CN115637038A - 一种阻燃tpu电缆护套料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻燃TPU电缆护套料，按重量百分比计，包括以下原料：TPU 60‑75％、交联功能材料10‑20％、阻燃剂10‑15％、抗氧剂0.2‑0.3％、交联剂1‑3％，余量为接枝物；所述交联功能材料为聚烯烃类材料和乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物混合所得；所述阻燃剂为端双键DOPO与1,1,3,3－四甲基二硅烷的硅氢加成反应获得；所述端双键DOPO由端双羧基DOPO与3－溴丙烯发生取代反应获得；所述端双羧基DOPO由DOPO和康衣酸反应获得。所述阻燃剂具有不饱和烃基和硅氢键的特点，同时为硅系阻燃剂和磷系阻燃剂的复合阻燃剂，阻燃效果优异，同时兼具增加弹性的性能。
Description
技术领域
本发明属于电缆护套材料技术领域，具体地，涉及一种阻燃TPU电缆护套料。
背景技术
工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，近些年被广泛有应用于工业制造中，如专用于电动工具打磨或点焊场景的机器人手臂。在该场景下的机器人手臂由于经常处于打磨或电焊的环境中，不可避免地会经常被溅射到火星或焊渣。火星或焊渣的温度很高，溅射到线缆上，易破坏电缆。因此，机器人手臂用的电缆护套管对材料的弹性、防烫、耐高温性能要求严格。而现有市场上的电缆护套材料的温度可耐范围为(-40℃)-80℃，无法满足机器人手臂上的电缆使用要求。同时，为提高机器人手臂用电缆的安全性，其电缆护套料不但需要耐高温，而且需要良好的阻燃性能，防止因火星引起的电缆料的自燃。
因此，本发明提供一种阻燃TPU电缆护套料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃TPU电缆护套料，以获得一款弹性好、耐高温性优和阻燃性优的机器人手臂用电缆护套料。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种阻燃TPU电缆护套料，按重量百分比计，包括以下原料：TPU60-75％、交联功能材料10-20％、阻燃剂10-15％、抗氧剂0.2-0.3％、交联剂1-3％，余量为接枝物。
进一步地，所述交联功能材料为聚烯烃类材料和乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物按照质量比1-2:2-3混合所得。
进一步地，所述聚烯烃类材料为EPDM和PE按照任意比混合组成。
进一步地，所述PE为茂金属聚乙烯(MPE),双峰PE,高流动性PE中的一种。
进一步地，所述乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物为EVM和EVA按照任意比组成。
进一步地，所述接枝物为聚乙烯－马来酸酐接枝物、EPDM接枝马来酸酐接枝物中任意比的混合。
进一步地，所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三甲代烯丙基异氰酸酯中任意几种的混合物。
进一步地，所述阻燃剂包括以下步骤制成：
第一步、将DOPO、康衣酸和二甲苯混合均匀后，氮气保护下，搅拌加热至回流，并回流反应20-24h冷却至室温，过滤，用丙酮洗涤数次，干燥得端双羧基DOPO，其中，DOPO、康衣酸的摩尔比为1:1；
第二步、将端双羧基DOPO溶于四氢呋喃，0℃搅拌下，加入氢化钠，搅拌10-15min后，滴加3－溴丙烯，0℃搅拌下1-1.5h，然后在25-30℃下搅拌反应20-24h再用水淬灭反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，干燥，得端双键DOPO，端双羧基DOPO、氢化钠、3－溴丙烯的摩尔比为1:2.1-2.3:2.1-2.3。
第三步、将端双键DOPO、1,1,3,3－四甲基二硅烷和甲苯混合均匀后，在氮气保护、85-95℃下，加入氯铂酸异丙醇溶液，搅拌反应6-10h，反应结束后用活性炭吸附铂氯铂酸异丙醇溶液，过滤，旋蒸除去溶剂，得阻燃剂，其中，端双键DOPO、1,1,3,3－四甲基二硅烷的摩尔比为1:1，氯铂酸的加入量为端双键DOPO和1,1,3,3－四甲基二硅烷总质量的1-3％，氯铂酸异丙醇溶液的质量分数为1％。
进一步地，所述阻燃TPU电缆护套料包括以下步骤制成：
将TPU、交联功能材料、阻燃剂、抗氧剂、交联剂和接枝物混合均匀后，转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒、干燥，即得，其中，挤出温度为150-190℃。
本发明的有益效果：
为满足机器人手臂用电缆护套管对材料弹性性能的要求，本发明以TPU为基体材料，利用了TPU优良的热弹性性能、耐磨性能，同时兼顾机器人手臂用电缆护套管对火星和焊渣的防护，本发明引入了交联功能材料和交联体系，赋予TPU复合体系交联功能，提高所得TPU电缆护套料的抗撕裂和耐高温性能。显著地说，本发明立足于富烃基体系的可交联特点，引入了自制的阻燃剂，所述自制的阻燃剂是以DOPO、康衣酸、3－溴丙烯和1,1,3,3－四甲基二硅烷为反应底物，经逐步反应获得，为硅系阻燃剂和磷系阻燃剂的复合阻燃剂，能够发挥硅系和磷系两种阻燃剂的作用，阻燃效果优异。同时具有不饱和烃基和硅氢键的特点，具有增加TPU复合基料弹性性能和耐高温性能。解释为：具有不饱和烃基的特点赋予了阻燃剂与TPU复合基料交联特性，防止了阻燃剂的析出和迁移，阻燃剂中的硅氧烷链则赋予了阻燃剂与TPU复合基料良好的相容性和阻燃剂的流动性，促进阻燃剂能够均匀分布在TPU复合基料中，促进阻燃剂分子链均匀分布在交联形成的互穿网络中，利于所得TPU电缆护套料阻燃性能的整体性能的提高，同时在交联网络中引入硅氧烷链，提高了交联网络的耐高温性能；硅氢键的特点则赋予了交联网络良好的自愈合性能，提高交联网络的弹性性能和抗撕裂性能。
综上所述，本发明所得TPU电缆护套料具有良好的耐高温、弹性性能和阻燃性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
阻燃剂的制备：
第一步、将0.1mol DOPO、0.1mol康衣酸和70mL二甲苯混合均匀后，氮气保护下，搅拌加热至回流，并回流反应20h冷却至室温，过滤，用丙酮洗涤数次，干燥得端双羧基DOPO；
第二步、将0.1mol端双羧基DOPO溶于80mL四氢呋喃，0℃搅拌下，加入0.21mol氢化钠，搅拌10min后，滴加0.21mol 3-溴丙烯，0℃搅拌下1h，然后在25℃下搅拌反应20h再用水淬灭反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，干燥，得端双键DOPO。
第三步、将0.1mol端双键DOPO、0.1mol 1,1,3,3-四甲基二硅烷和100mL甲苯混合均匀后，在氮气保护、85℃下，加入35g氯铂酸异丙醇溶液，搅拌反应10h，反应结束后用活性炭吸附铂氯铂酸异丙醇溶液，过滤，旋蒸除去溶剂，得阻燃剂。
实施例2
阻燃剂的制备：
第一步、将0.1mol DOPO、0.1mol康衣酸和70mL二甲苯混合均匀后，氮气保护下，搅拌加热至回流，并回流反应24h冷却至室温，过滤，用丙酮洗涤数次，干燥得端双羧基DOPO；
第二步、将0.1mol端双羧基DOPO溶于80mL四氢呋喃，0℃搅拌下，加入0.23mol氢化钠，搅拌15min后，滴加0.23mol 3-溴丙烯，0℃搅拌下1.5h，然后在30℃下搅拌反应24h再用水淬灭反应，减压蒸馏除去四氢呋喃，干燥，得端双键DOPO。
第三步、将0.1mol端双键DOPO、0.1mol 1,1,3,3-四甲基二硅烷和100mL甲苯混合均匀后，在氮气保护、95℃下，加入105mg氯铂酸异丙醇溶液，搅拌反应6h，反应结束后用活性炭吸附铂氯铂酸，过滤，旋蒸除去溶剂，得阻燃剂。
实施例3
阻燃TPU电缆护套料的制备：
步骤一、将聚烯烃类材料和乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物按照质量比2:3混合均匀，得交联功能材料，所述聚烯烃类材料为EPDM和PE按照任质量比1:1混合组成,所述PE为茂金属聚乙烯；乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物为EVM；
步骤二、按重量百分比计，取以下原料：TPU 60％、交联功能材料20％、阻燃剂10％、抗氧剂0.2％、交联剂1％，余量为接枝物；所述接枝物为聚乙烯-马来酸酐接枝物；所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；实施例1制备的阻燃剂，交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯；
步骤三、将TPU、交联功能材料、抗氧剂、实施例1制备的阻燃剂和接枝物混合均匀后，转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒、干燥，即得，其中，挤出温度为150-190℃。
实施例4
阻燃TPU电缆护套料的制备：
步骤一、将聚烯烃类材料和乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物按照质量比1:2混合均匀，得交联功能材料，所述聚烯烃类材料为EPDM；乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物为EVM和EVA按照质量比1:1混合组成；
步骤二、按重量百分比计，取以下原料：TPU70％、交联功能材料10％、阻燃剂15％、抗氧剂0.3％、交联剂2％，余量为接枝物；所述接枝物为聚乙烯-马来酸酐接枝物、EPDM接枝马来酸酐接枝物按照质量比1:1混合组成；交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三甲代烯丙基异氰酸酯按照质量比1:1:1混合组成；
步骤三、将TPU、交联功能材料、抗氧剂、实施例2制备的阻燃剂和接枝物混合均匀后，转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒、干燥，即得，其中，挤出温度为150-190℃。
实施例5
阻燃TPU电缆护套料的制备：
步骤一、将聚烯烃类材料和乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物按照质量比2:3混合均匀，所述聚烯烃类材料为PE,所述PE为高流动性PE中的；乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物为EVA；
步骤二、按重量百分比计，取以下原料：TPU 75％、交联功能材料10％、阻燃剂10％、抗氧剂0.3％、交联剂3％，余量为接枝物；所述接枝物为聚乙烯-马来酸酐接枝物；抗氧化剂为抗氧化剂1010；交联剂为三甲代烯丙基异氰酸酯；
步骤三、将TPU、交联功能材料、抗氧剂、实施例1制备的阻燃剂和接枝物混合均匀后，转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒、干燥，即得，其中，挤出温度为150-190℃。
对比例1
电缆护套料的制备：
与实施例3相比，将阻燃剂等量份替换成DOPO，其余不变。
对比例2
电缆护套料的制备：
与实施例4相比，将阻燃剂等量份替换成1,1,3,3-四甲基二硅烷，其余不变。
对比例3
电缆护套料的制备：
与实施例5相比，将阻燃剂等量份替换成TPU基料，其余不变，熔融挤出步骤与实施例5相同。
实施例6
将实施例3-5和对比例1-3获得的粒料经过成型工艺，其中，交联工艺中为电子束辐照交联,剂量为15-20兆能。
将获得的成型材料制成标准式样，按照相关标准进行性能测试，所得结果如表1所示。
表1
从表1中的数据可以看出，实施例3-5获得的电缆护套具有良好的弹性性能、耐高温性能和阻燃性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：按重量百分比计，包括以下原料：TPU 60-75％、交联功能材料10-20％、阻燃剂110-15％、抗氧剂0.2-0.3％、交联剂1-3％，余量为接枝物；
所述交联功能材料为聚烯烃类材料和乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物混合所得；
所述阻燃剂为端双键DOPO与1,1,3,3－四甲基二硅烷的硅氢加成反应获得；
所述端双键DOPO由端双羧基DOPO与3－溴丙烯发生取代反应获得；
所述端双羧基DOPO由DOPO和康衣酸反应获得。
2.根据权利要求1所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：所述聚烯烃类材料、乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物的质量比1-2:2-3。
3.根据权利要求1所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：所述聚烯烃类材料为EPDM和PE按照任意比混合组成。
4.根据权利要求1所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：所述乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物为EVM和EVA按照任意比组成。
5.根据权利要求1所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：所述接枝物为聚乙烯－马来酸酐接枝物、EPDM接枝马来酸酐接枝物中的一种。
6.根据权利要求1所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三甲代烯丙基异氰酸酯中任意几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：所述阻燃剂包括以下步骤制成：
将端双键DOPO、1,1,3,3－四甲基二硅烷和甲苯混合均匀后，在氮气保护、85-95℃下，加入氯铂酸异丙醇溶液，搅拌反应6-10h，经后处理，得阻燃剂。
8.根据权利要求1所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：所述端双键DOPO包括以下步骤制成：
将端双羧基DOPO溶于四氢呋喃，0℃搅拌下，加入氢化钠，搅拌10-15min后，滴加3－溴丙烯，0℃搅拌下1-1.5h，然后在25-30℃下搅拌反应20-24h，经后处理，得端双键DOPO。
9.根据权利要求8所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：所述端双羧基DOPO、氢化钠、3－溴丙烯的摩尔比为1:2.1-2.3:2.1-2.3。
10.根据权利要求1所述的阻燃TPU电缆护套料，其特征在于：包括以下步骤制成：
将TPU、交联功能材料、阻燃剂、抗氧剂、交联剂和接枝物混合均匀后，转移至双螺杆挤出机中，经挤出造粒、干燥，即得。
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