一种高耐油自屏蔽低烟无卤阻燃电缆料的制作方法

本发明涉及电缆料制备，尤其是涉及一种高耐油自屏蔽低烟无卤阻燃电缆料。

背景技术：

1、随着轨道交通和工业制造的发展，低烟无卤阻燃电缆的应用日益普遍，在部分复杂的工业环境中，电缆常处于接触各类润滑油和燃料油的工况下，常规的低烟无卤阻燃电缆料多以聚烯烃为基体，材料自身会受到非极性油类的渗透而发生溶胀，进而导致绝缘层力学性能下降和绝缘失效。

2、为了改善材料的耐油性，常规的做法是在聚烯烃基体中混入丁腈橡胶等极性聚合物，但这种简单的物理共混方式存在相容性较差的问题，极性橡胶与非极性树脂在混炼过程中难以达到微观层面的均匀分散，这使得体系中高比例添加的阻燃剂会在相界面处发生团聚，分散不均不仅降低电缆料的机械强度和加工流动性，还会在材料内部产生微观界面孔隙，在长期接触油液的环境下，油分子会顺着这些界面孔隙向电缆内部渗透，引起材料体积膨胀并破坏原有的阻燃网络结构，导致电缆在受热燃烧时难以形成连续且致密的炭层，无法较好地兼顾材料的长效耐油与高阻燃需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高耐油自屏蔽低烟无卤阻燃电缆料，解决了低烟无卤阻燃电缆料难以兼顾高阻燃性与长效耐油性，且常规共混极性橡胶会导致阻燃剂分散不均及相界面油液渗透的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种高耐油自屏蔽低烟无卤阻燃电缆料，所述电缆料由以下步骤制备：

4、称取聚磷酸铵与季戊四醇投入带有加热与抽真空功能的捏合机中，在氮气保护下升温并维持机械剪切反应，冷却固化后经气流粉碎机制得刚性壳层粉体；称取丁腈橡胶与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物投入混炼设备中进行混炼，冷却后送入液氮深冷粉碎机中粉碎，制得核层聚合物微粉；

5、将制得的核层聚合物微粉与刚性壳层粉体投入带有导流挡板的高速混合机中，利用物料摩擦升温后维持反应，随后开启冷却水套将物料降温出料，获得核壳型复合粉体，通过在聚合物微粉表面原位构建致密的交联壳层，以物理隔断与极性排斥的双重机制限制非极性油类的渗透并提升膨胀阻燃效率；

6、称取乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚烯烃弹性体、所述核壳型复合粉体、八钼酸铵、勃姆石、硬脂酸锌、高分子量硅酮母粒以及低密度聚乙烯投入低速混合机中，常温混合制得预混料；

7、将所述预混料由体积式喂料机恒定喂入同向双螺杆挤出机中，执行中间高两端低的阶梯式温度曲线进行连续熔融挤出；

8、挤出机模头挤出的熔体料条进入恒温水槽冷却，经高压风刀吹干后送入切粒机切粒，即得高耐油自屏蔽低烟无卤阻燃电缆料。

9、通过采用以上技术方案，在捏合机中，聚磷酸铵与季戊四醇在机械剪切及热作用下会发生局部酯化脱水反应，具体而言，聚磷酸铵受热释放出的聚合磷酸与季戊四醇的羟基发生交联，形成含有三维网络结构的磷酸酯低聚物，交联产物经过冷却固化和粉碎处理，得到具有较高熔体强度的刚性壳层粉体；遇到高温或明火时，粉体能作为初级膨胀炭层骨架，有助于阻断氧气与热量的传递。

10、此外，丁腈橡胶大分子链上带有极性的氰基，可以对非极性油类产生一定的化学排斥作用；而乙烯-醋酸乙烯酯共聚物主要提供材料的柔韧性和成膜性，利用液氮深冷粉碎，聚合物在玻璃态下发生脆性断裂，保留较多活性的微观断裂面，避免常温粉碎会造成的分子链热降解。

11、在高速混合机的高剪切摩擦作用下体系温度均匀上升，当达到乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的软化点附近时，核层微粉表面出现微熔融状态，受机械力驱动，刚性壳层粉体会镶嵌并包覆于核层微粉表面，进而形成交联壳层。

12、通过以上过程建立的以极性橡胶为核、交联阻燃剂为壳的物理结构，在接触外界油液时，外部的交联壳层构成物理隔断屏障，阻截油分子向内渗透的通道；渗入壳层的少量油类也会受核层丁腈橡胶的极性排斥作用而减缓溶胀，遇到燃烧工况时，这种核壳结构使阻燃剂富集在聚合物微区界面，有利于原位成炭并提升体系的膨胀阻燃效率。

13、优选的，所述制得预混料的步骤中，预混料由以下重量份数的原料混合制成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物60至80份；聚烯烃弹性体20至40份；核壳型复合粉体40至70份；八钼酸铵2至8份；勃姆石10至20份；硬脂酸锌0.5至2份；高分子量硅酮母粒2至5份；低密度聚乙烯5至15份。

14、通过采用以上技术方案，八钼酸铵与勃姆石配合能够产生协同抑烟阻燃效果，其中八钼酸铵在固相阶段催化基体成炭，勃姆石则在高温下脱水吸热并稀释可燃性气体，高分子量硅酮母粒起润滑作用，能在一定程度上改善高填充体系的熔体流动性，减少电缆挤出时表面出现的熔体破裂现象，有利于维持材料致密性。

15、优选的，制得刚性壳层粉体；称取丁腈橡胶与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物投入混炼设备中进行混炼，冷却后送入液氮深冷粉碎机中粉碎，制得核层聚合物微粉的步骤中：

16、制备刚性壳层粉体所称取的原料按重量份数计包括聚磷酸铵70至80份，季戊四醇20至30份；制备核层聚合物微粉所称取的原料按重量份数计包括丁腈橡胶60至80份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20至40份；投入高速混合机中的核层聚合物微粉与刚性壳层粉体的质量比为40:60至60:40。在制备刚性壳层粉体的步骤中，升温至180℃至200℃，保温并维持机械剪切反应30至60分钟；粉碎后的刚性壳层粉体粒径d50为2μm至5μm。

17、在制备核层聚合物微粉的步骤中，混炼温度为100℃至120℃，混炼时间为10至15分钟；液氮深冷粉碎机的粉碎室温度控制在-100℃至-80℃，粉碎后的核层聚合物微粉粒径d50为50μm至100μm。

18、通过采用以上技术方案，180℃至200℃的捏合温度处于聚磷酸铵的初始分解温度边缘，主要引发表面羟基的酯化预交联，较好地保留主体阻燃功能，将刚性壳层粉体粒径控制在2μm至5μm，核层微粉粒径控制在50μm至100μm，形成一定的粒径差，粒径差异有利于在后续高速混合时，让小粒径粉体借助表面能与摩擦热包覆在大粒径核层微粉表面，减少包覆不均带来的相界面缺陷。

19、优选的，所述获得核壳型复合粉体的步骤中：高速混合机的主轴转速设定为1000至1500rpm；利用物料摩擦升温至80℃至95℃时维持转速10至20分钟；开启冷却水套将物料降温至30℃至38℃进行出料。

20、通过采用以上技术方案，80℃至95℃的升温区间大致对应核层组分中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的维卡软化温度，利用物料间的物理摩擦生热来替代外部加热，微粉表面的热量分布相对均匀，降低局部过热引起橡胶基体焦烧的风险，出料前水冷降温，能够促使界面镶嵌结构固化，抑制复合粉体在后续堆放时出现二次粘连结块。

21、优选的，所述制得预混料的步骤中，低速混合机的转速设定为300至500rpm，常温混合时间为5至10分钟；所述连续熔融挤出的步骤中，所采用的同向双螺杆挤出机的长径比为36:1至48:1，双螺杆挤出机的螺杆转速设定为150至300rpm；所述中间高两端低的阶梯式温度曲线具体设定为：一区至二区的温度设定为120℃至130℃，三区至六区的温度设定为140℃至155℃，七区至九区及机头的温度设定为135℃至145℃。

22、通过采用以上技术方案，加料段维持120℃至130℃的温度，能减少物料在进料口提前熔化而引发的滑移返料；塑化段升温至140℃至155℃，有助于聚烯烃弹性体与共聚物基体熔融，并且将温度维持在丁腈橡胶发生不可逆热交联反应的临界温度之下，减少游离焦烧颗粒的产生，以免影响材料绝缘耐压性；机头段降温至135℃至145℃，适度增加熔体黏度与建立挤出压力，改善挤出料条的表面平整度及内部致密性。

23、优选的，所述进入恒温水槽冷却以及切粒的步骤中：所述恒温水槽的水温设定为40℃至50℃；熔体料条经高压风刀吹干表面水分后送入切粒机完成造粒。

24、通过采用以上技术方案，使用40℃至50℃的温水浴进行冷却，能在一定程度上缓和高温熔体骤冷时产生的体积收缩应力，释放这部分内应力有助于减少电缆料粒子内部的微裂纹，维持核壳结构在基体中的连续状态，有利于减缓电缆产品在长期油液浸泡环境下的力学性能衰减。

25、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

26、1.本发明通过将聚磷酸铵与季戊四醇的酯化交联产物包覆在含有丁腈橡胶的微粉表面，构建核壳型复合粉体，在接触油类环境时，外层的交联刚性壳层能够提供物理隔断，结合核层极性橡胶对非极性油类的排斥作用，减少油液向材料内部的渗透与溶胀；在受热燃烧时，核壳结构使得阻燃成分集中分布在基体微区界面，促进体系原位成炭，从而兼顾电缆料的耐油性能与膨胀阻燃效果。

27、2.本发明在预混料中复配八钼酸铵与勃姆石，八钼酸铵在固相阶段催化基体成炭，勃姆石在高温状态下脱水吸热并稀释可燃气体，两者配合提升体系整体的抑烟和阻燃能力，结合添加高分子量硅酮母粒作为润滑组分，改善高比例粉体填充体系的熔体流动性，降低挤出成型时出现熔体破裂的风险，有利于维持线缆成品的表面平整度。

28、3.本发明在熔融挤出阶段采用中间高两端低的阶梯式温度控制，并在切粒前使用温水浴进行缓冷，阶梯温控既满足聚烯烃基体的熔融需求，又将最高温度限制在丁腈橡胶发生热交联的临界点以下，减少绝缘层中焦烧颗粒的产生；温水浴冷却减缓高温熔体骤冷产生的体积收缩应力，抑制材料内部微裂纹的形成，有助于保持电缆产品在长期使用过程中的力学性能稳定。