CN117363023A - 一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料及制备方法 - Google Patents

一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料及制备方法，该聚烯烃料的制备原料按照质量百分比计包括如下组分：橡胶25～30％、聚烯烃树脂5～14％、相容剂5～8％、阻燃剂35～45％、填充油5～10％、聚硼硅氧烷5～10％、超细重质碳酸钙5～10％、疏水改性剂0.5～3％、黑色母1～3％、抗氧剂0.1～0.8％、润滑剂0.1～1％、交联剂0.1～0.2％；所述阻燃剂是由三(4,4',4″‑三硼酸‑苯基)胺、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属氢氧化物复配而成。本发明的聚烯烃料具有优异的挤出加工性能、耐水性能、耐候性、阻燃性和柔韧性。

Description

一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料及制备方法
技术领域
本发明属于电缆材料技术领域，特别涉及一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料及制备方法。
背景技术
低烟无卤辐照交联聚烯烃阻燃料主要用于生产太阳能光伏发电的电缆线，随着太阳能光伏发电技术的发展，光伏线的应用更加的广泛。近年来，我国不断推进落实“双碳”目标，光伏发电等可再生能源处于大有可为的战略机遇期。根据数据显示，截至2023年6月底，全国光伏发电装机容量达4.7亿千瓦，光伏料市场前景十分可观。
目前国内许多企业的生产技术已经可以满足普通场所的光伏电缆需求，但光伏电站的电缆因环境原因，对于耐水性、耐老化等耐候性能要求较高，普通光伏电缆为达到效果只能增加耐水防护层，成本较高，因此开发具有耐水性能的交联聚烯烃料十分必要。此外，现有的电缆聚烯烃料在阻燃性、柔韧性等方面仍不能满足较高要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料及制备方法。该聚烯烃料生产工艺简单，易于推广，为低烟环保产品，不含卤素、重金属及其他对环境有害的物质，且具有优异的挤出加工性能、耐水性能、耐候性、阻燃性和柔韧性。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
本发明一方面提供了一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其制备原料按照质量百分比计包括如下组分：
所述阻燃剂是由三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属氢氧化物复配而成。
进一步的，所述橡胶选自硅橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶中的一种或两种以上的混合。
进一步的，所述聚烯烃树脂组分选自VA含量为26％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、以茂金属为催化剂的乙烯-辛烯高聚物、聚乙烯树脂中的一种或两种以上的混合物。
进一步的，所述相容剂为接枝率≥0.8％的马来酸酐接枝茂金属乙烯-丁烯共聚物。
进一步的，所述金属氢氧化物选自氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种的混合，所述磷系阻燃剂选自红磷，所述氮系阻燃剂选自三聚氰胺氰尿酸盐。
进一步的，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双月桂酯、2，2’硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的一种或两种以上的混合。
进一步的，所述疏水改性剂为疏水基硅烷偶联剂或脂肪酸酯。
进一步的，所述润滑剂选自超高分子量聚硅氧烷、硅酮、硬脂酸锌中的一种或两种以上的混合。
进一步的，所述填充油为甲基硅油。
本发明另一方面提供了一种电缆用硅烷自交联聚乙烯架空绝缘料的制备方法，包括如下步骤：
S1、取一部分疏水改性剂与按比例承重的阻燃剂、超细重质碳酸钙混合均匀；
S2，将步骤S1得到的混合物、剩余的疏水改性剂以及按比例承重的其他原料进行物理共混，于密炼机中升温加压密炼15min，密炼温度为150～180℃；
S3、将塑化后的物料通过锥双喂料斗进入双螺杆挤出机，经强制剪切，形成混合均匀的熔体；
S4、熔体再进入单螺杆挤出机，经挤出造粒，然后经冷却、筛选后进行打包。
本发明的有益效果是：
本发明的聚烯烃料中加入了聚硼硅氧烷，可以有效地降低聚烯烃料的脆性，使得聚烯烃料的柔韧性提高，同时也能提高聚烯烃料的耐候性、耐高低温以及耐热性等性能，使得电缆能在低温环境下、高温环境下以及湿热环境等不同环境中使用。
本发明的聚烯烃料中加入超细重质碳酸钙，可以提高聚烯烃料的加工流动性性能，提高聚烯烃料的加工挤出性能，并能提高聚烯烃料的物理力学性能。
本发明的阻燃剂由三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属氢氧化物复配而成，三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺为芳香硼酸衍生物，其在燃烧过程中能够形成一层B-O-C复杂炭层结构，可有效促进树脂料的成炭，炭层形成后具有隔绝外部氧气、防止内部产生的可燃性性气体逸出以及阻止表面热量传递到基材内部等作用，既可以减缓基材的持续燃烧，又可以降低基材表面的燃烧温度；三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺和金属氢氧化物则可以起到协同阻燃效果，使燃烧后形成的炭层表面更加致密，裂纹更少，提高阻燃效果；磷系阻燃剂、氮系阻燃剂与金属氢氧化物配合，可明显提高整个体系的成炭率与炭层的紧密度，进一步提高阻燃效果。
本发明加入的疏水改性剂可以提高金属氢氧化物、超细重质碳酸钙等的疏水性，降低其吸水率，从而提高聚烯烃料的耐水性，并能够提高阻燃剂、超细重质碳酸钙与树脂基料的相容性；并且，疏水改性剂能够与聚烯烃树脂进行接枝，并能够进行交联，形成硅烷接枝交联体系，与橡胶交联结构配合，提高三维交联网状结构的稳定性，进一步提高聚烯烃料的耐水性。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其制备原料按照质量百分比计包括如下组分：
所述阻燃剂是由三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属氢氧化物复配而成。
其中，所述橡胶选自硅橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶中的一种或两种以上的混合。
其中，所述聚烯烃树脂组分选自VA含量为26％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、以茂金属为催化剂的乙烯-辛烯高聚物、聚乙烯树脂中的一种或两种以上的混合物。
其中，所述相容剂为接枝率≥0.8％的马来酸酐接枝茂金属乙烯-丁烯共聚物。
其中，所述金属氢氧化物选自氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种的混合，所述磷系阻燃剂选自红磷，所述氮系阻燃剂选自三聚氰胺氰尿酸盐。
其中，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双月桂酯、2，2’硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的一种或两种以上的混合。
其中，所述疏水改性剂为疏水基硅烷偶联剂或脂肪酸酯。
其中，所述润滑剂选自超高分子量聚硅氧烷、硅酮、硬脂酸锌中的一种或两种以上的混合。
其中，所述填充油为甲基硅油。
本发明还提供了一种电缆用硅烷自交联聚乙烯架空绝缘料的制备方法，包括如下步骤：
S1、取一部分疏水改性剂与按比例承重的阻燃剂、超细重质碳酸钙混合均匀；
S2，将步骤S1得到的混合物、剩余的疏水改性剂以及按比例承重的其他原料进行物理共混，于密炼机中升温加压密炼15min，密炼温度为150～180℃；
S3、将塑化后的物料通过锥双喂料斗进入双螺杆挤出机，经强制剪切，形成混合均匀的熔体；
S4、熔体再进入单螺杆挤出机，经挤出造粒，然后经冷却、筛选后进行打包。
以下通过具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
该实施例1的耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其制备原料按照质量百分比计包括如下组分：
其中，阻燃剂是由三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属氢氧化物按照3：2：2：13的比例复配而成。
该实施例1的电缆用硅烷自交联聚乙烯架空绝缘料的制备方法，包括如下步骤：
S1、取一部分疏水改性剂与按比例承重的阻燃剂、超细重质碳酸钙混合均匀；
S2，将步骤S1得到的混合物、剩余的疏水改性剂以及按比例承重的其他原料进行物理共混，于密炼机中升温加压密炼15min，密炼温度为160℃；
S3、将塑化后的物料通过锥双喂料斗进入双螺杆挤出机，经强制剪切，形成混合均匀的熔体；双螺杆挤出机的温度为170～180℃；
S4、熔体再进入单螺杆挤出机，经挤出造粒，然后经冷却、筛选后进行打包，单螺杆挤出机的温度为170～180℃。
实施例2
该实施例2的耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其制备原料按照质量百分比计包括如下组分：
其中，阻燃剂是由三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属氢氧化物按照3：2：2：15的比例复配而成。
该实施例2的电缆用硅烷自交联聚乙烯架空绝缘料的制备方法，包括如下步骤：
S1、取一部分疏水改性剂与按比例承重的阻燃剂、超细重质碳酸钙混合均匀；
S2，将步骤S1得到的混合物、剩余的疏水改性剂以及按比例承重的其他原料进行物理共混，于密炼机中升温加压密炼15min，密炼温度为160℃；
S3、将塑化后的物料通过锥双喂料斗进入双螺杆挤出机，经强制剪切，形成混合均匀的熔体；双螺杆挤出机的温度为170～180℃；
S4、熔体再进入单螺杆挤出机，经挤出造粒，然后经冷却、筛选后进行打包，单螺杆挤出机的温度为170～180℃。
实施例3
该实施例3的耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其制备原料按照质量百分比计包括如下组分：
其中，阻燃剂是由三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属氢氧化物按照3：2：2：13的比例复配而成。
该实施例3的电缆用硅烷自交联聚乙烯架空绝缘料的制备方法，包括如下步骤：
S1、取一部分疏水改性剂与按比例承重的阻燃剂、超细重质碳酸钙混合均匀；
S2，将步骤S1得到的混合物、剩余的疏水改性剂以及按比例承重的其他原料进行物理共混，于密炼机中升温加压密炼15min，密炼温度为160℃；
S3、将塑化后的物料通过锥双喂料斗进入双螺杆挤出机，经强制剪切，形成混合均匀的熔体；双螺杆挤出机的温度为170～180℃；
S4、熔体再进入单螺杆挤出机，经挤出造粒，然后经冷却、筛选后进行打包，单螺杆挤出机的温度为170～180℃。
对实施例1～3提供的聚烯烃料经辐照交联后取样进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1
本发明的聚烯烃料具有优异的挤出加工性能、耐水性能、耐候性、阻燃性和柔韧性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的修改或等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，其制备原料按照质量百分比计包括如下组分：
所述阻燃剂是由三(4,4',4″-三硼酸-苯基)胺、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属氢氧化物复配而成。
2.根据权利要求1所述的一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，所述橡胶选自硅橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶中的一种或两种以上的混合。
3.根据权利要求1所述的一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，所述聚烯烃树脂组分选自VA含量为26％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、以茂金属为催化剂的乙烯-辛烯高聚物、聚乙烯树脂中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，所述相容剂为接枝率≥0.8％的马来酸酐接枝茂金属乙烯-丁烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，所述金属氢氧化物选自氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种的混合，所述磷系阻燃剂选自红磷，所述氮系阻燃剂选自三聚氰胺氰尿酸盐。
6.根据权利要求1所述的一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双月桂酯、2，2，硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、4，4，-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的一种或两种以上的混合。
7.根据权利要求1所述的一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，所述疏水改性剂为疏水基硅烷偶联剂或脂肪酸酯。
8.根据权利要求1所述的一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，所述润滑剂选自超高分子量聚硅氧烷、硅酮、硬脂酸锌中的一种或两种以上的混合。
9.根据权利要求1所述的一种耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料，其特征在于，所述填充油为甲基硅油。
10.一种权利要求1至9任一项所述的耐水低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、取一部分疏水改性剂与按比例承重的阻燃剂、超细重质碳酸钙混合均匀；
S2，将步骤S1得到的混合物、剩余的疏水改性剂以及按比例承重的其他原料进行物理共混，于密炼机中升温加压密炼15min，密炼温度为150～180℃；
S3、将塑化后的物料通过锥双喂料斗进入双螺杆挤出机，经强制剪切，形成混合均匀的熔体；
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