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，聚氯乙烯改性材料的原料组分按照重量分数为：
特种聚氯乙烯树脂：100份
高耐寒耐油改性剂：3～30份
特殊加工改性剂：3～5份
特耐热增塑剂：30～150份
特耐热复合稳定剂：4～15份
复合光热助剂：1～2份
改性阻燃剂：3～10份
填料：5～80份
润滑剂：0.5～1份。
2.根据权利要求1所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，所述特种聚乙烯树脂为超高聚合度，悬浮法工艺生产，聚合度为2000～4000。
3.根据权利要求1所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，所述高耐寒耐油改性剂为高VA含量乙烯-醋酸乙烯三元共聚物。
4.根据权利要求1所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，特殊加工改性剂为氯乙烯接枝共聚物。
5.根据权利要求1所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，所述特耐热增塑剂为偏苯三酸酯类增塑剂。
6.根据权利要求1所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，所述特耐热复合稳定剂为特耐热环保钙锌复合稳定剂。
7.根据权利要求1所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，所述复合光热助剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、二丙酮类或受阻胺类抗UV剂按质量比1:1:1～2:1～2形成的组合物。
8.根据权利要求1所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，所述改性阻燃剂为三氧化二锑、表面改性的超细氢氧化镁、表面改性的超细氢氧化铝按质量比1:2～5:2～5形成的组合物。
9.根据权利要求1所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料，其特征在于，所述填料包括活性碳酸钙、煅烧高岭土中的一种或两种；滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸、金属皂类中的一种或两种或三种。
10.根据权利要求1～9任一项所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、将特种聚氯乙烯树脂、高耐寒耐油改性剂、加工改性剂、增塑剂、稳定剂、光热助剂、阻燃剂、填料和润滑剂在高速混合机进行预混合，捏合到温度为140～150℃；混炼时间为20～30min；
(2)、将捏合料投入冷拌缸或自然放置，冷却至100～110℃；
(3)、再将高耐寒耐油改性剂投入，并慢速搅拌3～5min；
(4)、最后将物料喂入单螺杆或双螺杆挤出机，在140～165℃塑化和挤出造粒，螺杆转速10-20r/min，制得所述的耐恶劣环境的机器人拖链电缆用聚氯乙烯改性材料粒料。
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