TWI443687B - 耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物 - Google Patents

Description

耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物

本發明係有關於一種耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，特別是指一種占重量百分比為11.0%至30.8%之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物、55.5%至68.2%之阻燃劑、0.6%以下之偶合劑、4.4%至6.2%之塑化劑、1.2%至1.6之安定劑、0.8%至1.1%之滑劑、1.1%至1.5%之染色劑及1.9%至2.6%之交聯劑，經混練後組成一可作為電纜被覆層用之組成物。

目前國內雖然並未有海洋工程專用電纜之生產及需求，係完全屬於國外市場，但隨著全球經濟景氣復甦，油價持續上漲，未來海洋平台的需求量將向上提昇，則海洋工程專用電纜用量亦將隨之成長。由於專用電纜係安裝於海底，或是油井鑽探之工作場所內，故電纜最外層之被覆層必需具有耐油、耐泥汙及耐燃之特性。目前海洋工程專用電纜大都以氫化丁晴橡膠(HNBR)為主要材料，除了具有丁腈橡膠本身的耐油特性外，還由於分子的高度飽和性，賦予了它優良的耐熱性、耐候性、耐臭氧性，以及耐硫化氫、耐水蒸氣和耐酸性汽油(燃油氧化的結果)等腐蝕性介質的特性，但氫化丁晴橡膠(HNBR)成本相當高，係為其缺點。

則有如中華民國94年10月1日所公告之發明第I240737號「耐熱及耐油性聚合物摻合物」專利案所示，其係揭露：藉高溫下摻合一種聚醯胺與一種氫化的羧化 腈橡膠所生成之共軛物，此共軛物可隨即經模塑或擠塑予以成型，且展現極佳的耐熱、油性與防滲性能，使之能適合用於如：許多汽車車蓋下之應用。惟，該專利前案並未揭露可供電纜之被覆層使用。

又有中華民國96年4月1日所公開之發明第200713336號「以聚丙烯為主之導線及電纜絕緣體或封套」專利案，其係揭露一種導電裝置的絕緣塗層或封套可以包括結合有一種或多種添加劑的聚合物摻合物。典型地，聚合物摻合物包括至少約30wt%的絕緣塗層或封套，較佳地是至少約40wt%的絕緣塗層或封套，更佳地是約50wt%的絕緣塗層或封套。其中典型的添加劑包括的物質像填料、顏料、交聯劑、加工助劑、金屬減活劑、增量油、抗氧化劑、穩定劑、潤滑劑、阻燃劑等等。當使用填料時，絕緣體或封套較佳地包括從大於0至約70wt%的至少一種填料，更佳地是約從10wt%至約70wt%的至少一種填料，更佳地從約20wt%至70wt%的至少一種填料。代表性的填料包括碳黑、二氧化矽(例如，玻璃珠)、滑石、碳酸鈣、黏土、氟碳化物、矽氧烷等等。適當的增量油包括(或塑化劑)包括芳香油、環烷烴油、石蠟油或氫化(白)油和這些物質中兩種或更多的混合物。如果增量油被加入絕緣體或封套組成中，那麼典型地加入標準是每一百重量份中加入從約0.5至約25重量份，較佳地是每一百份重量份中加入從約5至約15份重量份。

惟，該專利前案並無法達到最佳之耐油、耐泥汙及耐燃之功效，故其使用效果不佳。

爰此，有鑑於目前所使用的電纜被覆層，具有上述種種之缺點，故本發明提供一種耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，係包含占重量百分比為22.0%至30.8%之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物、55.5%至68.2%之阻燃劑、0.6%以下之偶合劑、4.4%至6.2%之塑化劑、1.2%至1.6之安定劑、0.8%至1.1%之滑劑、1.1%至1.5%之染色劑及1.9%至2.6%之交聯劑；將上述物質混合後，於100℃±10℃之溫度進行混練加工。

上述最佳成份組合比例係為：占重量百分比為22.0%之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物、68.2%之阻燃劑、0.4%之偶合劑、4.4%之塑化劑、1.2%之安定劑、0.8%之滑劑、1.1%之染色劑及1.9%之交聯劑。

上述阻燃劑係為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅之任一種或其組合。

上述阻燃劑係包括占重量百分比為35.2%氫氧化鋁、30.8%氫氧化鎂及2.2%硼酸鋅。

上述偶合劑係為乙基烯矽烷偶合劑或壓克力基烷偶合劑。

上述塑化劑係為癸二酸二辛酯(DOS)或偏苯三酸三辛酯(TOTM)。

上述安定劑係為氧化鎂。

上述滑劑係為滑石粉、二氧化矽、硫酸鋇、碳酸鈣、二硫化鉬、硬脂酸、硬脂酸鋅或硬脂酸鈣。

上述交聯劑係為過氧化二異丙苯(DCP)。

上述先將粉狀之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物與粉狀之阻燃劑均勻加入混練機中混合後，再依序加入液狀之偶合劑、液狀之塑化劑、粉狀之安定劑、粉狀之滑劑，最後才加入粉狀之交聯劑進行混練，混練完成後即形成一團狀物，再將該團狀物置入於一造粒機中，製備成一顆粒狀之原料。

1.本發明之組成物係可供作為電纜被覆層之用，並具有耐油、耐泥汙及耐燃等優點。

2.本發明組成物之製造成本低廉，尤適合大量生產製造。

首先，請參閱第一圖及第二圖所示，本發明係包括有：占重量百分比為22.0%至30.8%之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物、55.5%至68.2%之阻燃劑、0.6%以下之偶合劑、4.4%至6.2%之塑化劑、1.2%至1.6之安定劑、0.8%至1.1%之滑劑、1.1%至1.5%之染色劑及1.9%至2.6%之交聯劑。

本發明組成物之最佳成份組合比例係為：占重量百分比為22.0%之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物、68.2%之阻燃劑(包括：35.2%氫氧化鋁、30.8%氫氧化鎂及2.2%硼酸鋅)、0.4%之偶合劑、4.4%之塑化劑、1.2%之安定劑、0.8%之滑劑、1.1%之染色劑及1.9 %之交聯劑。

上述之阻燃劑係可為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅之任一種或其組合；該偶合劑係可為乙基烯矽烷偶合劑或壓克力基烷偶合劑；該塑化劑係可為癸二酸二辛酯(DOS)或偏苯三酸三辛酯(TOTM)；該安定劑係可為氧化鎂；該滑劑係可為滑石粉、二氧化矽、硫酸鋇、碳酸鈣、二硫化鉬、硬脂酸、硬脂酸鋅或硬脂酸鈣；該染色劑係可為碳黑；該交聯劑係可為過氧化二異丙苯(DCP)。

本發明所選用之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物是分子鏈完全飽和的一類共聚物，其醋酸乙烯酯(VA)的質量分數為40%至80%，並具有橡膠彈性體的特性。EVM具有優異的耐老化性能(最高使用溫度為175℃)、耐酸鹼性能以及優異的回彈性，並且耐油性、阻燃性和加工性能也很好。EVM是德國拜耳公司註冊的產品，商品名為Levapren，覆蓋了VA品質分數40%至80%不同牌號的產品。EVM價格僅為HNBR的1/7左右，近年來在家電配件及汽車部件中得到了廣泛的應用。HNBR和EVM分子結構相似，極性相近，且過氧化物都是其有效的交聯劑，因此應具有較好的併用效果，通過適當的配合可滿足海洋工程專用電纜的要求。

至於在阻燃劑的選定方面，氫氧化鋁及氫氧化鎂即屬於添加型無機阻燃劑，具有安全性能高、抑煙、無毒、價廉等優點。國外的助劑公司經過多年的開發，目前已研製出許多性能優異的無鹵的阻燃消煙產品，如美國Martin公司的Magshield UF超細複合氫氧化鎂；美國 Borax公司的硼類複合低煙阻燃劑等；以及Morton公司開發的Mg(OH)2和MgCO3的複合消煙阻燃劑。這些新產品可替代鹵素阻燃劑，並具有良好的阻燃效果，而且發煙量較低。

本發明採用乙基烯矽烷偶合劑改質阻燃劑，增加阻燃劑及與基材之間的相容性。再者，阻燃劑的添加，本發明除了單一種的使用之外，並可將兩種或數種之組合混合使用(以不同粒徑或比表面積)，若是混合多種阻燃劑其效果比其加成起來的阻燃效果更好，此效應係稱為協同作用(Synergism)。本發明即利用阻燃複配之協同作用，以偶合劑做為阻燃劑的表面改質，並與EVM進行熔融反應，使改質後的阻燃劑與EVM之間形成Si-O-Si及氫鍵鍵結，使其具備協同作用，以提高阻燃劑的分散性及與基材之間的相容性，來降低阻燃劑的添加量，一方面降低成本，另一方面使基材物性提高。該乙基烯矽烷偶合劑係採用日本Shin Etus公司生產，產品編號KU500。

又本發明所使用之塑化劑採用日本油脂公司所生產之癸二酸二辛酯(DOS)；安定劑之氧化鎂則採用德商萊茵化學生產的產品編號P-100；滑劑則採用台灣色料公司所生產之滑石粉；而染色劑則採用德國Degussa公司所生產編號XE-72之碳黑；交聯劑則採用台灣強亞所生產之過氧化二異丙苯。

本發明用以製造電纜被覆層組成物的方法，係先將粉狀之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物與粉狀之阻燃 劑均勻加入混練機中混合後，再依序加入液狀之偶合劑、液狀之塑化劑、粉狀之安定劑、粉狀之滑劑，最後才加入粉狀之交聯劑進行混練；於混練機中進行混練加工之溫度係為100℃±10℃，藉以促進物料間的對流擴散，並在混練機之可負荷範圍下，盡可能提高混練機轉子之轉速，藉由較高的剪切力達到均勻混合的作用，本發明實施例中所使用之混練機其最大電流值為230安培(A)，混練之轉速為200RPM至300RPM，混練的時間則為9分20秒至9分30秒之間，當混練完成後，即形成一團狀物，最後再將該團狀物置入於一造粒機中，製備成一顆粒狀之原料，以供作為製造電纜之被覆層使用。

本發明用以製造電纜被覆層的型態，如第一圖所示，其係在於至少一纜芯(1)之外緣包覆有一填充物(2)，然後再將本發明之顆粒狀原料以押出成型方式，於該填充物(2)之外緣形成有一被覆層(3)，藉由該被覆層(3)之保護作用，可使製造完成之電纜具有耐油、耐泥汙及耐燃等功效。

又本發明為證明該電纜被覆層組成物，係可確實達到上述之功效目的，係已經過實驗測試以證實可行，其實驗過程及結果如下。

實驗樣品之成份如表一所示：

而實驗結果數據如表二所示：

LOI測試方法：LOI最低需氧指數試驗儀適用於測量各式高分子材料，維持燃燒所需之最低氧濃度之相對燃燒特性。操作程序如下：

A.打開氧氣和氮氣銅瓶，調整兩者輸出壓力相等， 但小於100psi，能夠維持流量計最高流量為主。

B.移開玻璃罩，以試片夾夾住試片，罩上玻璃罩，試片須保持垂直，試片頂端距離玻璃罩頂端至少100mm。

C.選擇所欲之起始氧濃度，可依下列方法決定之。將試片在空氣中燃燒，如果試片燃燒迅速，可選擇22%以下之氧濃度。如果試片燃燒困難或短暫燃燒，可選擇22%-27%間之氧濃度。如果試片在空氣中不燃燒，則設定28%以上之氧濃度。

D.設定起始氧濃度流量(氧氣和氮氣)，流經玻璃罩之流率為4cm/s，讓氣體流通30秒，以淨化系統。

E.關掉排氣罩，點燃試片整個頂端後移開點燃器；並開始計時燃燒時間。

UL-94測試方法：根據ASTM D-3801難燃性測試規範中的垂直燃燒法，以測試不同片之難燃程度為94V-0、94V-1、94V-2。測試過程如下：

a.垂直夾住試片上端6mm處，試片底端鋪一層水平厚約6mm棉花(50mm×50mm)，距離試片約300mm高。

b.調整甲烷流量為150mL/min，壓力小於10mm水柱。

c.點燃並調整燃燒器火焰為藍色，20±1mm高。

d.移動燃燒器，使火焰接觸試片底端中央處，燃燒 器頂端距離試片底端約為10mm，如果試片會熔融滴落，則需傾斜燃燒器45°。

e.燃燒十秒後移開火焰，至少距試片150mm遠，並同時測量和記錄第一次火焰燃燒時間t1秒。

f.當試片火焰燃燒停止時，立即將燃燒器置於試片底下10mm處，燃燒十秒後移開燃燒器至150mm遠處，並同時記錄第二次火焰燃燒時間t2及無火焰燃燒時間t3。

g.測試分類標準係根據U.L.測試分類標準表。

ASTM D-3801難燃性測試規範中的垂直燃燒法，如表三所示：

惟，以上所述僅為本發明其中之一實施例，當不能以此限定本發明之申請專利保護範圍，舉凡依本發明之申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與替換，皆應仍屬於本發明申請專利範圍所涵蓋保護之範圍內。

(1)‧‧‧纜芯

(2)‧‧‧填充物

(3)‧‧‧被覆層

第一圖係為本發明之組成物製造成電纜被覆層之示意圖。

表一係為本發明所作實驗樣品之成份表。

表二係為本發明所作實驗之實驗結果數據表。

表三係為ASTM D-3801難燃性測試規範中的垂直燃燒法的實驗標準表。

(1)‧‧‧纜芯

(2)‧‧‧填充物

(3)‧‧‧被覆層

Claims (10)

1. 一種耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，包括有：占重量百分比為22.0%至30.8%之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物、55.5%至68.2%之阻燃劑、0.6%以下之偶合劑、4.4%至6.2%之塑化劑、1.2%至1.6之安定劑、0.8%至1.1%之滑劑、1.1%至1.5%之染色劑及1.9%至2.6%之交聯劑；將上述物質混合後，於100℃±10℃之溫度進行混練加工。
2. 如申請專利範圍第1項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，其中，最佳成份組合比例係為：占重量百分比為22.0%之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物、68.2%之阻燃劑、0.4%之偶合劑、4.4%之塑化劑、1.2%之安定劑、0.8%之滑劑、1.1%之染色劑及1.9%之交聯劑。
3. 如申請專利範圍第2項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，其中，該阻燃劑係為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅之任一種或其組合。
4. 如申請專利範圍第3項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，其中，該阻燃劑係包括占重量百分比為35.2%氫氧化鋁、30.8%氫氧化鎂及2.2%硼酸鋅。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，其中，該偶合劑係為乙基烯矽烷偶合劑或壓克力基烷偶合劑。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜 被覆層組成物，其中，該塑化劑係為癸二酸二辛酯(DOS)或偏苯三酸三辛酯(TOTM)。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，其中，該安定劑係為氧化鎂。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，其中，該滑劑係為滑石粉、二氧化矽、硫酸鋇、碳酸鈣、二硫化鉬、硬脂酸、硬脂酸鋅或硬脂酸鈣。
9. 如申請專利範圍第1或2項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，其中，該交聯劑係為過氧化二異丙苯(DCP)。
10. 如申請專利範圍第1或2項所述耐油、耐泥汙、耐燃之電纜被覆層組成物，其中，係先將粉狀之乙烯-乙酸乙烯酯橡膠(EVM)共聚物與粉狀之阻燃劑均勻加入混練機中混合後，再依序加入液狀之偶合劑、液狀之塑化劑、粉狀之安定劑、粉狀之滑劑，最後才加入粉狀之交聯劑進行混練，混練完成後即形成一團狀物，再將該團狀物置入於一造粒機中，製備成一顆粒狀之原料。