一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料、其制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料、其制备方法及其应用，属于低烟无卤阻燃电缆护套料技术领域。


背景技术：

2.护套作用是为输电电缆提供安全的保护层，从而避免电缆发生漏电、短路等影响供电安全的事故。近年来，人们对消防安全水平的重视程度越来越强，加强电线电缆火灾隐患防控管理，特别是提高电线电缆的消防防火能力，已经成为一个重要的研究方向。电缆的阻燃耐火性能与电缆外层护套的耐火性能直接相关，传统的pvc护套材料各项性能优异，加工性能好，并且价格低廉，但聚氯乙烯材料在燃烧时会放出浓烟，其中还包含大量氯化氢有害气体，在发生意外火灾时，这些包含大量氯化氢有毒物质的浓烟给逃生者带来了巨大的危害。随着人们消防意识和安全意识的逐渐增强，人们逐渐意识到这个问题，现在人们正在积极的开发低烟无卤材料以取代常规聚氯乙烯材料电缆护套。
3.eva作为乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，由于其优异的易加工性、物理力学性能，成为电缆护套料的合适基体材料。但eva本身易于燃烧，燃烧时产生大量烟，难于成炭，且伴随着连续滴落，使火焰蔓延引起火灾，因此，为满足产品对聚合物材料阻燃性能的要求，需对eva进行有效的阻燃改性。为保证低烟无卤材料的阻燃效果和低烟效果，一般采用大量无卤阻燃剂和无卤填充剂进行填充，虽然能够保证整体的阻燃效果和低烟效果，但是大量填料的填充大幅降低了材料整体的机械性能，易造成护套开裂、破损，大大限制了该种材料的实际应用，因此有必要研究一种具备较高机械性能的抗开裂低烟无卤阻燃护套料。


技术实现要素：

4.本发明提供一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料、其制备方法及其应用，本发明通过采用铝镁磷和纳米协效阻燃剂的多重复合阻燃体系，得到了氧指数高、机械性能好、抗开裂性能好、热释放速率慢的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料，按照重量份数计，其原料包括：eva 25～30份，lldpe(低密度聚乙烯)5～10份，相容剂5～10份，无卤阻燃填料45～60份，成炭剂3～7份，偶联剂0.5～1份，抗氧剂0.5～1份，润滑剂1～2份，交联剂0.05-0.1份和纳米协效阻燃剂1～2份；其中，所述eva中va含量为18～30％；相容剂为马来酸酐接枝聚合物；成炭剂为聚磷酸酯阻燃剂；无卤阻燃填料为氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种；交联剂包括过氧化物交联剂；纳米协效阻燃剂为云母、氟云母、滑石粉、粘土、凹凸棒土、蒙脱土、皂土或海泡石中的至少一种。
7.上述护套料采用的eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)具有优异流动性，eva树脂具有良好的力学性能、加工性能和抗老化性能，其特性与其va含量(乙酸乙烯含量)高度相关，本技术采用va含量为18～30％的eva树脂，该va含量的eva树脂为具备一定弹性的塑性材料，并
且具有良好的电气绝缘性和抗开裂性能，适用于作为电缆护套料使用。eva树脂单独改性的抗开裂性能难以达到实际应用要求，因此引入线性低密度聚乙烯与eva共混交联改性，线性低密度为乙烯与α-烯烃共聚产物，线性低密度聚乙烯分子量分布窄，聚合度较为均匀，分子结构较为规整，应力松弛时间短，具有优异的耐环境开裂性能，交联过程中，eva树脂与线性低密度聚乙烯在相容剂作用下可以形成较为均匀的立体网状交联结构，内应力较低，抗开裂性能强。本技术采用较少量的交联剂使eva树脂和线性低密度聚乙烯发生交联反应，得到适度交联的高分子交联结构。
8.上述氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理均为受热分解吸收热量释放水蒸气，但两种物质的分解温度和对成品性能的影响各有不同。优选，氢氧化铝和氢氧化镁的质量比为(2～4)：1，最优选为3:1，此时与其它组分配合具有非常好的综合性能。
9.上述聚磷酸酯阻燃剂具有隔热、抑烟、减毒等阻燃特点。在燃烧时能使材料表面生成泡沫碳层，起到隔热、隔氧、抑烟，并能防止合成材料熔滴和终止连锁反应，具有良好的阻燃功能，本技术通过添加特定量的磷系阻燃剂，显著提高了氧指数、降低了烟密度，增加了产品的阻燃等级。
10.上述纳米协效阻燃剂剂具有比氢氧化物更小的尺寸，在聚合物中分散更加均匀，能够提高聚合物的成碳效率，使形成的碳层更为致密；聚磷酸酯阻燃剂与纳米协效阻燃剂的共同作用，在受热时能形成交联程度高、致密、阻隔效果好的阻隔炭层，起到更好的阻燃、隔热、抑烟效果。
11.上述硅烷偶联剂、相容剂能够改善无机阻燃剂和基体树脂的相容性，提高力学性能。
12.为促进成碳剂成碳，加入的纳米协效阻燃剂优选为纳米粘土。
13.为提高基体树脂和填料间的相容性，马来酸酐接枝聚合物为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝eva或马来酸酐接枝poe中的至少一种。
14.为了提高无机粒子的分散性，硅烷偶联剂为kh550、kh560或kh570中的至少一种。用于对无机粒子进行表面修饰。
15.为提高材料的抗老化性，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂300中的至少一种。优选为抗氧剂1010，在本技术特定的配方中，抗氧剂1010与其它组分的协同促进最为明显。
16.为加快燃烧时护套料成碳，聚磷酸酯阻燃剂为聚苯氧基磷酸联苯二酚酯或聚苯氧基磷酸-2-10-氢-9-氧杂-磷杂菲基对苯二酚酯中的至少一种。
17.为提高护套料的加工性，润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌或硬脂酸钙中的至少一种。
18.为提高护套料的抗开裂性能，需要护套料微交联，交联剂为交联剂dcp(氧化二异丙苯)或交联剂bibp(分子式是c6h4[c(ch3)2ooc(ch3)3]2)中的至少一种。
[0019]
上述低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料的制备方法，包括如下步骤：
[0020]
1)依次将eva、lldpe和相容剂进行混合，混合时间约为3～5分钟；
[0021]
2)接着向步骤1)所得物料中加入其余组分后二次混合，二次混合时间为15～30分钟；
[0022]
3)将步骤2)所得物料在双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机的机头温度为不超过155℃。
[0023]
双螺杆挤出机的机身各段温度依次为：100℃～120℃(输送段)；125℃～135℃(熔融段)；130℃～135℃(混炼段)；145℃～150℃(排气段)；150℃～155℃(计量段)。
[0024]
上述低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料用于制作高低烟无卤阻燃聚烯烃电缆。
[0025]
本发明未提及的技术均参照现有技术。
[0026]
本发明的有益效果在于：
[0027]
1)本发明的护套料采用的eva具有优异流动性，va含量为18～30％，聚乙烯树脂选用线性低密度聚乙烯作为基体树脂，线性低密度为乙烯与α-烯烃共聚产物，聚乙烯分子量分布窄、分子结构较为规整，应力松弛时间短，具有优异的耐环境开裂性能；加入马来酸酐接枝聚合物和硅烷偶联剂，用以改善各树脂和无机填料之间的相容性，进一步加强本结构稳定性；树脂采用eva、lldpe和相容剂树脂为基体，采用过氧化物进行微交联，形成三维网状结构，从而降低冷却时分子结构内应力，增强抗开裂性能，所得无卤阻燃聚烯烃护套料的力学性能、阻燃性能和抗开裂性能优异。
[0028]
2)本发明的阻燃体系采用以氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸酯和纳米协效阻燃剂的复配阻燃体系；氢氧化铝、氢氧化镁和纳米协效阻燃剂使用硅烷偶联剂处理来提高与基体的相容性；聚磷酸酯能够在受热时使聚合物基体成碳，起到物理隔离、阻碍燃烧的作用，纳米协效阻燃剂能够提高聚合物的成碳效率，使形成的碳层更为致密；聚磷酸酯与纳米协效阻燃剂的共同作用，在受热时能形成交联程度高、致密、阻隔效果好的阻隔炭层，起到更好的阻燃、隔热、抑烟效果；通过上述原料的复配增效作用，既能大幅度提高电缆护套料的阻燃性能，使其具有无卤低烟的特点，又使得到的电缆护套料具有优良的力学性能，应用范围广泛。
具体实施方式
[0029]
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0030]
实施例1
[0031]
表1 低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料的原料组成
[0032][0033]
低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料的制备如下：
[0034]
1)称取表1配方比例的eva、lldpe和相容剂，置于粒料混料机内，混合5分钟。
[0035]
2)接着向步骤1)所得物料中加入其余组分于粉料混料机内二次混合，混合20分钟。
[0036]
3)将将步骤2)所得物料通过失重称加入双螺杆挤出机进行挤出并造粒，双螺杆挤出机的机头温度为不超过165℃，双螺杆挤出机的机身各段温度依次为：100℃～120℃(输送段)；125℃～135℃(熔融段)；130℃～135℃(混炼段)；145℃～150℃(排气段)；150℃～155℃(计量段)。
[0037]
鉴于无卤材料的吸水特性，上述的造粒成型过程中使用风冷工艺。最后，将得到的电缆料，在电缆挤出机上熔融挤出，使其在电缆缆芯上包覆，使该阻燃料成电缆的护套或绝缘。对实施例1中的产品进行性能检测试验，各性能数值如列表6所示。
[0038]
实施例2
[0039]
表2低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料的原料组成
[0040][0041]
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。对实施例2的产品进行性能检测试验，各性能数值如列表6所示。
[0042]
实施例3
[0043]
表3低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料的原料组成
[0044][0045][0046]
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。对实施例3的产品进行性能检测试验，各
性能数值如列表6所示。
[0047]
实施例4
[0048]
表4低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料的原料组成
[0049][0050]
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。对实施例4的产品进行性能检测试验，各性能数值如列表6所示。
[0051]
实施例5
[0052]
表5低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料的原料组成
[0053][0054]
上述电缆料的制备方法与实施例1相同。对实施例5的产品进行性能检测试验，各性能数值如列表6所示。
[0055]
表6 各实施例产品性能测试结果
[0056]
[0057][0058]
注：上表内的“p”，为“pass”的简写，表示通过该项测试。
[0059]
从表6中数据可以看出，本发明通过采用铝镁磷和纳米协效阻燃剂的多重复合阻燃体系、得到的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆护套料：氧指数高、机械性能好，热释放速率慢，抗开裂性能好。