一种低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料及其制备方法，属于电缆料技术领域。


背景技术：

2.聚乙烯(pe)具有优异的加工性能、机械性能及电气绝缘性能，广泛应用于电缆行业。但pe的阻燃性能差，制作的电缆在高压、高温、放电等外界条件下，容易燃烧引起火灾，所以需对pe塑料进行阻燃处理。现有虽然存在较多关于pe塑料阻燃的相关报道，但尚存在阻燃剂添加量大、机械性能损失严重等问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料及其制备方法，通过结合纳米陶瓷成壳剂，使得材料的阻燃性能显著提高，具有优异的高硬度成壳性，摩氏硬度5.8～6.8，降低了原电缆护套皮层厚度约50％，可同时兼顾电缆料的阻燃性能、加工性能、理化性能等。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料，其原料包括如下组份：高密度聚乙烯30～50份，线性低密度聚乙烯20～40份，乙烯-醋酸乙烯脂共聚物10～20份，乙烯-辛烯共聚物弹性体5～16份，马来酸酐接枝共聚物弹性体8～12份，色母粒1～2份，纳米陶瓷成壳剂50～80份，高岭土15～30份，氢氧化铝15～30份，氢氧化镁10～35份，硼酸锌20～30份，纳米蒙脱土3～8份，抗氧剂1～2份和硬脂酸0.5～1份，所述份数为重量份数。
6.为了有更好的陶瓷化成壳性能，本技术采用了纳米陶瓷成壳剂，通过对用量的选择，使其与其他组分之间的协同效应发挥到最佳，既保证了材料的加工性能和理化性能，同时提高了材料高硬度成壳性；通过特定用量的高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的搭配可进一步促进本技术各组分之间的协同作用，使所得电缆料具有优异的加工性能和理化性能。
7.上述通过对各原料组分及用量的选择，保证了材料具有良好的加工性能、理化性能和高硬度陶瓷化性。
8.为了进一步保证电缆料阻燃效果及高硬度成壳，优选，纳米陶瓷成壳剂的粒径为2～3μm；氢氧化铝和氢氧化镁的粒径均为1～1.5μm。
9.为了进一步保证电缆料的低温高硬度陶瓷化成壳阻燃性能，纳米陶瓷成壳剂的外表面由硅烷偶联剂单层包覆。
10.为了进一步提高电缆料的阻燃性能，氢氧化铝和氢氧化镁均为双层包覆，双层包覆包括内层和外层，内层包覆在氢氧化铝和氢氧化镁的外表面，外层包覆在内层的外表面，氢氧化铝和氢氧化镁的内层均为高分子聚合物包覆，氢氧化铝和氢氧化镁的外层均为钛酸脂偶联剂包覆。这样使得电缆料的加工性能，理化性能和高硬度陶瓷化成壳性能有了更进
一步的改善。
11.为了提高材料抗氧性，同时兼顾材料的综合性能，抗氧剂包括四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5～1份和2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯0.5～1份，所述份数为重量份数。
[0012]
为了进一步促进阻燃性能的提升，同时促进抗氧性和机械性能的提升，上述低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料的原料组份还包括：乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷1～2份，所述份数为重量份数。
[0013]
为了进一步保证电缆料的加工性能和理化性能，高密度聚乙烯为美国陶氏生产的l5850w；线性低密度聚乙烯为日本三井化学生产sp2040；乙烯-醋酸乙烯脂共聚物为美国杜邦0910hs；乙烯-辛烯共聚物弹性体为美国陶氏8200；马来酸酐接枝共聚物弹性体为上海久聚相容剂jct-1p。
[0014]
为了使电缆料更加均匀分散、其中的粉体成分能够更好的分撒开以发挥其材料自身优势、促进各个组分之间的阻燃协同效应，本技术采用了先进包覆处理技术，在进行密炼机与双螺杆造粒，上述低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料的制备方法具体包括如下步骤：
[0015]
a.将高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物、乙烯-辛烯共聚物弹性体、马来酸酐接枝共聚物弹性体和纳米陶瓷成壳剂加至高速混合机中混合10min，转速为1500r/min，再经过双螺杆挤出造粒机挤出，得到复合预混母粒；
[0016]
b.将所得复合预混母粒加至密炼机中，加入氢氧化铝、氢氧化镁、高岭土、硼酸锌、纳米蒙脱土、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯、硬脂酸、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和色母粒混炼，然后双阶造粒，最后风冷，即得低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料。
[0017]
上述制备方法可使各物料充分混合，且所得电缆料的均匀性显著提升，很好地解决了现有无机粉体分散性差的缺点，保证了材料理化性能合格及燃烧过程中高硬度陶瓷化成壳性。
[0018]
本发明未提及的技术均参照现有技术。
[0019]
本发明低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料，具有优异的机械性能和耐环境应力开裂性能，大大降低了电缆外护套加工厚度，保证材料在燃烧过程中形成高硬度陶瓷化成壳；该材料无任何卤素和重金属盐类化合物，确保该绝缘材料的环保特性；制备方法简单易操作。
具体实施方式
[0020]
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。
[0021]
下述各例中，高密度聚乙烯为美国陶氏生产的l5850w，线性低密度聚乙烯为日本三井化学生产sp2040，乙烯-醋酸乙烯脂共聚物为美国杜邦0910hs，乙烯-辛烯共聚物弹性体为美国陶氏8200，马来酸酐接枝共聚物弹性体为上海久聚相容剂jct-1p，色母粒为凯博特黑色母粒2762，高岭土为济南蒙润jyb-80，氢氧化铝为雅宝104leo，氢氧化镁为雅宝h-5，纳米蒙脱土为浙江丰宏dt-5，纳米陶瓷成壳剂为石家庄茂祥(等级a，粒径2～3μm)。
[0022]
实施例1
[0023]
一种低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料的原料包括如下组分：高密度聚乙烯30份，线性低密度聚乙烯30份，乙烯-醋酸乙烯脂共聚物20份，乙烯-辛烯共聚物弹性体8份，马来酸酐接枝共聚物弹性体10份，色母粒2份，纳米陶瓷成壳剂60份，高岭土15份，氢氧化铝30份，氢氧化镁13份，硼酸锌25份，纳米蒙脱土5份，四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份，2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯1份，硬脂酸1份和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷2份。
[0024]
上述低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料的制备方法，包括如下步骤：
[0025]
a.将高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物、乙烯-辛烯共聚物弹性体、马来酸酐接枝共聚物弹性体和纳米陶瓷成壳剂加至高速混合机中混合10min，转速为1500r/min，再经过双螺杆在150℃条件下挤出造粒机挤出，得到复合预混母粒；
[0026]
b.将所得预混母粒至于密炼机中，加入氢氧化铝、氢氧化镁、高岭土、硼酸锌、纳米蒙脱土、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯、硬脂酸、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和色母粒在密炼机中混炼，然后双阶造粒，最后风冷，即得到低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料；各段温度分别为：密炼机140℃，单螺杆挤出段100～110℃，双螺杆挤出段110～130℃。
[0027]
实施例2
[0028]
一种低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料的原料包括如下组分：高密度聚乙烯40份，线性低密度聚乙烯20份，乙烯-醋酸乙烯脂共聚物15份，乙烯-辛烯共聚物弹性体15份，马来酸酐接枝共聚物弹性体10份，色母粒2份，纳米陶瓷成壳剂70份，高岭土20份，氢氧化铝20份，氢氧化镁30份，硼酸锌20份，纳米蒙脱土4份，四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份，2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯1份，硬脂酸1份和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷2份。制备方法参照实施例1。
[0029]
实施例3
[0030]
一种低温成壳高硬度陶瓷化阻燃聚乙烯电缆料的原料包括如下组分：高密度聚乙烯40份，线性低密度聚乙烯20份，乙烯-醋酸乙烯脂共聚物15份，乙烯-辛烯共聚物弹性体15份，马来酸酐接枝共聚物弹性体10份，色母粒2份，纳米陶瓷成壳剂80份，高岭土30份，氢氧化铝15份，氢氧化镁15份，硼酸锌30份，纳米蒙脱土6份，四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份，2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯1份，硬脂酸1份和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷2份。制备方法参照实施例1。各实例制得材料性能检测见表1。
[0031]
表1实施例1-3所制得材料的性能表
[0032][0033]
通过上述实验可看出：
[0034]
1、纳米陶瓷成壳剂的用量，需与实际生产相协调，添加量在60～80phr之间，能起到良好的成壳效果，保证材料的阻燃性同时，材料具有优异的加工性能，适用于常用的45型挤出机、75型挤出机、120型挤出机、150型挤出机的加工；
[0035]
2、纳米陶瓷成壳剂粒径大小对粉体分散有重要影响，过小粒径导致材料团聚，影响阻燃成壳性；过大粒径影响材料加工表面及效率；
[0036]
3、采用的氢氧化镁、氢氧化铝为雅宝公司生产产品，该产品六角片状结构可以协效成碳作用。