CN115181377B - 一种耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料及其制备方法及电缆 - Google Patents

一种耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料及其制备方法及电缆 Download PDF

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Abstract

本申请涉及护套胶料技术领域,特别涉及一种耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料及其制备方法及电缆。包括下列重量份的组分:SG0型聚氯乙烯树脂90‑100份、增塑剂50‑70份、耐低温EVA树脂10‑20份、三氧化二锑10‑20份、表面改性氢氧化镁60‑80份、十溴二苯乙烷10‑20份、高效环保钙锌稳定剂5‑10份、润滑剂1‑3份。通过本发明配方和工艺获得的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料及制备方法及电缆,能够使大线径电缆同时具备‑40℃冷卷绕和FT‑4燃烧这两项性能达到平衡状态,除了同时具有‑40℃~105℃的耐温等级和FT‑4的燃烧等级,同时满足线径大于10min的电缆线材低温卷绕不开裂。

Description

一种耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料及其制备方法及电缆
技术领域
本申请涉及护套胶料技术领域,特别涉及一种耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料及其制备方法及电缆。
背景技术
高速线主要用途为交换机服务器、主机适配器总线、多通道互连、企业储存;其应用环境多为户外、机柜内部等。为保障能够安全地长期有效地使用,该高速线需要较高的性能以满足应用需求,其关键性能为-40℃冷卷绕和 FT-4燃烧。此线材专用护套料配方设计难点在于其绝缘一般为聚烯烃类材料如PP/PE,配合普通阻燃剂,其绝缘层较厚,可燃物较多,该类护套料在满足 -40℃冷卷绕条件时却难以满足高阻燃性能的需求,导致-40℃和FT-4燃烧这两项性能难于平衡满足,特别在制作线径大于10mm的线材时,-40℃冷弯容易开裂。
发明内容
为了解决上述技术问题,本申请提供一种耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料,包括下列重量份的组分:SG0型聚氯乙烯树脂90-100份、增塑剂50-70 份、耐低温EVA树脂10-20份、三氧化二锑10-20份、表面改性氢氧化镁60-80 份、十溴二苯乙烷10-20份、高效环保钙锌稳定剂5-10份、润滑剂1-3份。
优选的,所述表面改性氢氧化镁包括下列重量份的组分:氢氧化镁55-65 份,高岭土10-15份,硅酸铝镁15-20份,表面处理剂2-5份,改性剂5-10 份。
优选的,所述改性剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、酰胺基硅烷中的任一种。
优选的,所述表面处理剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、稀土偶联剂和高分子偶联剂中的一种或多种的混合物。
优选的,所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯、己二酸二辛酯的至少一种。
优选的,所述耐低温EVA树脂的VA含量为33%,熔融指数为20~45 g/10min。
优选的,所述耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-25、EVATANE 33-45 或Evaflex150中的至少一种。
优选的,一种基于上述的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料的制备方法,包括以下步骤:
S100、制备改性表面改性氢氧化镁,备用;
S200、将SG0型聚氯乙烯树脂和高效环保钙锌稳定剂按照组份配比投入高速混料壶,并以200~300r/min的转速进行搅拌混合。在温度上升至60℃,加入1/2的增塑剂;待温度上升至90℃,加入剩余增塑剂,搅拌加热至140℃,得到PVC预凝胶粉。增塑剂分批加入可以防止PVC树脂吸收过快,导致部分 PVC树脂颗粒未充分粉碎细化,进而造成押出成品外观麻和性能不均匀。
S300、将耐低温EVA树脂、三氧化二锑、表面改性氢氧化镁、十溴二苯乙烷和润滑剂按照组份配比与PVC预凝胶粉一起投入密炼机中密炼塑化,待温度上升至150℃后,扫锅处理一次;
S400、当密炼温度达到170℃时,将共混得到的混合物输送到单螺杆机押出造粒,得到一次造粒胶料;
S500、将一次造粒胶料投入密炼机重新密炼加热至160℃,保证各组分得到充分塑化分散,将共混得到的混合物输送到单螺杆机押出造粒,得到耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料。
优选的,所述改性表面改性氢氧化镁的制备方法包括以下步骤:
A1,将氢氧化镁55-65份,高岭土10-15份,硅酸铝镁15-20份,表面处理剂2-5份加入到球磨机内进行研磨,得到混合粉体;
A2,将改性剂与所述混合粉体放入混料机中搅拌混合20-30min;其中改性剂与混合粉体的质量比为(5-10):(90-95);
A3,将步骤S2中得到的混合粉体放入到水磨机内,并加入硬脂酸钠水溶液,并加热,充分研磨2.5小时后过滤、干燥、超细粉碎后,制得表面改性氢氧化镁。
优选的,一种电缆,采用上述的制备方法获得的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料制备获得,所述电缆的线径大于10mm。
由上可知,应用本申请提供的可以得到以下有益效果:通过本发明配方和工艺获得的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料及制备方法及电缆,能够使大线径电缆同时具备-40℃冷卷绕和FT-4燃烧这两项性能达到平衡状态,除了同时具有-40℃~105℃的耐温等级和FT-4的燃烧等级,同时满足线径大于10min 的电缆线材低温卷绕不开裂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对本申请实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一部分实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料制备方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
实施例1
为了解决上述技术问题,本实施例提供一种耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料,如图1所示,包括SG0型聚氯乙烯树脂90-100份、增塑剂50-70份、耐低温EVA树脂10-20份、三氧化二锑10-20份、表面改性氢氧化镁60-80 份、十溴二苯乙烷10-20份、高效环保钙锌稳定剂5-10份、润滑剂1-3份。
优选的,本实施例的具体成分为:SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70 份、耐低温EVA 20份、三氧化二锑20份、表面改性氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂2份。
现有的护套料在通常配合普通的阻燃剂实现阻燃功能,然而该类护套料在满足高阻燃性能条件时却难以满足-40℃冷卷绕性能的需求,为了实现护套料同时具备-40℃冷卷绕和FT-4燃烧这两项性能,本实施例通过对氢氧化镁阻燃剂进行改进,其中,表面改性氢氧化镁包括下列重量份的组分:氢氧化镁 55-65份,高岭土10-15份,硅酸铝镁15-20份,表面处理剂2-5份,改性剂 5-10份。通过改性氢氧化镁实现在配方使用耐低温EVA材料时,能够使护套料同时具备-40℃冷卷绕和FT-4燃烧这两项性能。
进一步的,改性剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、酰胺基硅烷中的任一种。表面处理剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、稀土偶联剂和高分子偶联剂中的一种或多种的混合物。同时还添加三氧化二锑和十溴二苯乙烷,以提高阻燃功能。
为了满足UL-40℃~105℃要求,配方在原料中同时使用了耐高温增塑剂和耐低温增塑剂。因阻燃剂份量高,耐低温增塑剂无法同时满足-40℃低温卷绕和105℃的老化需求,所以在配方中使用了耐低温和高伸长率的EVA树脂,保证大线径线材冷弯不开裂。其中,增塑剂为偏苯三酸三辛酯、己二酸二辛酯的至少一种或两种混合。本实施例中的增塑剂为偏苯三酸三辛酯和己二酸二辛酯两种混合,其比例为11:3。
进一步的,为了提高-40℃冷卷绕性能,耐低温EVA树脂的VA含量为33%,熔融指数为20~45g/10min。EVA树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物,其中 VA(醋酸乙烯)的含量为33%,熔融指数为20~45g/10min。耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-25、EVATANE 33-45或Evaflex 150中的至少一种。其中EVATANE 33-25的VA含量为33%,熔融指数为25;EVATANE33-45 的VA含量为33%,熔融指数为45;Evaflex 150的VA含量为33%,熔融指数为30,本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-25。
优选的,一种基于上述的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料的制备方法,如图1所示,包括以下步骤:
S100、制备表面改性氢氧化镁,备用;
在该步骤中,表面改性氢氧化镁的制备方法包括以下步骤:
A1,将氢氧化镁55份,高岭土15份,硅酸铝镁15份,表面处理剂5份加入到球磨机内进行研磨,得到混合粉体;
A2,将改性剂与所述混合粉体放入混料机中搅拌混合20-30min;其中改性剂与混合粉体的质量比为(5-10):(90-95);具体的,在该步骤中,改性剂与混合粉体的质量比为1:9。
A3,将步骤A2中得到的混合粉体放入到水磨机内,并加入硬脂酸钠水溶液,并加热,充分研磨2.5小时后过滤、干燥、超细粉碎后,制得表面改性氢氧化镁。
S200、将SG0型聚氯乙烯树脂和高效环保钙锌稳定剂按照组份配比投入高速混料壶,并以200~300r/min的转速进行搅拌混合粉碎。在温度上升至 60℃,加入1/2的增塑剂;待温度上升至90℃,加入剩余增塑剂,搅拌加热至140℃,得到PVC预凝胶粉。
在该步骤中,增塑剂分批加入可以防止PVC树脂吸收过快,导致部分PVC 树脂颗粒未充分粉碎细化,进而造成押出成品外观麻和性能不均匀。
S300、将耐低温EVA树脂、三氧化二锑、表面改性氢氧化镁、十溴二苯乙烷和润滑剂按照组份配比与PVC预凝胶粉一起投入密炼机中密炼塑化,待温度上升至150℃后,扫锅处理一次。
S400、当密炼温度达到170℃时,将共混得到的混合物输送到单螺杆机押出造粒,得到一次造粒胶料。
S500、将一次造粒胶料投入密炼机重新密炼加热至160℃,保证各组分得到充分塑化分散,将共混得到的混合物输送到单螺杆机押出造粒,得到耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料。
另一方案,本实施例提供一种电缆,通过上述的制备方法获得的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料后,将得到的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料粒子通过挤出机挤成电缆线材,线径大于10mm,实现大线径SFP通信线同时满足FT-4燃烧等级和-40℃冷弯性能。
实施例2
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂75份、耐低温EVA 20份、三氧化二锑20份、普通氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂 10份、润滑剂2份。本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-25。其中,增塑剂中含偏苯三酸三辛酯55份,己二酸二辛酯20份。
本实施例制备方法的步骤与实施例1,省去步骤S100,即采用市面上常用的氢氧化镁代替表面改性氢氧化镁。
实施例3
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70份、耐低温EVA 15份、三氧化二锑15份、表面改性氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷15份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂2份。本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-25。
本实施例制备方法的步骤与实施例1相同,将得到的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料粒子通过挤出机挤成电缆线材,线径大于10mm。
实施例4
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70份、耐低温EVA 15份、三氧化二锑20份、表面改性氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂2份。本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-25。
本实施例制备方法的步骤与实施例1相同,将得到的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料粒子通过挤出机挤成电缆线材,线径大于10mm。
实施例5
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70份、耐低温EVA 15份、三氧化二锑15份、表面改性氢氧化镁50份、十溴二苯乙烷15份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂1份。本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-25。
本实施例制备方法的步骤与实施例1相同,将得到的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料粒子通过挤出机挤成电缆线材,线径大于10mm。
实施例6
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70份、耐低温EVA 20份、三氧化二锑20份、表面改性氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂2份。本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-45。
本实施例制备方法的步骤与实施例1相同,将得到的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料粒子通过挤出机挤成电缆线材,线径大于10mm。
实施例7
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70份、耐低温EVA 20份、三氧化二锑20份、表面改性氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂2份。本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为Evaflex 150。
本实施例制备方法的步骤与实施例1相同,将得到的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料粒子通过挤出机挤成电缆线材,线径大于10mm。
实施例8
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70份、耐低温EVA20份、三氧化二锑20份、表面改性氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂2份。本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为Evaflex 150 和EVATANE 33-25两种混合,两者比例为1:1。
其制备方法的步骤同实施例1,将得到的高速传输线用耐低温应力开裂的高阻燃聚氯乙烯护套胶料粒子通过挤出机挤成电缆线材,线径大于10mm。
实施例9
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70份、耐低温EVA20份、三氧化二锑20份、表面改性氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂2份。本实施例中耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-45和EVATANE 33-25两种混合,两者比例为1:1。
其制备方法的步骤同实施例1,将得到的高速传输线用耐低温应力开裂的高阻燃聚氯乙烯护套胶料粒子通过挤出机挤成电缆线材,线径大于10mm。
实施例10
SG0型聚氯乙烯树脂100份、增塑剂70份、耐低温EVA20份、三氧化二锑20份、表面改性氢氧化镁70份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂10份、润滑剂2份。为对比耐低温EVA的抗冷弯性能,本实施例耐低温EVA的牌号采用了Evaflex 250,VA含量28%,熔融指数为15g/10min。
将上述实施例1-10得到的电缆进行抗张断裂强度测试、低温卷绕测试和燃烧测试。
原材料 例1 例2 例3 例4 例5 例6 例7 例8 例9 例10
SG0型PVC树脂 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
偏苯三酸三辛酯 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55
己二酸二辛酯 15 20 15 15 15 15 15 15 15 15
EVATANE 33-25 20 20 15 15 15 0 0 10 10 0
EVATANE 33-45 0 0 0 0 0 20 0 10 0 0
Evaflex 150 0 0 0 0 0 0 20 0 10 0
Evaflex 250 0 0 0 0 0 0 0 0 0 20
三氧化二锑 20 20 15 20 15 20 20 20 20 20
表面改性氢氧化镁 70 0 70 70 20 70 70 70 70 70
十溴二苯乙烷 20 20 15 20 15 20 20 20 20 20
钙锌稳定剂 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
润滑剂 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
表1各实施例护套料配方表
表2电缆性能测试结果
根据表1的配方和表2的测试结果,由实例1和实例2测试结果对比可以看出,实例1通过改性工艺对氢氧化镁进行改性处理,实例2则使用市面上普通的氢氧化镁,性能测试结果可以看出,实例2制备的电缆在通过适量的耐低温EVA树脂时达到了耐-40℃低温卷绕不开裂,但是阻燃性能不合格,这是因为PVC树脂配合有耐低温EVA树脂,在大线径电缆绝缘层较厚、可燃物较多的情况下采用普通的氢氧化镁难以达到阻燃的需求,通过实例1改性工艺对氢氧化镁进行改性处理后,实例1制备的电缆在达到了耐-40℃低温卷绕不开裂的同时满足阻燃性能的要求,FT-4的燃烧性能合格。通过改性氢氧化镁实现在配方使用耐低温EVA材料时,能够使大线径电缆同时具备-40℃冷卷绕和FT-4燃烧这两项性能,使得这两项性能达到平衡状态。
另一方面,实例1和实例2对比还可以看出增塑剂己二酸二辛酯DOA可以改善配方的耐低温性能,但己二酸二辛酯的份量超过20份则无法保证UL 105℃老化性能,老化性能有所下降。
由实例1、3、4、5测试结果对比可以看出,耐低温EVA的含量低会影响-40℃卷绕性能,耐低温EVA低于15份时会导致大线径电缆-40℃卷绕开裂。
由实例1、6、7、8、9、10测试结果对比可以看出,耐低温EVA可以改善大线径电缆的-40℃卷绕性能,使得大线径电缆在-40℃卷绕不开裂。然而,不同牌号的耐低温EVAVA含量和熔融指数不同,但VA含量需要大于33%。并且熔融指数需要在25~40g/10min之间。EVATANE33-25的熔融指数为 25g/10min,EVATANE 33-45和Evaflex 150的熔融指数为45g/10min,由实例 1、6、7、10的测试结果对比可以看出,熔融指数太高(高于40g/10min),则大线径线材电缆的高温老化性能会下降。若耐低温EVA使用Evaflex 250,且VA含量为28%,熔融指数为15g/10min,由实例10的结果可以看出,电缆的105℃抗老化性能合格,但是-40℃低温卷绕开裂,因此选用合适的牌号尤为重要。由实例1、8、9可以看出,牌号为EVATANE 33-25的耐低温EVA 搭配牌号EVATANE 33-45或Evaflex 150均可以同时满足大线径电缆-40℃低温卷绕和105℃抗老化性能,这是因为EVATANE 33-25的耐低温EVA与不同牌号混合后,其VA含量大于33%。并且熔融指数在25~40g/10min之间。
由实例1~实例5测试结果对比可以看出,改性氢氧化镁的添加量低于 70份时,电缆达不到阻燃的要求,需配合三氧化锑和十溴二苯乙烷使用,并且三氧化锑和十溴二苯乙烷的份量均需达到20份以上,当三氧化锑和十溴二苯乙烷的份量在15份,电缆同样达不到阻燃的要求。
根据以上对比可知,故实例1、8、9的配方是符合产品要求的配方,即为本发明研发的配方,通过本发明配方和工艺获得的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料及制备方法及电缆,除了具有-40℃~105℃的耐温等级和FT-4的燃烧等级,同时满足线径大于10min的电缆线材低温卷绕不开裂。
以上所述的实施方式,并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料的制备方法,其特征在于:所述耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料包括下列重量份的组分:SG0型聚氯乙烯树脂90-100份、增塑剂 50-70份、耐低温EVA树脂20份、三氧化二锑20份、表面改性氢氧化镁70-80份、十溴二苯乙烷20份、高效环保钙锌稳定剂5-10份、润滑剂1-3份;所述耐低温EVA树脂的VA含量为33%,其制备过程包括以下步骤:
S100、制备表面改性氢氧化镁,备用;
S200、将SG0型聚氯乙烯树脂和高效环保钙锌稳定剂按照组份配比投入高速混料壶,并以200~300r/min的转速进行搅拌混合;在温度上升至50-60℃,加入1/2的增塑剂;待温度上升至90-95℃,加入剩余的增塑剂,搅拌加热至140-145℃,得到PVC预凝胶粉;
S300、将耐低温EVA树脂 、三氧化二锑、表面改性氢氧化镁、十溴二苯乙烷和润滑剂按照组份配比与PVC预凝胶粉一起投入密炼机中密炼塑化,待温度上升至150-160℃后,扫锅处理一次;
S400、当密炼温度达到170-175℃时,将共混得到的混合物输送到单螺杆机押出造粒,得到一次造粒胶料;
S500、将一次造粒胶料投入密炼机重新密炼加热至150-160℃,保证各组分得到充分塑化分散,将共混得到的混合物输送到单螺杆机押出造粒,得到耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料;
所述表面改性氢氧化镁包括下列重量份的组分:氢氧化镁55-65份,高岭土10-15份,硅酸铝镁15-20份,表面处理剂2-5份,改性剂5-10份;其制备方法包括以下步骤:
A1,将氢氧化镁55-65份,高岭土10-15份,硅酸铝镁15-20份,表面处理剂2-5份加入到球磨机内进行研磨,得到混合粉体,
A2,将改性剂与所述混合粉体放入混料机中搅拌混合20-30min;其中改性剂与混合粉体的质量比为(5-10):(90-95),
A3,将步骤A2中得到的混合粉体放入到水磨机内,并加入硬脂酸钠水溶液,并加热,充分研磨2.5小时后过滤、干燥、超细粉碎后,制得表面改性氢氧化镁;所述改性剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、酰胺基硅烷中的任一种。
2.根据权利要求1所述的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料的制备方法,其特征在于:所述表面处理剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、稀土偶联剂和高分子偶联剂中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料的制备方法,其特征在于:所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯、己二酸二辛酯的至少一种。
4.根据权利要求1所述的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料的制备方法,其特征在于:所述耐低温EVA树脂的熔融指数为20-40 g/10min。
5.根据权利要求4所述的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料的制备方法,其特征在于:所述耐低温EVA树脂的牌号为EVATANE 33-25、EVATANE 33-45或Evaflex 150中的至少一种。
6.一种电缆,其特征在于:采用权利要求1-5任一所述的制备方法获得的耐低温抗开裂的高阻燃护套胶料制备获得,所述电缆的线径大于10mm。
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