CN116082764B - 一种风能电缆用耐寒耐油阻燃pvc组合物及其制备方法 - Google Patents

一种风能电缆用耐寒耐油阻燃pvc组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种。风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物及其制备方法，所述PVC组合物包括如下重量份数的原料组份：聚氯乙烯树脂100份；增塑剂50～60份；钙锌稳定剂8‑10份；碳酸钙10‑20份；阻燃剂10‑20份；它还包括以下重量份数的原料组份：氯化聚乙烯树脂20～30份；粉末丁腈橡胶10‑20份；ABS树脂5‑10份；紫外线吸收剂1‑2份。通过向聚氯乙烯树脂中添加氯化聚乙烯树脂、粉末丁腈橡胶和ABS树脂，并精确控制其比例，这样能够获得具有优异的耐寒性、耐油性、耐扭曲性以及满足成束燃烧C类阻燃性能的产品，制成的FDEF型电缆可以满足技术要求，实现了对硫化工艺橡皮护套的替代。

Description

一种风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于电缆复合材料技术领域，涉及一种PVC组合物，具体涉及一种风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物及其制备方法。
背景技术
随着全球能源日益紧张，人类环保意识的增强；世界各国都将目光投向了锂电、光伏、风能等清洁能源，可再生资源的开发已经成为多数国家的能源战略。风能由于其清洁性、可再生性、资源广泛性而备受瞩目。
风能电缆主要用于风电机舱、塔筒内，分为控制电缆、信号电缆、耐扭曲电力电缆等。风场环境恶劣，且电力电缆随叶轮摆动而扭曲，故风能电缆一般要求较高，其主要特性要求为：使用寿命20年，敷设在机舱及塔筒内，在-40℃到90℃的温度下工作，电缆最小弯曲半径6D，具有耐低温、耐油、耐扭曲、耐气候、耐紫外线、耐酸碱、耐盐雾等性能。目前，市场上风能电缆用材料主要采用硫化工艺的橡胶材料，材料成本高、工艺复杂、生产效率低。
申请号为201110443402.5的中国发明专利公开了一种氯化聚氯乙烯改性材料及其制备方法，氯化聚氯乙烯改性材料的原料配方如下：氯化聚氯乙烯40~90份；聚氯乙烯20~70份；改性树脂5~30份；热稳定剂1.5~10份；增塑剂20~60份；抗氧剂1~10份；润滑剂1~10份；填充剂5~40份；阻燃剂8~40份；阻燃协效剂8~40份以及聚氯乙烯加工助剂1~20份。该专利中需要使用大量的氯化聚氯乙烯材料且其氯含量为65%-72%；氯化聚氯乙烯树脂是由PVC树脂氯化改性制得，分子键的不规则性增加，在老化的过程中容易释放游离氯原子而会对臭氧层造成破坏，不能满足环保方面的要求。
申请号为202110210330.3的中国发明专利公开了一种耐ABS迁移料及其制备方法，该耐ABS迁移料的重量分数的原料包括PVC树脂80-100份；丁腈橡胶粉末50-80份；环保增塑剂30-100份；氯化石蜡20-30份；环保稳定剂2-6份；填充剂10-50份；润滑剂1-2份；塑光粉1-2份；白炭黑2-3份；钛白粉3-5份。该专利主要是通过增加丁腈橡胶、增塑剂、钛白粉、白炭黑和氯化石蜡，增加其吸油、耐寒性能，这需要增加较多量的氯化石蜡、钛白粉等，不利于组分的分散；过量的氯化石蜡添加，材料的热失重偏大，影响电缆的长期使用寿命，同时有析出的风险。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物。
为了实现上述技术问题，本发明提供了一种风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，所述PVC组合物包括如下重量份数的原料组份：
聚氯乙烯树脂 100份；
增塑剂 50~60份；
钙锌稳定剂 8-10份；
碳酸钙 10-20份；
阻燃剂 10-20份；
它还包括以下重量份数的原料组份：
氯化聚乙烯树脂 20~30份；
粉末丁腈橡胶 10-20份；
ABS树脂 5-10份；
紫外线吸收剂 1-2份。
优化地，所述聚氯乙烯树脂的平均聚合度为1000~2000，所述聚氯乙烯树脂为选自韩华HG-1300和台塑S-70中的一种或多种组成的混合物。
优化地，所述氯化聚乙烯树脂中氯元素的质量含量为30~40%，所述氯化聚乙烯树脂中氯元素的质量含量为34~36%，所述氯化聚乙烯树脂为选自CPE-135A。
优化地，所述粉末丁腈橡胶的门尼粘度为45~55，丙烯腈质量含量为30~40%，所述粉末丁腈橡胶的门尼粘度为48~52，丙烯腈质量含量为32~36%，所述粉末丁腈橡胶为选自瑞恩橡塑P830和安庆华兰N35-1中的一种或多种组成的混合物。
优化地，所述ABS树脂的密度为1.05~1.18g/cm3、收缩率为0.4~0.9%且熔融温度为217~237℃；所述ABS树脂为选自奇美PA-757和PA747中的一种或多种组成的混合物。
优化地，所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯和邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或多种组成的混合物。
优化地，所述钙锌稳定剂为选自熊牌MC91660和/或MC92539，所述碳酸钙为广源化工GY-716，所述阻燃剂为选自三氧化二锑和硼酸锌中的一种或多种组成的混合物，紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和2-（2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基）苯并三氮唑中的一种或多种组成的混合物。
本发明的又一目的在于提供一种上述风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的所述聚氯乙烯树脂、所述增塑剂、所述钙锌稳定剂、所述ABS树脂、所述紫外线吸收剂，在700rpm-900rpm的转速下进行混合；
升温至80℃-90℃，加入配方量的所述碳酸钙和所述阻燃剂进行混合，继续升温至135℃-140℃，投入低速搅拌机90rpm进行搅拌混合；降温至50~70℃时，投入配方量的所述氯化聚乙烯树脂、所述粉末丁腈橡胶，混合后投入双阶挤出机，挤出造粒即可。
优化地，所述双阶挤出机的参数如下：双螺杆温度120-150℃，单螺杆温度110-150℃，喂料转速18±2rpm，双螺杆主机转速30±5rpm，单螺杆主机转速25±5rpm，切粒机转速24±5rpm，物料温度165℃-175℃。
本发明风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，通过向聚氯乙烯树脂中添加氯化聚乙烯树脂、粉末丁腈橡胶和ABS树脂，并精确控制其比例，这样能够获得具有优异的耐寒性、耐油性、耐扭曲性以及满足成束燃烧C类阻燃性能的产品，制成的FDEF型电缆可以满足技术要求，实现了对硫化工艺橡皮护套的替代。
具体实施方式
本发明风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，所述PVC组合物包括如下重量份数的原料组份：聚氯乙烯树脂100份；增塑剂50~60份；钙锌稳定剂8-10份；碳酸钙10-20份；阻燃剂10-20份；氯化聚乙烯树脂20~30份；粉末丁腈橡胶10-20份；ABS树脂5-10份；紫外线吸收剂1-2份。通过向聚氯乙烯树脂中添加氯化聚乙烯树脂、粉末丁腈橡胶和ABS树脂，并精确控制其比例，这样能够获得具有优异的耐寒性、耐油性、耐扭曲性以及满足成束燃烧C类阻燃性能的产品，制成的FDEF型电缆可以满足技术要求，实现了对硫化工艺橡胶护套的替代。
所述聚氯乙烯树脂的平均聚合度为1000~2000，所述聚氯乙烯树脂为选自韩华HG-1300和台塑S-70中的一种或多种组成的混合物。所述氯化聚乙烯树脂中氯元素的质量含量为30~40%，所述氯化聚乙烯树脂中氯元素的质量含量为34~36%，所述氯化聚乙烯树脂为选自CPE-135A。所述粉末丁腈橡胶的门尼粘度为45~55，丙烯腈质量含量为30~40%，所述粉末丁腈橡胶的门尼粘度为48~52，丙烯腈质量含量为32~36%，所述粉末丁腈橡胶为选自瑞恩橡塑P830和安庆华兰N35-1中的一种或多种组成的混合物。所述ABS树脂的密度为1.05~1.18g/cm3、收缩率为0.4~0.9%且熔融温度为217~237℃；所述ABS树脂为选自奇美PA-757和PA747中的一种或多种组成的混合物。所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯（DOTP）、癸二酸二辛酯（DOS）和邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）中的一种或多种组成的混合物。所述钙锌稳定剂为选自熊牌MC91660和/或MC92539，所述碳酸钙为广源化工GY-716，所述阻燃剂为选自三氧化二锑和硼酸锌中的一种或多种组成的混合物，紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮（UV-531）和2-（2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基）苯并三氮唑（UV-P）中的一种或多种组成的混合物。上述各方案均能在一定程度上提高用风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物制得的风能电缆性能。
上述风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物的制备方法，包括以下步骤：将配方量的所述聚氯乙烯树脂、所述增塑剂、所述钙锌稳定剂、所述ABS树脂、所述紫外线吸收剂，在700rpm-900rpm的转速下进行混合；升温至80℃-90℃，加入配方量的所述碳酸钙和所述阻燃剂进行混合，继续升温至135℃-140℃，投入低速搅拌机90rpm进行搅拌混合；降温至50~70℃时，投入配方量的所述氯化聚乙烯树脂、所述粉末丁腈橡胶，混合后投入双阶挤出机，挤出造粒即可。所述双阶挤出机的参数如下：双螺杆温度120-150℃，单螺杆温度110-150℃，喂料转速18±2rpm，双螺杆主机转速30±5rpm，单螺杆主机转速25±5rpm，切粒机转速24±5rpm，物料温度165℃-175℃。
下面结合所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例1-6、对比例1-5
实施例1-6、对比例1-5分别提供一种风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其原料组成参见表1。
表1实施例1-6、对比例1-5中风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物的原料组成表
注：聚氯乙烯树脂选采用韩华HG-1300，氯化聚乙烯树脂为CPE-135A，增塑剂为DOTP，稳定剂为MC91660，碳酸钙为GY-716，阻燃剂为三氧化二锑，粉末丁腈橡胶为瑞恩橡塑P830，ABS树脂为PA-757，紫外线吸收剂为UV-531。
上述各例的原料组份按以下方法制作成产品：将配方量的聚氯乙烯树脂、增塑剂、稳定剂、ABS树脂、紫外线吸收剂，在900rpm的转速下混合；
升高温度至90℃（80℃-90℃对产品的性能影响不大，下同），加入碳酸钙、阻燃剂，进行混合，温度升至135℃-140℃，投入低速搅拌机90rpm进行搅拌混合，待温度降至50~70℃时投入氯化聚乙烯树脂、粉末丁腈橡胶，混合5分钟后，投入双阶挤出机（双阶挤出机参数如下：双螺杆温度120-150℃，单螺杆温度110-150℃，喂料转速18±2rpm，双螺杆主机转速30±5rpm，单螺杆主机转速25±5rpm，切粒机转速24±5rpm，物料温度165℃-175℃，上述区间范围对产品的性能影响不大），挤出造粒。
对实施例1-6、对比例1-5提供的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物（粒子）按现有方法制作成风能电缆，其测试结果见表2。
表2 实施例1-6、对比例1-5中对应的风能电缆性能表
注：拉伸强度、断裂伸长率测试参照GB/T1040.3-2006，低温冲击脆化温度测试参照GB/T5470-2008，200℃热稳定时间测试参照GB/T8815-2008，氧指数测试参照GB/T2406.2-2009，人工气候老化实验参照GB/T29631-2013，耐油实验参照GB/T2951.11-2008，短期老化实验参照GB/T8815-2008。
实施例1-实施例6中，从表2测试结果来看，在正常范围值内，调整CPE（即氯化聚乙烯树脂）、增塑剂、稳定剂、碳酸钙、阻燃剂、粉末丁腈、ABS树脂用量，对材料的拉伸性能影响不大。
实施例1与对比例1比较，CPE的用量较低时，材料耐寒性不合格，无法满足北方户外使用要求。CPE是一种饱和橡胶，具有优异的韧性，特别是低温韧性；CPE是由HDPE经氯化取代反应制得的高分子材料，可以同PVC树脂有很好的相容性。由于其低温韧性好，可以保证电缆在低温环境下工作。
实施例1与对比例2比较，CPE的用量较高时，拉料的拉伸强度不合格。CPE是一种橡胶材料，具有优异的耐油性和低温柔韧性；其自身的材料硬度邵A＜60，拉伸强度11.0Mpa，过量添加时，会导致材料本身的拉伸强度下降，影响电缆的敷设和长期使用寿命。
实施例1与对比例3比较，碳酸钙的用量较高时，材料的断裂伸长率、耐寒性不合格。碳酸钙是一种无机化合物，广泛用于PVC材料的填充，可以提高制品的尺寸稳定性、改善塑料的加工性能、降低材料的成本。但是在过量添加的时候，会对材料的伸长率、耐寒性有一定的影响。在电缆长期使用过程中会造成低温开裂风险。
实施例1与对比例4比较，粉末丁腈橡胶添加量较低时，材料的耐油性能不合格。粉末丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合而成的聚合物，具有优异的耐油性能。由于其具有一定的极性，与PVC树脂有着非常好的相容性，被广泛用于PVC材料的改性。ABS树脂添加量较高时，材料的耐寒性不合格。ABS树脂是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，具有高强度、电性能好、易加工等优点，同时因为含有丙烯腈和丁二烯的结构，使其具有优良的耐油性能。ABS树脂可以在-25℃时正常工作，但是在过量添加时，影响材料的耐寒性。
实施例1与对比例5比较，粉末丁腈橡胶添加量较高、ABS树脂添加量较低时，材料的拉伸强度不合格。影响电缆的敷设和长期使用寿命。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，所述PVC组合物包括如下重量份数的原料组份：
聚氯乙烯树脂 100份；
增塑剂 50~60份；
钙锌稳定剂 8-10份；
碳酸钙 10-20份；
阻燃剂 10-20份；
其特征在于，它还包括以下重量份数的原料组份：
氯化聚乙烯树脂 20~30份；
粉末丁腈橡胶 10-20份；
ABS树脂 5-10份；
紫外线吸收剂 1-2份。
2.根据权利要求1所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述聚氯乙烯树脂的平均聚合度为1000~2000。
3.根据权利要求2所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述聚氯乙烯树脂为选自韩华HG-1300和台塑S-70中的一种或多种组成的混合物。
4.根据权利要求1所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述氯化聚乙烯树脂中氯元素的质量含量为30~40%。
5.根据权利要求4所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述氯化聚乙烯树脂中氯元素的质量含量为34~36%。
6.根据权利要求5所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述氯化聚乙烯树脂为选自CPE-135A。
7.根据权利要求1所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述粉末丁腈橡胶的门尼粘度为45~55，丙烯腈质量含量为30~40%。
8.根据权利要求7所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述粉末丁腈橡胶的门尼粘度为48~52，丙烯腈质量含量为32~36%。
9.根据权利要求8所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述粉末丁腈橡胶为选自瑞恩橡塑P830和安庆华兰N35-1中的一种或多种组成的混合物。
10.根据权利要求1所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述ABS树脂的密度为1.05~1.18g/cm3、收缩率为0.4~0.9%且熔融温度为217~237℃。
11.根据权利要求10所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述ABS树脂为选自奇美PA-757和PA747中的一种或多种组成的混合物。
12.根据权利要求1所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯和邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或多种组成的混合物。
13.根据权利要求1所述的风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物，其特征在于：所述钙锌稳定剂为选自熊牌MC91660和/或MC92539，所述碳酸钙为广源化工GY-716，所述阻燃剂为选自三氧化二锑和硼酸锌中的一种或多种组成的混合物，紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和2-（2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基）苯并三氮唑中的一种或多种组成的混合物。
14.权利要求1至13中任一所述风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将配方量的所述聚氯乙烯树脂、所述增塑剂、所述钙锌稳定剂、所述ABS树脂、所述紫外线吸收剂，在700rpm-900rpm的转速下进行混合；
升温至80℃-90℃，加入配方量的所述碳酸钙和所述阻燃剂进行混合，继续升温至135℃-140℃，投入低速搅拌机90rpm进行搅拌混合；降温至50~70℃时，投入配方量的所述氯化聚乙烯树脂、所述粉末丁腈橡胶，混合后投入双阶挤出机，挤出造粒即可。
15.根据权利要求14所述风能电缆用耐寒耐油阻燃PVC组合物的制备方法，其特征在于，所述双阶挤出机的参数如下：双螺杆温度120-150℃，单螺杆温度110-150℃，喂料转速18±2rpm，双螺杆主机转速30±5rpm，单螺杆主机转速25±5rpm，切粒机转速24±5rpm，物料温度165℃-175℃。
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