CN117447788A - 一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法 - Google Patents

一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电缆料技术领域，提出了一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法。光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：20~50份乙烯‑丙烯酸丁酯共聚物、15~40份三元乙丙橡胶、10~30份氢化石油树脂、10~40份聚乙烯树脂、90~120份氢氧化铝、20~50份氢氧化镁、4~10份聚焦磷酸哌嗪、0.6~1.0份PE蜡、0.8~1.8份硅酮母料、0.6~2.0份紫外线吸收剂、0.8~2.0份抗氧剂、1.2~2.0份交联剂。通过上述技术方案，解决了现有技术中的电缆阻燃性较差的问题。

Description

一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆料技术领域，具体的，涉及一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法。
背景技术
电缆是光伏设备的一个重要组成部分，随着社会经济的迅猛发展，对电缆的制备要求越来越严格，低烟无卤阻燃电缆料在电缆行业中的需求量越来越多，目前低烟无卤阻燃电缆料的制备主要是加入无机阻燃材料来达到提升电缆的阻燃性能，但是无机阻燃材料的大量加入制备得到的电缆的阻燃性能提高的效果并不是很好，同时，无机阻燃材料的大量加入，还存在分散不均匀的问题，从而影响电缆的耐老化性和耐低温性能。因此，制备出一种低烟、无卤、阻燃性较好的电缆料，对光伏电缆行业的发展具有重要的意义。
发明内容
本发明提出一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料及其制备方法，解决了相关技术中电缆阻燃性较差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：20~50份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、15~40份三元乙丙橡胶、10~30份氢化石油树脂、10~40份聚乙烯树脂、90~120份氢氧化铝、20~50份氢氧化镁、4~10份聚焦磷酸哌嗪、0.6~1.0份PE蜡、0.8~1.8份硅酮母料、0.6~2.0份紫外线吸收剂、0.8~2.0份抗氧剂、1.2~2.0份交联剂。
作为进一步的技术方案，所述氢氧化铝、氢氧化镁、聚焦磷酸哌嗪的质量比为22.5:12.5:1。
作为进一步的技术方案，所述氢氧化镁为改性氢氧化镁，所述改性氢氧化镁由氢氧化镁先经硬脂酸和硅烷偶联剂改性，再经聚醚型聚氨酯树脂包覆改性得到；所述氢氧化铝为改性氢氧化铝，所述改性氢氧化铝由氢氧化铝经硅烷偶联剂改性得到。
作为进一步的技术方案，所述改性氢氧化镁中，氢氧化镁与硬脂酸、硅烷偶联剂的质量比为100:3:3~80:1:1，所述氢氧化镁与聚醚型聚氨酯树脂的质量比为10:1~1.5；
所述改性氢氧化铝中，氢氧化铝和硅烷偶联剂的质量比为100:1~3。
作为进一步的技术方案，所述硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
作为进一步的技术方案，所述改性氢氧化镁的制备方法，包括以下步骤：
S1、将硬脂酸和硅烷偶联剂加入无水乙醇中，搅拌得到混合溶液；
S2、将氢氧化镁加入混合溶液中，加热至50~60℃，保温1~3h，干燥粉碎得到颗粒；
S3、将颗粒加入N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌分散均匀，加入聚醚型聚氨酯树脂，混合，干燥得到改性氢氧化镁。
作为进一步的技术方案，步骤S3中，所述混合的温度为60~70℃。
作为进一步的技术方案，所述紫外线吸收剂为钛白粉、UV328、UV326中的一种或多种；
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DSTP中的一种或多种；
所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或两种。
本发明还提出了所述光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，包括以下步骤：
A1、将三元乙丙橡胶、氢化石油树脂、抗氧剂、PE蜡、硅酮母料、紫外线吸收剂、交联剂混合均匀后，挤出，造粒后得到造粒物；
A2、将所述造粒物与乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚乙烯树脂、氢氧化铝、氢氧化镁、聚焦磷酸哌嗪共混后，密炼，熔融塑化，挤出造粒，得到低烟无卤阻燃电缆料。
作为进一步的技术方案，步骤A1中，所述挤出的温度为：125℃、135℃、150℃、160℃、170℃、175℃、175℃、165℃、160℃；
步骤A2中，所述密炼的温度为155~165℃，密炼的时间为10~15min；
步骤A2中，所述熔融塑化在双阶式双螺杆-单螺杆中进行，双螺杆温度设置为110℃、120℃、130℃、140℃、145℃、140℃，单螺杆温度设置为100℃、110℃、120℃、130℃、120℃、120℃。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，在低烟无卤阻燃电缆料中加入聚焦磷酸哌嗪，聚焦磷酸哌嗪为哌嗪二磷酸盐的多聚物，作为有机磷系阻燃剂起到阻燃成炭的作用，聚焦磷酸哌嗪与氢氧化铝、改性氢氧化镁协同阻燃，显著提高了电缆料的阻燃性能。
2、本发明中，将氢氧化镁先经硬脂酸和硅烷偶联剂进行表面改性处理，再经聚醚型聚氨酯树脂包覆改性，将氢氧化铝经过硅烷偶联剂进行改性后，进一步提高了电缆料的阻燃效果，还提高了电缆的耐老化性和耐低温性。
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他实施例，都涉及本发明保护的范围。
下述实施例及对比例中，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中丙烯酸丁酯单体摩尔含量为17%；三元乙丙橡胶的牌号为4725P，产自美国陶氏；聚乙烯树脂型号为EPPE，产自住友化学；氢化石油树脂为氢化C9石油树脂，软化点为95~135℃；聚焦磷酸哌嗪，CAS号为66034-17-1，市售产品，粒径D50≤6.2μm；氢氧化铝，粒径1250目；氢氧化镁，粒径2000目；聚醚型聚氨酯的牌号为WHT-1195，产自烟台万华。
实施例1
一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：20份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、40份三元乙丙橡胶、30份氢化石油树脂、10份聚乙烯树脂、120份氢氧化铝、20份氢氧化镁、10份聚焦磷酸哌嗪、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份钛白粉、1.2份抗氧剂1010、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯。
电缆料的制备方法，包括以下步骤：
A1、将40份三元乙丙橡胶、30份氢化石油树脂、1.2份1010型抗氧剂、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份钛白粉、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯混合均匀后，在125℃、135℃、150℃、160℃、170℃、175℃、175℃、165℃、160℃温度下经双螺杆挤出机挤出，造粒后得到造粒物；
A2、将造粒物与20份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、10份聚乙烯树脂、120份氢氧化铝、20份氢氧化镁、10份聚焦磷酸哌嗪共混后，在155℃下密炼15min，经双阶式双螺杆-单螺杆挤出机熔融塑化，挤出，双螺杆温度设置为110℃、120℃、130℃、140℃、145℃、140℃，单螺杆温度设置为100℃、110℃、120℃、130℃、120℃、120℃，造粒，得到低烟无卤阻燃电缆料。
实施例2
一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：50份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、20份三元乙丙橡胶、15份氢化石油树脂、15份聚乙烯树脂、120份氢氧化铝、20份氢氧化镁、10份聚焦磷酸哌嗪、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份UV328、1.2份抗氧剂168、1.6份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
电缆料的制备方法，包括以下步骤：
A1、将40份三元乙丙橡胶、30份氢化石油树脂、1.2份1010型抗氧剂、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份钛白粉、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯混合均匀后，在125℃、135℃、150℃、160℃、170℃、175℃、175℃、165℃、160℃温度下经双螺杆挤出机挤出，造粒后得到造粒物；
A2、将造粒物与20份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、10份聚乙烯树脂、120份氢氧化铝、20份氢氧化镁、10份聚焦磷酸哌嗪共混后，在155℃下密炼15min，经双阶式双螺杆-单螺杆挤出机熔融塑化，挤出，双螺杆温度设置为110℃、120℃、130℃、140℃、145℃、140℃，单螺杆温度设置为100℃、110℃、120℃、130℃、120℃、120℃，造粒，得到低烟无卤阻燃电缆料。
实施例3
一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：50份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、15份三元乙丙橡胶、10份氢化石油树脂、25份聚乙烯树脂、120份氢氧化铝、20份氢氧化镁、10份聚焦磷酸哌嗪、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份UV326、1.2份抗氧剂DSTP、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯。
电缆料的制备方法，包括以下步骤：
A1、将15份三元乙丙橡胶、10份氢化石油树脂、1.2份抗氧剂DSTP、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份UV326、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯混合均匀后，在125℃、135℃、150℃、160℃、170℃、175℃、175℃、165℃、160℃温度下经双螺杆挤出机挤出，造粒后得到造粒物；
A2、将造粒物与50份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、25份聚乙烯树脂、120份氢氧化铝、20份氢氧化镁、10份聚焦磷酸哌嗪共混后，在165℃下密炼10min，经双阶式双螺杆-单螺杆挤出机熔融塑化，挤出，双螺杆温度设置为110℃、120℃、130℃、140℃、145℃、140℃，单螺杆温度设置为100℃、110℃、120℃、130℃、120℃、120℃，造粒，得到低烟无卤阻燃电缆料。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：30份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、20份三元乙丙橡胶、10份氢化石油树脂、40份聚乙烯树脂、120份氢氧化铝、20份氢氧化镁、10份聚焦磷酸哌嗪、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份钛白粉、1.2份抗氧剂1010、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：30份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、20份三元乙丙橡胶、10份氢化石油树脂、40份聚乙烯树脂、90份氢氧化铝、50份氢氧化镁、4份聚焦磷酸哌嗪、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份钛白粉、1.2份抗氧剂1010、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：30份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、20份三元乙丙橡胶、10份氢化石油树脂、40份聚乙烯树脂、90份氢氧化铝、50份氢氧化镁、8份聚焦磷酸哌嗪、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份钛白粉、1.2份抗氧剂1010、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯。
实施例7
本实施例与实施例1的区别仅在于光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：30份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、20份三元乙丙橡胶、10份氢化石油树脂、40份聚乙烯树脂、110份氢氧化铝、30份氢氧化镁、8份聚焦磷酸哌嗪、0.6份PE蜡、1.0份硅酮母料、1.4份钛白粉、1.2份抗氧剂1010、1.6份三烯丙基异氰脲酸酯。
实施例8
本实施例与实施例1的区别仅在于光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，包括以下重量份的组分：30份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、20份三元乙丙橡胶、10份氢化石油树脂、40份聚乙烯树脂、110份氢氧化铝、30份氢氧化镁、8份聚焦磷酸哌嗪、1.0份PE蜡、1.2份硅酮母料、2.0份钛白粉、1.2份抗氧剂1010、2.0份三烯丙基异氰脲酸酯。
实施例9
本实施例与实施例5的区别仅在于将氢氧化镁替换为等质量的改性氢氧化镁，将氢氧化铝替换为等质量的改性氢氧化铝；
改性氢氧化镁的制备方法为：
S1、将1.3g硬脂酸和1.3g的乙烯基三氯硅烷加入150mL无水乙醇中，搅拌得到混合溶液；
S2、将100g氢氧化镁加入混合溶液中，加热至50℃，保温3h，干燥粉碎得到颗粒；
S3、将颗粒加入100mLN,N-二甲基甲酰胺中，搅拌分散均匀，加入10g的聚醚型聚氨酯树脂，在60℃下混合，干燥得到改性氢氧化镁；
改性氢氧化铝的制备方法为：将1g的乙烯基三氯硅烷加入150mL无水乙醇中，搅拌得到混合溶液；将100g氢氧化铝加入混合溶液中，加热至50℃，震荡混合30min，干燥，得到改性氢氧化铝。
实施例10
本实施例与实施例9的区别仅在于改性氢氧化镁的制备方法为：
S1、将1.1g硬脂酸和1.1g的3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷加入150mL无水乙醇中，搅拌得到混合溶液；
S2、将100g氢氧化镁加入混合溶液中，加热至50℃，保温2h，干燥粉碎得到颗粒；
S3、将颗粒加入100mLN,N-二甲基甲酰胺中，搅拌分散均匀，加入15g的聚醚型聚氨酯树脂，在70℃下混合，干燥得到改性氢氧化镁；
改性氢氧化铝的制备方法为：将3g的乙烯基三氯硅烷加入150mL无水乙醇中，搅拌得到混合溶液；将100g氢氧化铝加入混合溶液中，加热至50℃，震荡混合30min，干燥，得到改性氢氧化铝。
实施例11
本实施例与实施例9的区别仅在于改性氢氧化镁的制备方法为：
S1、将1.0g硬脂酸和1.0g的3-巯丙基三乙氧基硅烷加入150mL无水乙醇中，搅拌得到混合溶液；
S2、将100g氢氧化镁加入混合溶液中，加热至60℃，保温1h，干燥粉碎得到颗粒；
S3、将颗粒加入100mLN,N-二甲基甲酰胺中，搅拌分散均匀，加入15g的聚醚型聚氨酯树脂，在70℃下混合，干燥得到改性氢氧化镁。
实施例12
本实施例与实施例9的区别仅在于改性氢氧化镁的制备方法为：
S1、将1.3g硬脂酸和1.3g的乙烯基三氯硅烷加入150mL无水乙醇中，搅拌得到混合溶液；
S2、将100g氢氧化镁加入混合溶液中，加热至50℃，保温3h，干燥粉碎得到改性氢氧化镁。
实施例13
本实施例与实施例9的区别仅在于改性氢氧化镁的制备方法为：
将100g氢氧化镁加入100mLN,N-二甲基甲酰胺中，搅拌分散均匀，加入10g的聚醚型聚氨酯树脂，在60℃下混合，干燥得到改性氢氧化镁。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料中不加入氢氧化铝，加入140份氢氧化镁。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料中不加入氢氧化镁，加入140份氢氧化铝。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料中不加入聚焦磷酸哌嗪，加入130份氢氧化铝和20份氢氧化镁。
将实施例1~8与对比例1~3制备得到的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料进行线缆的挤出生产，经加速器辐照交联，剥离出适当的线缆样品，按照GB/T 2406.1-2008的标准测试实施例1~8和对比例1~3所得的电缆料的氧指数；按照EN50618标准检测线缆样品的耐老化性、耐高低温性、和耐酸碱性能，检测结果如表1所示：
表1 实施例1~8与对比例1~3的光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料性能测试
根据表1中实施例1~8与对比例1~3的数据可以得知，本发明通过在低烟无卤阻燃电缆料中加入氢氧化铝、氢氧化镁、聚焦磷酸哌嗪三种阻燃剂，协同阻燃，显著提高了电缆料的氧指数，从而提高了电缆料的阻燃性能。
将实施例9~13得到的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料进行线缆的挤出生产，经加速器辐照交联，剥离出适当的线缆样品，按照GB/T 2406.1-2008的标准测试实施例9~13所得的电缆料的氧指数，按照EN50618标准检测线缆样品的耐老化性和耐低温性能，检测结果如表2所示：
表2 实施例9~13的光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料性能测试
根据表2中实施例9~11与实施例12~13的数据可以得知，本发明通过将氢氧化镁先经硬脂酸和硅烷偶联剂改性，再经聚醚型聚氨酯树脂包覆改性，进一步提高了电缆料的阻燃性能，还提高了电缆料的耐老化性和耐低温性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，包括以下重量份的组分：20~50份乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、15~40份三元乙丙橡胶、10~30份氢化石油树脂、10~40份聚乙烯树脂、90~120份氢氧化铝、20~50份氢氧化镁、4~10份聚焦磷酸哌嗪、0.6~1.0份PE蜡、0.8~1.8份硅酮母料、0.6~2.0份紫外线吸收剂、0.8~2.0份抗氧剂、1.2~2.0份交联剂；
所述氢氧化镁为改性氢氧化镁，所述改性氢氧化镁由氢氧化镁先经硬脂酸和硅烷偶联剂改性，再经聚醚型聚氨酯树脂包覆改性得到；所述氢氧化铝为改性氢氧化铝，所述改性氢氧化铝由氢氧化铝经硅烷偶联剂改性得到。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述氢氧化铝、氢氧化镁、聚焦磷酸哌嗪的质量比为22.5:12.5:1。
3.根据权利要求1所述的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述改性氢氧化镁中，氢氧化镁与硬脂酸、硅烷偶联剂的质量比为100:3:3~80:1:1，所述氢氧化镁与聚醚型聚氨酯树脂的质量比为10:1~1.5；
所述改性氢氧化铝中，氢氧化铝和硅烷偶联剂的质量比为100:1~3。
4.根据权利要求1所述的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述改性氢氧化镁的制备方法，包括以下步骤：
S1、将硬脂酸和硅烷偶联剂加入无水乙醇中，搅拌得到混合溶液；
S2、将氢氧化镁加入混合溶液中，加热至50~60℃，保温1~3h，干燥粉碎得到颗粒；
S3、将颗粒加入N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌分散均匀，加入聚醚型聚氨酯树脂，混合，干燥得到改性氢氧化镁。
6.根据权利要求5所述的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，步骤S3中，所述混合的温度为60~70℃。
7.根据权利要求1所述的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料，其特征在于，所述紫外线吸收剂为钛白粉、UV328、UV326中的一种或多种；
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DSTP中的一种或多种；
所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或两种。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、将三元乙丙橡胶、氢化石油树脂、抗氧剂、PE蜡、硅酮母料、紫外线吸收剂、交联剂混合均匀后，挤出，造粒后得到造粒物；
A2、将所述造粒物与乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚乙烯树脂、氢氧化铝、氢氧化镁、聚焦磷酸哌嗪共混后，密炼，熔融塑化，挤出造粒，得到低烟无卤阻燃电缆料。
9.根据权利要求8所述的一种光伏电缆用低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述挤出的温度为：125℃、135℃、150℃、160℃、170℃、175℃、175℃、165℃、160℃；
步骤A2中，所述密炼的温度为155~165℃，密炼的时间为10~15min；
步骤A2中，所述熔融塑化在双阶式双螺杆-单螺杆中进行，双螺杆温度设置为110℃、120℃、130℃、140℃、145℃、140℃，单螺杆温度设置为100℃、110℃、120℃、130℃、120℃、120℃。
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