CN118406343A - 一种无卤阻燃材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无卤阻燃材料及其制备方法和应用，所述无卤阻燃材料按重量份计，包括以下组分：聚苯醚树脂5‑15份；弹性体24‑40份；聚丙烯24‑40份；相容剂5‑15份；阻燃剂20‑40份；助交联剂1‑5份；抗氧剂1‑5份；加工助剂0‑5份；所述弹性体为以苯乙烯为末端，聚丁二烯通过加氢得到的乙烯‑丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物。本发明提供的无卤阻燃材料既满足UL1581规定的125℃耐温等级性能要求，同时能通过VW‑1阻燃测试，适用于制备电器内部连接线用线缆。
Description
技术领域
本发明涉及电线电缆材料技术领域，具体涉及一种无卤阻燃材料及其制备方法和应用。
背景技术
烯烃类树脂用作电缆材料时常常由于树脂的稳定性能、相对较宽的加工条件和优异的绝缘性能而引起广泛关注。而这种烯烃类树脂在实现满足UL1581 125℃耐温等级性能与VW-1阻燃性方面具有局限性，因此需要通过树脂本征阻燃体系的设计提高其用作电缆材料的阻燃性能且满足UL1581相应的机械性能与老化性能要求。同时，由于传统的无卤阻燃线缆材料为了达到高耐温的目的，一般会通过电子束辐射实现材料的交联，因此，在制备以烯烃类树脂作为无卤阻燃高耐温的电缆材料时，不仅需要考虑到交联过程中电缆料的耐温性能是否足够支撑材料性能不受高温影响，还需要考虑交联后其交联程度以及在极端条件下的抗老化性能，但是由于目前极少有关于如何兼顾辐照交联的无卤阻燃耐高温烯烃类电缆材料力学性能以及抗老化性能的相关技术，因此辐照交联烯烃类电缆材料的应用受到极大地限制。
因此，亟需开发出一种经辐照后易交联、成型工艺简单且抗老化性能强，同时又能满足UL1581规定的125℃耐温等级性能要求和能通过VW-1阻燃测试的材料。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一无卤阻燃材料及其制备方法和应用，具体技术方案如下：
一种无卤阻燃材料，按重量份计，包括以下组分：聚苯醚树脂5-15份，如5、8、10、12、14、15份；弹性体24-40份，如24、28、30、32、35、38、40份；聚丙烯24-40份，如24、28、30、32、35、38、40份；相容剂5-15份，如5、8、10、12、14、15份；阻燃剂20-40份，如20、22、24、28、30、32、35、38、40份；助交联剂1-5份，如1、2、3、4、5份；抗氧剂1-5份，如1、2、3、4、5份；加工助剂0-5份，如0、1、2、3、4、5份；本案以弹性体和聚丙烯作为基体树脂，其中，弹性体和聚丙烯占总的复合材料的最低质量百分数为36％；
若聚丙烯添加量太多，材料在辐照过程中极易发生断链导致分解导致最终材料不能交联；
所述弹性体为以苯乙烯为末端，聚丁二烯通过加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物(SEBS)，其中苯乙烯含量为18-42％，优选为20-35％；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯和/或马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为0.5-2％，接枝率采用酸碱滴定法测试得到。
进一步地，所述聚苯醚树脂的特性粘数为30-52cm3/g，优选为32-45cm3/g，根据HG/T 2364-1992的标准进行测定，特性粘数在此范围的聚苯醚树脂可以有效改善材料的流动性，利于加工。
进一步地，所述弹性体与聚丙烯的质量比为(0.6-1.8)：1。
进一步地，所述弹性体与聚丙烯的质量比为(0.8-1.6)：1。
进一步地，所述阻燃剂为聚磷酸胺和三聚氰胺氰脲酸盐中的一种或多种。
进一步地，所述助交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
进一步地，所述加工助剂为氟类物、聚乙烯蜡、硅酮或硬脂酸类中的一种或多种。
进一步地，所述抗氧剂可以选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DSTDP中的一种或多种。
本发明还提供上述无卤阻燃材料的制备方法，包括如下步骤：
按照配比称取各组分，选择连续多场偶合强剪切方式，将各组分进行塑化造粒，其中，所述的连续多场偶合强剪切方式为采用强剪切啮合螺纹元件结合拉伸螺纹元件再结合强剪切啮合螺纹元件双螺杆挤出方式。
进一步地，双螺杆挤出机的螺筒温度为200-300℃，喂料能力为300-600kg/h，双螺杆挤出机的螺杆转速为300-600r/min。
本发明还提供上述无卤阻燃材料在制备电器内部连接线缆中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的无卤阻燃材料的制备方法简单，用此材料制得的成品缆经辐照后易交联，并且力学性能及抗老化性能强可以满足UL1581规定的125℃耐温等级性能要求，同时能通过VW-1阻燃测试。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
<实施例和对比例的制备>
本发明实施例和对比例所用的原材料均来源于市购，但不限于这些材料：
聚苯醚A：PPE LXN045，特性粘数为43cm3/g，南通星辰合成材料有限公司；
聚苯醚B：牌号为PPE LXN030，特性粘数为32.5cm3/g，南通星辰合成材料有限公司；
聚苯醚C：牌号为PPE LXN050，特性粘数为50cm3/g，南通星辰合成材料有限公司；
弹性体A：牌号为G1651，苯乙烯含量为33％，美国科腾；
弹性体B：牌号为MD1648，苯乙烯含量为20％，美国科腾；
弹性体C：牌号为A1536，苯乙烯含量为42％，美国科腾；
弹性体D：牌号为A1535，苯乙烯含量为58％，美国科腾；
聚丙烯：PP K8003，中国石化；
相容剂A：马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为1.0％，自制；
相容剂B：马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，牌号为FG1901，接枝率为1.7％，美国科腾；
相容剂C：马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为0.5％，自制；
相容剂D：马来酸酐接枝聚丙烯，牌号为CMG9801，接枝率为0.8％，佳易容聚合物上海有限公司；
相容剂E：马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为2.2％，自制；
相容剂F：马来酸酐接枝聚乙烯，牌号为MC226，接枝率为0.8％，宁波能之光；
阻燃剂A：聚磷酸胺，APP-3，镇江星星阻燃剂有限公司；
阻燃剂B：三聚氰胺氰脲酸盐(MCA)，寿光卫东化工有限公司；
助交联剂：三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，TMPTMA，广州科尔森化工有限公司；
抗氧剂：抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP、抗氧剂1024按2：1：1的质量比混合，市售，平行实验用的抗氧剂相同；
加工助剂：硅酮母粒，市售，平行实验用的是同一种；
其中，部分相容剂由金发科技自制，制备方法如下：采用适量的马来酸酐、过氧化物溶剂通过喷雾的方式与SBS进行共混后进行双螺杆挤出，挤出温度设置180～250℃，螺杆转速100～200r/min。
本发明实施例和对比例的制备方法如下：
按照表1、2的配比称取各组分，选择连续多场偶合强剪切方式，将各组分进行塑化造粒，其中，所述的连续多场偶合强剪切方式为采用强剪切啮合螺纹元件结合拉伸螺纹元件再结合强剪切啮合螺纹元件双螺杆挤出方式。
其中，双螺杆挤出机的螺筒温度为200-260℃，喂料能力为400kg/h，双螺杆挤出机的螺杆转速为400r/min。
关于本说明书中“份”，除非特别说明，表示“重量份”。
<测试标准>
用本发明各实施例和对比例的材料制成线缆，对成品线缆进行性能测试，性能测试标准如下：
热延伸：按照GB/T 2951.21-2008标准测试，成品缆壁厚为0.5mm，GB/T2951.21-2008标准中热延伸率≤175％为满足要求；
VW-1测试：执行UL 1581-2011；
拉伸强度和断裂伸长率：根据标准GB/T 1040.3-2006测试成品线缆高温老化前后的拉伸强度和断裂伸长率，高温老化测试条件158℃或者180℃7天；要求老化前拉伸强度大于13.79MPa，断裂伸长率大于300％，老化后拉伸强度与断裂伸长率保留率大于80％。
表1.实施例1-14配方(重量份)
表2.对比例配方(重量份)
| 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
| 聚苯醚A | 0 | 30 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 弹性体A | 30 | 30 | 10 | 30 | 30 | |
| 弹性体D | 30 | |||||
| 聚丙烯 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 相容剂A | 10 | 10 | 10 | 10 | ||
| 相容剂E | 10 | |||||
| 相容剂F | 10 | |||||
| 阻燃剂A | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 阻燃剂B | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 助交联剂 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 抗氧剂 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 加工助剂 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
表3.实施例与对比例性能测试结果
续表3.实施例与对比例性能测试结果
注：表中“/”表示该材料无法测试该性能。
基于表1至表3中对于热延伸、VW-1、拉伸强度、断裂伸长率、拉伸强度保留率以及断裂伸长率保留率的测试数据说明，通过实施例1-14制备得到的无卤阻燃材料制得的成品线缆，相比于对比例具有明显优势，可有效满足客户与市场高标准需求。由实施例1-14的数据可以看出，用本发明的无卤阻燃材料制得的成品线缆均能满足热延伸要求和通过VW-1测试，老化前拉伸强度大于15Mpa，断裂伸长率大于330％，普遍在380％及以上；老化后拉伸强度保留率大于80％，断裂伸长率保留率大于80％。
对比例1相比实施例3，未添加聚苯醚，VW-1测试不合格；对比例2相比实施例3，聚苯醚添加过多，导致辐照后力学性能不能满足UL1581规定的125℃耐温等级性能要求，在老化前性能不合格；对比例3相比实施例3，弹性体添加太少，导致交联度偏低，热延伸过高，老化后会出现断裂伸长率保留率不合格；对比例4相比实施例3，使用的弹性体中苯乙烯含量不在限定范围内，导致热延伸过大，交联度过低，老化性能无法通过；对比例5相比实施例3，相容剂接枝率不满足要求，使得热延伸太低，出现过度交联情况，老化性能也无法通过；对比例6相比实施例3，使用的相容剂不在限定范围内，使得在老化前性能不合格。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)
1.一种无卤阻燃材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
所述弹性体为以苯乙烯为末端，聚丁二烯通过加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物，其中苯乙烯含量为18-42％，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯和/或马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为0.5-2％。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃材料，其特征在于，所述聚苯醚树脂的特性粘数优选为32-45cm3/g。
3.根据权利要求1所述的无卤阻燃材料，其特征在于，所述弹性体与聚丙烯的质量比为(0.6-1.8)：1。
4.根据权利要求3所述的无卤阻燃材料，其特征在于，所述弹性体与聚丙烯的质量比为(0.8-1.6)：1。
5.根据权利要求1所述的无卤阻燃材料，其特征在于，所述阻燃剂为聚磷酸胺和三聚氰胺氰脲酸盐中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的无卤阻燃材料，其特征在于，所述助交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的无卤阻燃材料，其特征在于，所述加工助剂为氟类物、聚乙烯蜡、硅酮或硬脂酸类中的一种或多种。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的无卤阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比称取各组分，选择连续多场偶合强剪切方式，将各组分进行塑化造粒，其中，所述的连续多场偶合强剪切方式为采用强剪切啮合螺纹元件结合拉伸螺纹元件再结合强剪切啮合螺纹元件双螺杆挤出方式。
9.根据权利要求1-7任一项所述无卤阻燃材料在制备电器内部连接线缆中的应用。
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| CN202410531805.2A CN118406343A (zh) | 2024-04-29 | 2024-04-29 | 一种无卤阻燃材料及其制备方法和应用 |
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