CN117567826A - 一种化学发泡fep电缆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆材料制备技术领域，具体公开了一种化学发泡FEP电缆料及其制备方法。所述的化学发泡FEP电缆料，其包含如下重量份的组分：FEP树脂80～120份；发泡剂0.5～2份；偶联剂0.5～2份；所述发泡剂的组分包含碱式碳酸镁和氮化硼。该电缆通过该采用碱式碳酸镁作为发泡剂的主要成分，由于碱式碳酸镁的热分解温度为220～550℃，进而保证了化学发泡FEP电缆料在挤线过程中(320‑350℃)可以产生气体实现发泡，成功解决了FEP电缆料在挤线过程中不能分解产气发泡的问题。此外，本发明所述的化学发泡FEP电缆料发泡后还具有较高的拉伸强度。
Description
技术领域
本发明涉及电缆材料制备技术领域，具体涉及一种化学发泡FEP电缆料及其制备方法。
背景技术
FEP全称为Fluorinated ethylene propylene，翻译为氟化乙烯丙烯共聚物(全氟乙烯丙烯共聚物)；其电绝缘性能和聚四氟乙烯十分相近。它的介电系数从深冷到最高工作温度，从50Hz到1010Hz超高频的广阔范围内几乎不变，并且很低，仅2.1左右；此外，FEP与聚四氟乙烯相比，硬度及抗拉强度略有提高，摩擦系数也比聚四氟乙烯略大。常温下，FEP具有较好的耐蠕变性能；因此，其是一种可以应用于电缆的较好的材料。
但是，FEP树脂密度大，损耗强，因此在用于电缆料时需要进行发泡处理。而FEP树脂的熔点大多在250-270℃之间，其改性加工温度高，一般需要在280-300℃左右才可以实现。但是在这个温度下的现有市场上的发泡剂均已经产生了发泡，故而在改性中就已经丧失了发泡的效果，无法在挤出电线过程中形成发泡(FEP的挤线温度一般在320-350℃之间)。
发明内容
为了克服现有技术中存在的至少之一的技术问题，本发明提供了一种化学发泡FEP电缆料。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明首先提供了一种化学发泡FEP电缆料，其包含如下重量份的组分：FEP树脂80～120份；发泡剂0.5～2份；偶联剂0.5～2份；
所述发泡剂的组分包含碱式碳酸镁和氮化硼。
碱式碳酸镁，其热分解温度为220～550℃，具有比较宽的热分解温度；其次，氮化硼具有耐高温作用，其分散在碱式碳酸镁中，可以起到一部分的吸热作用，并且在碳酸镁分解产生的气体后，可以起到一个聚集气体的成核剂的作用。因此，将碱式碳酸镁和氮化硼混合后作为发泡剂，可以保证FEP电缆料在挤线过程中(320-350℃)发泡剂进行分解，从而实现在挤线过程中进行发泡。
优选地，所述的化学发泡FEP电缆料，其包含如下重量份的组分：FEP树脂90～100份；发泡剂1～1.5份；偶联剂1～1.5份。
最优选地，所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，包含如下重量份的
组
分：FEP树脂97份；发泡剂1.5份；偶联剂1.5份。
优选地，发泡剂中碱式碳酸镁和氮化硼的重量比为3～5:1。
优选地，发泡剂中碱式碳酸镁和氮化硼的重量比为4:1。
优选地，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
优选地，所述的发泡剂为改性发泡剂；
所述的改性发泡剂通过如下方法制备得到：
(1)将碱式碳酸镁和氮化硼混合后加入到丙酮中，搅拌处理1～2h后分离固体，干燥后得混合物；
(2)将混合物加入到水中，接着加入木质素磺酸钠，搅拌20～40min后得混合液；
(3)在混合液加热至70～90℃，接着加入硝酸铈以及碳酸钠，搅拌1～2h后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性发泡剂。
发明人在研究中发现，发泡剂对于化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度具有较大的影响；发明人在大量的实验中惊奇的发现，在发泡FEP电缆料中加入通过上述方法进行改性得到的改性发泡剂，相比于加入未改性的发泡剂，可以显著提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
优选地，步骤(1)中碱式碳酸镁和氮化硼的总重量与丙酮的用量比为1kg:4～6L。
最优选地，步骤(1)中碱式碳酸镁和氮化硼的总重量与丙酮的用量比为1kg:5L。
优选地，步骤(2)中混合物与木质素磺酸钠以及水的用量比为1kg:200～300g:6～10L。
最优选地，步骤(2)中混合物与木质素磺酸钠以及水的用量比为1kg:250g:8L。
优选地，步骤(3)中混合液与硝酸铈以及碳酸钠的用量比为1L:10～15g:4～6g。
最优选地，步骤(3)中混合液与硝酸铈以及碳酸钠的用量比为1L:12g:5g。
进一步优选地，所述的改性发泡剂的制备方法还包括如下步骤：
(4)将改性剂加入到乙醇水溶液中，加热至70～80℃搅拌均匀得改性液；
(5)将步骤(3)得到的固体进一步加入到改性液中，在70～80℃搅拌1～2h，搅拌结束后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性发泡剂。
发明人在进一步研究中发现，进一步通过上述方法改性处理得到的改性发泡剂，其相比于未经过该步骤处理得到的化学发泡剂，可以进一步提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
优选地，步骤(4)中改性剂与乙醇水溶液的用量比为100～150g:1L；
最优选地，步骤(4)中改性剂与乙醇水溶液的用量比为120g:1L。
优选地，步骤(4)中所述的改性剂为二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、椰油酸二乙醇酰胺或十二烷基二苯醚二磺酸钠。
最优选地，所述的改性剂由二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和十二烷基二苯醚二磺酸钠组成。
进一步优选地，改性剂中二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和十二烷基二苯醚二磺酸钠的重量比为1～3:1～3。
最优选地，改性剂中二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和十二烷基二苯醚二磺酸钠的重量比为1:1。
发明人在进一步研究中发现，上述改性方法中，改性剂的选择十分关键；仅仅选用单一的二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、椰油酸二乙醇酰胺或十二烷基二苯醚二磺酸钠进行进一步改性得到的改性发泡剂，虽然可以进一步提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度，但是提高的幅度不大。发明人在大量的实验中惊奇的发现，当进一步选用由二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和十二烷基二苯醚二磺酸钠组成的改性剂改性得到的改性发泡剂，其可以进一步大幅提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
发明人在研究中还进一步发现，进一步选用由二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和椰油酸二乙醇酰胺组成的改性剂改性得到的改性发泡剂，或进一步用由椰油酸二乙醇酰胺和十二烷基二苯醚二磺酸钠组成的改性剂改性得到的改性发泡剂，其同样并不能进一步大幅提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度；只有进一步选用由二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和十二烷基二苯醚二磺酸钠组成的改性剂改性得到的改性发泡剂，才可以进一步大幅提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
优选地，步骤(3)得到的固体与改性液的用量比为1kg:5～10L。
最优选地，步骤(3)得到的固体与改性液的用量比为1kg:8L。
本发明还提供了一种上述化学发泡FEP电缆料的制备方法，其包含如下步骤：
将FEP树脂、发泡剂以及偶联剂放入混合机中混合均匀，接着再通过挤出机熔融混合、挤出，即得所述的化学发泡FEP电缆料。
有益效果：本发明提供了一种全新的化学发泡FEP电缆料，该电缆通过该采用碱式碳酸镁作为发泡剂的主要成分，由于碱式碳酸镁的热分解温度为220～550℃，进而保证了化学发泡FEP电缆料在挤线过程中(320-350℃)可以产生气体实现发泡，成功解决了FEP电缆料在挤线过程中不能分解产气发泡的问题。此外，本发明还提供一种通过该全新改性方法改性处理得到的改性发泡剂，其相比于未改性的发泡剂，可以显著提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
以下实施例中的FEP树脂采用的是美国杜邦公司的牌号为5100的FEP树脂；其余未注明来源的原料，均为本领域技术人员可以从市场上购买得到的常规原料。
实施例1化学发泡FEP电缆料的制备
原料重量份组成：FEP树脂97份；发泡剂1.5份；偶联剂(硅烷偶联剂KH-560)1.5份；
所述的发泡剂由重量比为4:1的碳酸镁和氮化硼组成。
制备方法：将FEP树脂、发泡剂以及偶联剂放入混合机中混合均匀，接着再通过挤出机熔融混合、挤出，即得所述的化学发泡FEP电缆料。
实施例2化学发泡FEP电缆料的制备
原料重量份组成：FEP树脂97份；发泡剂1.5份；偶联剂(硅烷偶联剂KH-560)1.5份；
所述的发泡剂为改性发泡剂；
所述改性发泡剂的制备方法如下：
(1)将重量比为4:1的碱式碳酸镁和氮化硼混合后加入到丙酮中，搅拌处理1h后分离固体，干燥后得混合物；其中，碱式碳酸镁和氮化硼的总重量与丙酮的用量比为1kg:5L；
(2)将混合物加入到水中，接着加入木质素磺酸钠，搅拌30min后得混合液；其中，混合物与木质素磺酸钠以及水的用量比为1kg:250g:8L；
(3)将混合液加热至80℃，接着加入硝酸铈以及碳酸钠，搅拌1h后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性发泡剂；其中，混合液与硝酸铈以及碳酸钠的用量比为1L:12g:5g。
制备方法：将FEP树脂、发泡剂以及偶联剂放入混合机中混合均匀，接着再通过挤出机熔融混合、挤出，即得所述的化学发泡FEP电缆料。
实施例3化学发泡FEP电缆料的制备
原料重量份组成：FEP树脂97份；发泡剂1.5份；偶联剂(硅烷偶联剂KH-560)1.5份；
所述的发泡剂为改性发泡剂；
所述改性发泡剂的制备方法如下：
(1)将重量比为4:1的碱式碳酸镁和氮化硼混合后加入到丙酮中，搅拌处理1h后分离固体，干燥后得混合物；其中，碱式碳酸镁和氮化硼的总重量与丙酮的用量比为1kg:5L；
(2)将混合物加入到水中，接着加入木质素磺酸钠，搅拌30min后得混合液；其中，混合物与木质素磺酸钠以及水的用量比为1kg:250g:8L；
(3)将混合液加热至80℃，接着加入硝酸铈以及碳酸钠，搅拌1h后分离固体；其中，混合液与硝酸铈以及碳酸钠的用量比为1L:12g:5g；
(4)将改性剂加入到乙醇水溶液中，加热至70℃搅拌均匀得改性液；其中，改性剂与乙醇水溶液的用量比为120g:1L；所述的改性剂为二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵；
(5)将步骤(3)得到的固体进一步加入到改性液中，在70℃搅拌1.5h，搅拌结束后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性发泡剂；其中，步骤(3)得到的固体与改性液的用量比为1kg:8L。
制备方法：将FEP树脂、发泡剂以及偶联剂放入混合机中混合均匀，接着再通过挤出机熔融混合、挤出，即得所述的化学发泡FEP电缆料。
实施例4化学发泡FEP电缆料的制备
化学发泡FEP电缆料的制备原料重量份组成以及制备方法同实施例3；不同之处在于，改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂的种类选择不同，其余均与实施例3相同；
实施例4改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂为椰油酸二乙醇酰胺。
实施例5化学发泡FEP电缆料的制备
化学发泡FEP电缆料的制备原料重量份组成以及制备方法同实施例3；不同之处在于，改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂的种类选择不同，其余均与实施例3相同；
实施例5改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂为十二烷基二苯醚二磺酸钠。
实施例6化学发泡FEP电缆料的制备
化学发泡FEP电缆料的制备原料重量份组成以及制备方法同实施例3；不同之处在于，改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂的种类选择不同，其余均与实施例3相同；
实施例6改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂由重量比为1:1的二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和十二烷基二苯醚二磺酸钠组成。
对比例1化学发泡FEP电缆料的制备
化学发泡FEP电缆料的制备原料重量份组成以及制备方法同实施例3；不同之处在于，改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂的种类选择不同，其余均与实施例3相同；
对比例1改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂由重量比为1:1的二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和椰油酸二乙醇酰胺组成。
对比例2化学发泡FEP电缆料的制备
化学发泡FEP电缆料的制备原料重量份组成以及制备方法同实施例3；不同之处在于，改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂的种类选择不同，其余均与实施例3相同；
对比例2改性发泡剂制备步骤(4)中的改性剂由重量比为1:1的椰油酸二乙醇酰胺和十二烷基二苯醚二磺酸钠组成。
分别取实施例1～6以及对比例1～2制备得到的化学发泡FEP电缆料，采用电缆挤出机在350℃下发泡挤出成电缆线形状；然后参照GB/T 1040.1-2018中的方法进行测试发泡后电缆线的拉伸强度；测试结果见表1。
表1.化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度实验结果
| 拉伸强度 | |
| 实施例1制备得到的化学发泡FEP电缆料 | 8.3MPa |
| 实施例2制备得到的化学发泡FEP电缆料 | 10.6MPa |
| 实施例3制备得到的化学发泡FEP电缆料 | 12.7MPa |
| 实施例4制备得到的化学发泡FEP电缆料 | 11.9MPa |
| 实施例5制备得到的化学发泡FEP电缆料 | 12.3MPa |
| 实施例6制备得到的化学发泡FEP电缆料 | 18.5MPa |
| 对比例1制备得到的化学发泡FEP电缆料 | 12.2MPa |
| 对比例2制备得到的化学发泡FEP电缆料 | 12.0MPa |
从表1实验结果中可以看出，实施例2制备得到的化学发泡FEP电缆料，其发泡后的拉伸强度要显著高于实施例1制备得到的化学发泡FEP电缆料；这说明：在发泡FEP电缆料中加入通过本发明所述方法进行改性得到的改性发泡剂，相比于加入未改性的发泡剂，可以显著提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
从表1实验结果中可以看出，实施例3～5制备得到的化学发泡FEP电缆料，其发泡后的拉伸强度要进一步高于实施例2制备得到的化学发泡FEP电缆料；这说明：在对发泡剂进行改性的过程中，进一步通过本发明改性剂处理后得到的改性发泡剂，其相比于未经过该步骤处理得到的化学发泡剂，可以进一步提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
从表1实验结果中可以看出，实施例3～5制备得到的化学发泡FEP电缆料，其发泡后的拉伸强度虽然进一步高于实施例2制备得到的化学发泡FEP电缆料；但是其提高幅度不大。而实施例6制备得到的化学发泡FEP电缆料，其发泡后的拉伸强度要进一步大幅高于实施例2制备得到的化学发泡FEP电缆料；其提高幅度要大幅高于实施例3～5制备得到的化学发泡FEP电缆料。这说明：改性剂的选择十分关键；仅仅选用单一的二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、椰油酸二乙醇酰胺或十二烷基二苯醚二磺酸钠进行进一步改性得到的改性发泡剂，虽然可以进一步提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度，但是提高的幅度不大；当进一步选用由二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和十二烷基二苯醚二磺酸钠组成的改性剂改性得到的改性发泡剂，其可以进一步大幅提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
从表1实验结果中可以看出，对比例1和2制备得到的化学发泡FEP电缆料，其发泡后的拉伸强度与实施例3～5相当，也并未进一步大幅高于实施例2制备得到的化学发泡FEP电缆料；其提高幅度同样大幅小于实施例6制备得到的化学发泡FEP电缆料。这说明：在本发明中，只有进一步选用由二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵和十二烷基二苯醚二磺酸钠组成的改性剂改性得到的改性发泡剂，才可以进一步大幅提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度；而选用单一的二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、椰油酸二乙醇酰胺或十二烷基二苯醚二磺酸钠，或采用它们之间的其它组合组成的改性剂并不能进一步大幅提高化学发泡FEP电缆料发泡后的拉伸强度。
Claims (10)
1.一种化学发泡FEP电缆料，其特征在于，包含如下重量份的组分：FEP树脂80～120份；发泡剂0.5～2份；偶联剂0.5～2份；
所述发泡剂的组分包含碱式碳酸镁和氮化硼。
2.根据权利要求1所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，包含如下重量份的组分：FEP树脂90～100份；发泡剂1～1.5份；偶联剂1～1.5份；
最优选地，所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，包含如下重量份的组
分：FEP树脂97份；发泡剂1.5份；偶联剂1.5份。
3.根据权利要求1所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，发泡剂中碱式碳酸镁和氮化硼的重量比为3～5:1。
4.根据权利要求3所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，发泡剂中碱式碳酸镁和氮化硼的重量比为4:1。
5.根据权利要求1所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，所述的发泡剂为改性发泡剂；
所述的改性发泡剂通过如下方法制备得到：
(1)将碱式碳酸镁和氮化硼混合后加入到丙酮中，搅拌处理1～2h后分离固体，干燥后得混合物；
(2)将混合物加入到水中，接着加入木质素磺酸钠，搅拌20～40min后得混合液；
(3)在混合液加热至70～90℃，接着加入硝酸铈以及碳酸钠，搅拌1～2h后分离固体，将固体干燥后即得所述的改性发泡剂。
7.根据权利要求6所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，步骤(1)中碱式碳酸镁和氮化硼的总重量与丙酮的用量比为1kg:4～6L；
最优选地，步骤(1)中碱式碳酸镁和氮化硼的总重量与丙酮的用量比为1kg:5L。
8.根据权利要求7所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，步骤(2)中混合物与木质素磺酸钠以及水的用量比为1kg:200～300g:6～10L；
最优选地，步骤(2)中混合物与木质素磺酸钠以及水的用量比为1kg:250g:8L。
9.根据权利要求7所述的化学发泡FEP电缆料，其特征在于，步骤(3)中混合液与硝酸铈以及碳酸钠的用量比为1L:10～15g:4～6g；
最优选地，步骤(3)中混合液与硝酸铈以及碳酸钠的用量比为1L:12g:5g。
10.权利要求1～9任一项所述的化学发泡FEP电缆料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
将FEP树脂、发泡剂以及偶联剂放入混合机中混合均匀，接着再通过挤出机熔融混合、挤出，即得所述的化学发泡FEP电缆料。
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