CN116102815B - 辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料及制备方法和应用 - Google Patents

辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，其原料包括：基料100份，低烟无卤阻燃剂100～190份，阻燃协效剂0.1～10份，交联催化剂1～10份，润滑剂1～10份，复合抗氧剂为0.1～10份，份数为质量份数。本绝缘料，使用交联催化剂，利用辐照交联技术，进一步提升了交联效率，为电线电缆制品提供了更短的生产周期、更加稳定的耐热和机械性能；同时使用了低烟无卤阻燃剂和阻燃协效剂，可以在阻燃剂总量较少的情况下获得较好的阻燃性能，提升材料的机械性能；通过选择特定组成的基料，使得产电缆料的机械性能有了进一步的提升；通过选择特定组成的润滑剂，改善了物料的加工性能，提高了制备效率，同时还促进了机械性能的提升。

Description

辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料及其制备方法，属于低烟无卤阻燃电缆料领域。
背景技术
近年来，随着社会的发展，电线电缆的应用场合逐渐广泛，同时，对电线电缆的阻燃性能、机械性能、电性能和环保的要求也逐渐提高。作为含卤阻燃电缆料的替代者，低烟无卤电缆料拥有更加广泛的应用，也更加环保，但是其阻燃性能与机械性能面临较大挑战。
在一般的低烟无卤聚烯烃电缆料使用中，由于聚烯烃的熔点较低，导致在较高温度下，电线电缆无法使用，容易引起安全隐患。因此对聚烯烃材料采用交联工艺。目前常用的方法主要分为化学交联和物理交联。
化学交联主要有过氧化物交联和硅烷交联，其原理是通过引发剂引发自由基发生化学反应，形成交联网状结构。但是在低烟无卤体系中，由于无机阻燃剂易吸水或遇高温发生脱水反应，容易引起材料的部分降解，造成产品性能下降。
物理交联主要有紫外光交联和辐照交联。紫外光交联因为其成本低，设备小，可连续交联，逐渐被部分市场所接受，但是因为紫外光光源存在不可控的衰减，容易造成辐照计量不足，导致产品性能下降，且紫外光交联对产品皮层厚度和皮层颜色均有一定要求，所以紫外光交联的应用存在一定的局限性。
辐照交联是在敏化剂的作用下，通过辐照射出的电子电流形成自由基，引发交联，交联程度均一且可控，是一种高效，环保的交联方式。
发明内容
本发明涉及一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料及其制备方法，以满足生产具有更高的长期使用温度、高阻燃、高电性、耐低温、环保、生产效率高等优点的低烟无卤绝缘料。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，其原料组分包括：
基料100份，
低烟无卤阻燃剂100～190份，
阻燃协效剂0.1～10份，
交联催化剂1～10份，
润滑剂1～10份，
复合抗氧剂为0.1～10份，
份数为质量份数；其中：
基料是乙烯-醋酸乙烯酯、弹性体、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的质量比为(15～50)：(5～20)：(30～70)：(5～15)的混合物；
弹性体是乙烯辛烯共聚物或三元乙丙橡胶中的至少一种；
低烟无卤阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝中的至少一种；
阻燃协效剂是三氧化二锑；
交联催化剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基羟脲酸酯或三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的至少一种；
润滑剂为聚乙烯蜡：硅酮母粒的质量比为(0.5～5)：(1～10)的混合物；
复合抗氧剂为季戊四醇酯类抗氧剂1010、磷酸酯类抗氧剂168、硫代双酚类抗氧剂300以及硫代二丙酸二月桂酯抗氧剂DLTP中的至少两种。
润滑剂为聚乙烯蜡：硅酮母粒的质量比为(0.5～5)：(1～10)的混合物。
本发明辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，在应用时候，可使用辐照交联技术，利用助交联剂加速交联，进一步提升了交联效率，为电线电缆制品提供了更短的生产周期、更加稳定的耐热和机械性能。
同时使用了低烟无卤阻燃剂和阻燃协效剂，可以在阻燃剂总量较少的情况下获得较好的阻燃性能，提升材料的机械性能；
通过选择特定组成的基料，使得产电缆料的机械性能有了进一步的提升；
通过选择特定组成的润滑剂，改善了物料的加工性能，提高了制备效率，同时还促进了机械性能的提升。
本申请选择辐照交联，工艺简单，材料性能稳定，生产效率高。经过交联以后的聚烯烃电缆料拥有更优异的电性能，更高的长期使用温度、耐低温和更高的机械强度等。
为了进一步提高电缆料的机械性能，对基料的组成作了如下优选：
乙烯-醋酸乙烯酯中的醋酸乙烯含量为26～50％，熔融指数≤6g/10min；
乙烯辛烯共聚物、三元乙丙橡胶，它们的熔融指数都要求≥5g/10min；
线性低密度聚乙烯熔融指数≥3g/10min；
马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为1～3％。
为了提高与其他物料的协同促进效应，减少阻燃剂用量，上述低烟无卤阻燃剂为特定比例的氢氧化镁和氢氧化铝混合物，阻燃协效剂为三氧化二锑。
为了进一步提高电缆料的力学性能和阻燃性能，上述交联催化剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基羟脲酸酯或三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的至少一种。
为了进一步提高产品的耐候性，上述复合抗氧剂为季戊四醇酯类抗氧剂1010、磷酸酯类抗氧剂168、硫代双酚类抗氧剂300以及硫代二丙酸二月桂酯抗氧剂DLTP中的至少两种。
上述绝缘料的制备方法为：将基料、低烟无卤阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、复合抗氧剂、交联催化剂一起投入到温度为130～150℃的捏炼机中混炼15～20分钟；再通过温度为130～150℃的双螺杆挤出机挤出造粒，得到绝缘料产品。
本绝缘料在使用时候，是用于制造电线电缆的绝缘层，采用挤包工艺把绝缘料经温度为140～200℃的单螺杆挤出包裹在相应线缆外，经冷却得到绝缘层未交联的电线电缆；最后将电线电缆经过辐照交联设备，得到绝缘层完全交联后的电线电缆。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，使用了交联催化剂，利用辐照交联技术，进一步提升了交联效率，为电线电缆制品提供了更短的生产周期、更加稳定的耐热和机械性能；同时使用了低烟无卤阻燃剂和阻燃协效剂，可以在阻燃剂总量较少的情况下获得较好的阻燃性能，提升材料的机械性能；通过选择特定组成的基料，使得产电缆料的机械性能有了进一步的提升；通过选择特定组成的润滑剂，改善了物料的加工性能，提高了制备效率，同时还促进了机械性能的提升；制备方法简单易操作，连续化程度高，利于推广。
通过各个原料及配比调试，使加入特定类型交联催化剂制成的绝缘料，其关键性能均达到或高于现行标准要求。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例以及对比例中提及的份数是质量分数，比例为质量比。
实施例中，为了明晰原料配比对产品性能的影响，各例中所采用原料的型号、生产厂商相同。
乙烯-醋酸乙烯酯，扬子巴斯夫，6110MC；乙烯-辛烯共聚物，三井，DF810；三元乙丙橡胶，陶氏，4725P；线性低密度聚乙烯，中石化，7042；马来酸酐接枝聚乙烯，久聚，JCP1000；氢氧化镁，艾特可，10FG；氢氧化铝，雅宝，104LEO；阻燃协效剂三氧化二锑是纯度99.8％，湖南益阳；交联催化剂三烯丙基异氰脲酸酯，湖南民合；抗氧剂1010，力生；抗氧剂168，力生；聚乙烯蜡，可赛；硅酮母粒，武江，PMAF-1。
例1
辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料的原料组分包括：
基料(乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-辛烯共聚物、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的混合物；四种材料质量比为20：15：55：10)100份；
低烟无卤阻燃剂(氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为2：1的混合物)160份；
阻燃协效剂三氧化二锑，20份；
交联催化剂三烯丙基异氰脲酸酯，1份；
复合抗氧剂(抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：1的混合物)1份；
润滑剂(聚乙烯蜡和硅酮母粒的质量比为1:3的混合物)4份。
将上述原材料一起投入到捏炼机中混炼，温度为140℃，时间为15分钟，再通过温度为130-150℃的双螺杆，挤出造粒。最后制备试样，将所得粒料经温度为140-160℃的单螺杆挤出，得未交联型电线电缆(本材料制成电缆的绝缘层)。将上述电线电缆通过辐照交联设备交联，得到辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘电线电缆。
例2
辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料的原料组分包括：
基料(乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-辛烯共聚物、线性低密度聚乙烯以及马来酸酐接枝聚乙烯的混合物，四种材料质量比为20：20：50：10)100份；
低烟无卤阻燃剂(氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为2：1的混合物)160份；
三氧化二锑，20份；
交联催化剂三烯丙基异氰脲酸酯，1份；
复合抗氧剂(抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：1的混合物)1份
润滑剂(聚乙烯蜡和硅酮母粒的质量比为1:3的混合物)4份。
然后将上述原材料一起投入到捏炼机中混炼，温度为140℃，时间为15分钟，再通过温度为130～150℃的双螺杆，挤出造粒。最后制备试样，将所得粒料经温度为140～160℃的单螺杆挤出，得未交联型电线电缆(本材料制成电缆的绝缘层)。将上述电线电缆通过辐照交联设备交联，得到辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘电线电缆。
例3
辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料的原料组分包括：
基料(乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-辛烯共聚物、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的混合物，四种材料质量比为20：25：45：10)100份；
低烟无卤阻燃剂(氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为2：1的混合物)160份；
阻燃协效剂三氧化二锑20份；
交联催化剂三烯丙基异氰脲酸酯1份；
复合抗氧剂(抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：1的混合物)1份；
润滑剂(聚乙烯蜡和硅酮母粒的质量比为1:3的混合物)4份。
将上述原材料一起投入到捏炼机中混炼，温度为140℃，时间为15分钟，再通过温度为130～150℃的双螺杆，挤出造粒。最后制备试样，将所得粒料经温度为140～160℃的单螺杆挤出，得未交联型电线电缆(本材料制成电缆的绝缘层)。将上述电线电缆通过辐照交联设备交联，得到辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘电线电缆。
例4
辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料的原料组分包括：
基料(乙烯-醋酸乙烯酯、三元乙丙橡胶、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的混合物，四种材料质量比为20：15：55：10)100份；
低烟无卤阻燃剂(氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为2：1的混合物)160份；
阻燃协效剂三氧化二锑；20份；
交联催化剂三烯丙基异氰脲酸酯1份；
复合抗氧剂(抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：1的混合物)1份；
润滑剂(聚乙烯蜡和硅酮母粒的质量比为1:3的混合物)4份。
将上述原材料一起投入到捏炼机中混炼，温度为140℃，时间为15分钟，再通过温度为130～150℃的双螺杆，挤出造粒。最后制备试样，将所得粒料经温度为140～160℃的单螺杆挤出，得未交联型电线电缆(本材料制成电缆的绝缘层)。将上述电线电缆通过辐照交联设备交联，得到辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘电线电缆。
例5
辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料的原料组分包括：
基料(乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的混合物，五种材料质量比为20：10：15：45：10的混合物)100份。
低烟无卤阻燃剂(氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为2：1的混合物)160份；
阻燃协效剂三氧化二锑20份；
交联催化剂三烯丙基异氰脲酸酯1份；
复合抗氧剂(抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：1的混合物)1份；
润滑剂(聚乙烯蜡和硅酮母粒的质量比为1:3的混合物)4份。
将上述原材料一起投入到捏炼机中混炼，温度为140℃，时间为15分钟，再通过温度为130～150℃的双螺杆，挤出造粒。最后制备试样，将所得粒料经温度为140～160℃的单螺杆挤出，得未交联型电线电缆(本材料制成电缆的绝缘层)。将上述电线电缆通过辐照交联设备交联，得到辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘电线电缆。
表1各例所得电线电缆(绝缘层)的性能表
由表1可以看出，例5采用乙烯-辛烯共聚物与三元乙丙橡胶复配的弹性体制备得到的辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，经过辐照交联后的制品拥有相比于其他事例更均衡且优异的绝缘电性能和低温拉伸性能，机械性能可满足相关标准要求。

Claims (7)

1.一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，其特征在于，其原料组分包括：
基料100份，
低烟无卤阻燃剂100～190份，
阻燃协效剂0.1～10份，
交联催化剂1～10份，
润滑剂1～10份，
复合抗氧剂为0.1～10份，
份数为质量份数；其中：
基料是乙烯-醋酸乙烯酯、弹性体、线性低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯的质量比为(15～50)：(5～20)：(30～70)：(5～15)的混合物；
弹性体是乙烯辛烯共聚物和三元乙丙橡胶的混合物，乙烯辛烯共聚物和三元乙丙橡胶的质量比为2：3；
低烟无卤阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝中的至少一种；
阻燃协效剂是三氧化二锑；
交联催化剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基羟脲酸酯或三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯中的至少一种；
润滑剂为聚乙烯蜡：硅酮母粒的质量比为(0.5～5)：(1～10)的混合物；
复合抗氧剂为季戊四醇酯类抗氧剂1010、磷酸酯类抗氧剂168、硫代双酚类抗氧剂300以及硫代二丙酸二月桂酯抗氧剂DLTP中的至少两种；
润滑剂为聚乙烯蜡：硅酮母粒的质量比为(0.5～5)：(1～10)的混合物；
乙烯-醋酸乙烯酯中的醋酸乙烯含量为26～50％，熔融指数≤6g/10min；
乙烯辛烯共聚物以及三元乙丙橡胶的熔融指数都≥5g/10min；
线性低密度聚乙烯熔融指数≥3g/10min；
马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为1～3％。
2.如权利要求1所述的一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，其特征是低烟无卤阻燃剂是氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为2：1的混合物。
3.如权利要求1所述的一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，其特征是复合抗氧剂是抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：1的混合物。
4.如权利要求1所述的一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，其特征是交联催化剂是三烯丙基异氰脲酸酯。
5.如权利要求1所述的一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，其特征是润滑剂是聚乙烯蜡和硅酮母粒的质量比为1:3的混合物。
6.如权利要求1～5任意一项所述的一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料，其特征在于，步骤为：将基料、低烟无卤阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、复合抗氧剂、交联催化剂一起投入到温度为130～150℃的捏炼机中混炼15～20分钟；再通过温度为130～150℃的双螺杆挤出机挤出造粒，得到绝缘料产品料。
7.如权利要求1～5任意一项所述的一种辐照交联高电性耐低温低烟无卤绝缘料制备电缆的方法，其特征在于，本绝缘料在使用时候，是用于制造电线电缆的绝缘层，采用挤包工艺把绝缘料经温度为140～200℃的单螺杆挤出包裹在相应线缆外，经冷却得到绝缘层未交联的电线电缆；最后将电线电缆经过辐照交联设备，得到绝缘层完全交联后的电线电缆。
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