CN115850846B - 一种陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料及其制备方法。该制备方法是将改性成瓷填料、改性助熔剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂在50‑60℃下混合均匀；然后与线性低密度聚乙烯、乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物、三元乙丙橡胶和相容剂密炼均匀；最后经过双螺杆、单螺杆挤出造粒。本发明制备的电缆料升高温度时成瓷填料与助熔剂可以迅速发生陶瓷化反应，并且可以结合树脂燃烧产物、阻燃剂形成致密且坚硬的保护层，防止电线绝缘内层发生燃烧，而达到较好的阻燃效果。本发明生产的电缆料加工成电线，进行耐短路测试，在电线两端加持续性高电压，电线铜导体温度急剧升高，由于陶瓷化反应使得电线绝缘层能一直包覆在铜导体表面，不会脱落伤人。
Description
技术领域
本发明属于电线电缆料技术领域，具体涉及一种陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展，电力设施越来越完善，对于低烟无卤阻燃电缆料的需求日益增多。对于电线电缆而言，除了需要有优异的阻燃性能、力学性能之外，耐大电流过载即耐短路性能也不可或缺。因为当线路发生短路时，瞬时之间电线的绝缘层会发生软化、脱落，甚至会漏电伤人，引起火灾等。为了用电安全，有必要提高电缆料的阻燃性能及耐短路性能等。
发明内容
本发明的目的是提供一种陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料及其制备方法。本发明应用陶瓷化技术提高低烟无卤电缆料的性能，并将成瓷填料与助熔剂进行表面物理包覆改性，使得两者在电缆料体系中分散的更加均匀，制成的电线保护层更加致密且均匀，阻燃效果更好，烟释放量更低，力学性能更好。解决了由于填料分散不均而造成的电缆料的力学性能下降、烟密度下降、表面耐磨损性能大幅下降、安装穿管时易造成电线绝缘损伤，进一步被虫蚁蛀蚀等问题。本发明对成瓷填料与助熔剂进行改性是利用聚丙烯加入引发剂后在高温下发生降解原理，将聚丙烯、引发剂、陶瓷化填料共同经双螺杆挤出，挤出过程中聚丙烯降解成小分子链聚丙烯，并且经过螺杆剪切会包覆在陶瓷化填料的表面。该改性方法，同时向电缆料体系中引入了小分子链的聚丙烯，提高了电线绝缘的硬度，可防止虫蚁的蛀蚀。
所述的陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料，按质量份计，由5-10份线性低密度聚乙烯、20-30份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5-10份三元乙丙橡胶、5-10份相容剂、5-15份改性成瓷填料、5-15份改性助熔剂、20-55份阻燃剂、1-3份润滑剂和1-3份抗氧剂组成。
所述的改性成瓷填料的改性方法为：将质量比为3-4:1-2的成瓷填料与聚丙烯混合，再加入0.3-1wt％的引发剂并搅拌混合均匀，然后经双螺杆挤出，温度为230-300℃，再经单螺杆造粒，最后研磨成粉。
所述的成瓷填料为蒙脱土、硅灰石、高岭土中的一种或几种。
所述的改性助熔剂的改性方法为：将质量比为3-4:1-2的助熔剂与聚丙烯混合，再加入0.3-1wt％的引发剂并搅拌混合均匀，然后经双螺杆挤出，温度为230-300℃，再经单螺杆造粒，最后研磨成粉。
所述的助熔剂为玻璃粉、硼酸锌、石英玻璃纤维中的一种或几种。
所述的引发剂为DCP、BPO、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷中的一种或几种。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和/或马来酸酐接枝聚丙烯。
所述的阻燃剂为磷酸三聚氰胺、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸酯中的一种或几种。所述的润滑剂为硅酮、硬脂酸锌、硬脂酸镁、低分子蜡中的一种或几种。
所述的抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
所述的陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料的制备方法为：将改性成瓷填料、改性助熔剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂在50-60℃下混合均匀；然后与线性低密度聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、三元乙丙橡胶和相容剂在密炼机中密炼均匀，温度为160-200℃；最后经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为1-2min。
本发明制备的电缆料升高温度时成瓷填料与助熔剂可以迅速发生陶瓷化反应，并且可以结合树脂燃烧产物、阻燃剂形成致密且坚硬的保护层，防止电线绝缘内层发生燃烧，而达到较好的阻燃效果。本发明生产的电缆料加工成电线，进行耐短路测试，在电线两端加持续性高电压，电线铜导体温度急剧升高，由于陶瓷化反应使得电线绝缘层能一直包覆在铜导体表面，不会脱落伤人。
具体实施方式
为了详细说明本发明的内容及意义，以下结合具体实施例予以说明。
改性成瓷填料：选择未改性蒙脱土做为成瓷填料，将70质量份的未改性蒙脱土与30质量份的聚丙烯混合，再加入1质量份的引发剂BPO，并充分搅拌使混合均匀。将混合好的物料加入到双螺杆中挤出，温度控制在280-300℃，再经过单螺杆造粒。后将经过单螺杆得到的粒子研磨成粉，制备得到改性蒙脱土。
改性助熔剂：选择未改性硅酸盐玻璃粉做为助熔剂，将70质量份的未改性硅酸盐玻璃粉与30质量份的聚丙烯混合，再加入1质量份的引发剂BPO，并充分搅拌使混合均匀。将混合好的物料加入到双螺杆中挤出，温度控制在280-300℃，再经过单螺杆造粒。后将经过单螺杆得到的粒子研磨成粉，制备得到改性硅酸盐玻璃粉。
对比例1
混合：将60份阻燃剂、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
对比例1中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
对比例2
混合：将54份阻燃剂、6份未改性蒙脱土、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
对比例2中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
对比例3
混合：将54份阻燃剂、6份未改性硅酸盐玻璃粉、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
对比例3中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
对比例4
混合：将48份阻燃剂、6份未改性蒙脱土、6份未改性硅酸盐玻璃粉、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
对比例4中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
对比例5
混合：将54份阻燃剂、6份改性蒙脱土、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
对比例5中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
对比例6
混合：将54份阻燃剂、6份改性硅酸盐玻璃粉、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
对比例6中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例1
混合：将48份阻燃剂、6份改性蒙脱土、6份改性硅酸盐玻璃粉、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
实施例1中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例2
混合：将48份阻燃剂、8份改性蒙脱土、4份改性硅酸盐玻璃粉、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
实施例2中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例3
混合：将46份阻燃剂、7份改性蒙脱土、7改性硅酸盐玻璃粉、1份润滑剂、1份抗氧剂，在搅拌机中混合5min，温度在60℃。
密炼：将上述混合粉体与10份线性低密度聚乙烯、20份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5份三元乙丙橡胶、5份相容剂在密炼机中密炼均匀，最终出料温度为170℃。
造粒：分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为2min。
在电缆导电线芯上熔融挤出包覆该电缆料形成绝缘层。
实施例3中的阻燃剂为氢氧化铝、润滑剂为硬脂酸锌、相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、抗氧剂为抗氧剂1010。
各对比例与实施例配方如表1所示。
表1
各对比例与实施例部分性能测试如表2所示。
表2
*耐短路测试：固定起始电流为200A，电线为2.5mm2，测试结果为绝缘层脱落时间，时间长则好，短则差。
硬度性能：电缆料添加改性蒙脱土和改性玻璃粉，同时引入了部分聚丙烯，最终制品的硬度提高，安装穿管不会损伤绝缘，防虫蚁蛀蚀性能提高。
实施例中伸长强度和对比例1相比相差不大，没有因为改性陶瓷化填料的加入而大幅度降低。且由于改性后的蒙脱土和玻璃粉分散好，在高温时发生的陶瓷化反应比较均匀，配合氢氧化铝的阻燃作用形成致密且均匀的碳化层，所以能够一直包覆在铜导体表面，进行耐短路测试时不会脱落。由于致密且均匀的碳层的原因，电线可以通过DZ-1燃烧测试，并且烟释放量减小明显。而对比例中添加的未改性陶瓷化填料分散差，不能形成均匀的碳化层，不能包覆在铜导体表面，阻燃和烟释放量都没有更好地改善。
本发明并不局限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明保护范围。
Claims (6)
1.一种陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料，其特征在于，按质量份计，其由5-10份线性低密度聚乙烯、20-30份乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、5-10份三元乙丙橡胶、5-10份相容剂、5-15份改性成瓷填料、5-15份改性助熔剂、20-55份阻燃剂、1-3份润滑剂和1-3份抗氧剂组成；
所述的改性成瓷填料的改性方法为：将质量比为3-4:1-2的成瓷填料与聚丙烯混合，再加入0.3-1wt%的引发剂并搅拌混合均匀，然后经双螺杆挤出，温度为230-300℃，再经单螺杆造粒，最后研磨成粉；
所述的成瓷填料为蒙脱土、硅灰石、高岭土中的一种或几种；
所述的改性助熔剂的改性方法为：将质量比为3-4:1-2的助熔剂与聚丙烯混合，再加入0.3-1wt%的引发剂并搅拌混合均匀，然后经双螺杆挤出，温度为230-300℃，再经单螺杆造粒，最后研磨成粉；
所述的助熔剂为玻璃粉、硼酸锌、石英玻璃纤维中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料，其特征在于，所述的引发剂为DCP、BPO、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和/或马来酸酐接枝聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料，其特征在于，所述的阻燃剂为磷酸三聚氰胺、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料，其特征在于，所述的润滑剂为硅酮、硬脂酸锌、硬脂酸镁、低分子蜡中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的陶瓷化低烟高阻燃耐短路电缆料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法的具体操作为：将改性成瓷填料、改性助熔剂、阻燃剂、润滑剂和抗氧剂在50-60℃下混合均匀；然后与线性低密度聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、三元乙丙橡胶和相容剂在密炼机中密炼均匀，温度为160-200℃；最后分别经过双螺杆、单螺杆挤出造粒，加工温度为140-160℃，挤出时间为1-2min。
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| CN109810371A (zh) * | 2017-11-22 | 2019-05-28 | 宝胜科技创新股份有限公司 | 一种热塑性无卤低烟阻燃可陶瓷化聚烯烃隔氧层料 |
| CN110760120A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-02-07 | 江苏北化新橡新材料科技有限公司 | 一种高耐短路低烟无卤家装电线电缆料及其制备方法 |
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