一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料及制备方法 |
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| 申请号 | CN201710381024.X | 申请日 | 2017-05-25 | 公开(公告)号 | CN107200913A | 公开(公告)日 | 2017-09-26 |
| 申请人 | 李盛祥; | 发明人 | 李盛祥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种复合型热塑性无卤阻燃 电缆 材料及制备方法，该材料由如下重量份的原料组成：42～65重量份的 基础 材料、12～16重量份的阻燃协效剂、8～12重量份的 偶联剂 、3～11重量份的抗 氧 剂、2～18重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低 密度 聚合物 、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成。本发明环保且具有 阻燃性 好、无烟无毒、耐候性强、强度高、韧性好、弹性好、耐热、耐寒等优点，良好的耐环境应 力 开裂、耐撕裂强度等，并可以耐酸、 碱 、 有机 溶剂 等。可以满足电线电缆生产的需求；该材料的制备方法、工艺简单，材料成本较低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料，其特征在于，其由如下重量份的原料组成：42～65重量份的基础材料、12～16重量份的阻燃协效剂、8～12重量份的偶联剂、3～11重量份的抗氧剂、2～18重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成。 |
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| 说明书全文 | 一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料及制备方法技术领域[0001] 本发明涉及高分子化合物领域，尤其是涉及一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料及制备方法。 背景技术[0002] 随着人们环保意识的日益增强，电线、电缆的安全与环保，越来越受消费者的重视以及国家政府的特别关注。非环保的产品也将被边缘化，潜在的市场也将会被替代。以前市场上常用的电缆护套料以PE、PVC、橡胶为主，产品的物理机械性能、耐候性、防潮性能、环保性能等，与塑性弹性体(TPE)高分子材料相比确实有一定的差距。现塑料行业将塑性弹性体(TPE)高分子材料称之为第三类橡胶。它兼有塑料和橡胶之特性，可广泛应用于电力电缆、控制电缆、船用电缆、机场用电缆、光缆、信号电缆、核电缆等电缆领域。未来将逐步代替常规的PVC电缆料。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料及制备方法，其环保且具有阻燃性好、无烟无毒、耐候性强、强度高、韧性好、弹性好、耐热、耐寒等优点，良好的耐环境应力开裂、耐撕裂强度等，并可以耐酸、碱、有机溶剂等。可以满足电线电缆生产的需求；该材料的制备方法、工艺简单，材料成本较低。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料，其由如下重量份的原料组成：42～65重量份的基础材料、12～16重量份的阻燃协效剂、8～12重量份的偶联剂、3～11重量份的抗氧剂、2～18重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成。 [0005] 与现有技术相比，本发明提供的复合型热塑性无卤阻燃电缆材料利用了低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料各自的特性，满足了柔软性、弹性好、表面平滑性以及抗张强度好、伸长率高、耐老化性好、耐电压和电绝缘性好、热变形温度高的特殊性能；使产品可通过阻燃达到UL1581VW～1测试；使产品在燃烧时发烟量低、燃烧过程中形成致密炭层，可有效防止垂滴。与此同时，因产品的配料全部具有环保性，生产后能确保其完全符合RoHS、SVHC、PFOS&PFOA、16P、Halogen～free、PAHs等法规的要求。可用于制作的电线电缆护套，其制备方法简单易行，生产成本较低。 [0006] 本发明的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料由如下重量份的原料组成：46～55重量份的基础材料、13～15重量份的阻燃协效剂、9～11重量份的偶联剂、4～10重量份的抗氧剂、3～16重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成。 [0007] 本发明的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料由如下重量份的原料组成：48～53重量份的基础材料、14～15重量份的阻燃协效剂、9.5～10重量份的偶联剂、5～9重量份的抗氧剂、4～13重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成。 [0008] 本发明的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料由如下重量份的原料组成：49～51重量份的基础材料、14.1～15重量份的阻燃协效剂、9.5～9.8重量份的偶联剂、6～8重量份的抗氧剂、5～11重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成。 [0009] 本发明的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料中，所述基础材料中线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物的配比为：42～56：30～43：18～26。 [0010] 本发明的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料中，所述线性低密度聚合物选自第一组料中的任意3种以及第二组料中的任意3～5种； [0011] 所述第一组料包括LLDPE、VLDPE、ULDPE、纳米ACR四种材料； [0013] 本发明的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料中，当第一组料选择LLDPE、VLDPE、ULDPE时，LLDPE、VLDPE、ULDPE的配比为3.4-4.6：2.6-3.8：1.5-2.6； [0014] 当第一组料选择LLDPE、ULDPE、纳米ACR时，LLDPE、ULDPE、纳米ACR的配比为3.5-4.8：2.7-3.6：18-26； [0015] 当第一组料选择VLDPE、ULDPE、纳米ACR时，VLDPE、ULDPE、纳米ACR的配比为3.2-4.4：2.7-3.8：1.6-2.8； [0016] 当第二组料选择第二组料中任意三种材料的配比为：3.1-3.7：2.8-4.2：2.1-3.1； [0017] 当第二组料选择第二组料中任意五种材料的配比为：3.5-4.7：3.2-3.8：2.3-3.1：1.9-2.8：2.1-3.1。 [0018] 本发明的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料中，所述热塑性弹性聚合物在二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯或聚酰胺乙烯共聚物中任意取四种并按2.3-6.4：1.3-2.5：0.8-1.7：0.6-1.4配比。 [0019] 本发明的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料中，所述卤素材料共聚物在卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂中任意取三种并按2.6-4.3：3.1-5.2：0.6-1.7配比。 [0020] 制备一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料的方法，其包括如下步骤： [0021] S1、将线性低密度聚合物按配比混合造粒，得到基础母粒材料； [0022] S2、将热塑性弹性聚合物与卤素材料共聚物以嵌段共聚或成炭、膨胀原理，将其微胶囊化，确保满足UL标准中TPE电线使用要求、阻燃达到UL1581VW～1等级； [0023] S3、将步骤S1、S2获得的材料以160～250℃的温度密炼20～25分钟，使配方料熔解、粘合成型； [0025] 本发明技术方案通过多次试验，确定配比试制而成，为确保上述材料界面相容，强化界面柔性层的脱黏作用，在基体树脂中均匀分散作用，采用了二元加工(先密高温密炼、再混炼加工)，从而解决了由于上述填充材料造成的电缆料力学性能下降的问题，改善电缆料的综合性能。 [0026] 该制备方法具有以下有益效果： [0027] 1、采用二元加工(先密高温密炼、再混炼加工)与多步混合造粒工艺，可提高阻燃剂与基体材料的相容性。 [0028] 2、用热塑性弹性聚合物对卤素材料阻燃剂，实施表面包覆处理并添加偶联剂、抗氧剂、等高分子相容剂，增加了材料与基体材料的相互作用，保证材料有足够的拉伸强度，有效提高材料的断裂伸长率。 [0030] 综上所述，本发明公开的一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料及其制备方法，采用创新性的配方设计及其制备工艺，可获得优异性能的高效低烟无卤阻燃电缆料，具有配方新颖、技术效果优异、电缆料性能提升显著等特点。 具体实施方式[0031] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。 [0032] 本发明的第一实施方式提供了一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料，其由如下重量份的原料组成：43重量份的基础材料、14重量份的阻燃协效剂、9重量份的偶联剂、4重量份的抗氧剂、3重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成，其中，所述基础材料中线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物的配比为：42～56：30～43：18～26。 [0033] 值得一提的是，线性低密度聚合物选自LLDPE、VLDPE、ULDPE或纳米ACR，三种树脂材料： [0034] 方案1:LLDPE+VLDPE+ULDPE，按3.4-4.6：2.6-3.8：1.5-2.6配比组合； [0035] 方案2:LLDPE+ULDPE+纳米ACR，按3.5-4.8：2.7-3.6：18-26配比组合； [0036] 方案3:VLDPE+ULDPE+纳米ACR，按3.2-4.4：2.7-3.8：1.6-2.8配比组合； [0037] 另外在上述树脂材料，再添加高级丁烯、己烯、辛烯、四甲基戊烯、纳米硅烷、硅酸盐、硅铜粉中的任意3～5种材料组成,其中任意3种材料配比为3.1-3.7：2.8-4.2：2.1-3.1或其中任意5种材料配比为3.5-4.7：3.2-3.8：2.3-3.1：1.9-2.8：2.1-3.1。 [0038] 另外，所述热塑性弹性聚合物为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯或聚酰胺乙烯共聚物，任意取4种材料按2.3-6.4：1.3-2.5：0.8-1.7：0.6-1.4配比得到热塑性弹性聚合物： [0039] 方案1：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯； [0040] 方案2：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、聚酰胺乙烯； [0041] 方案3：二元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯、聚酰胺乙烯共聚物； [0042] 方案4：三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯、聚酰胺乙烯共聚物。 [0043] 其中，卤素材料共聚物为卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂中任意取3种材料按2.6-4.3：3.1-5.2：0.6-1.7配比而成： [0044] 方案1：卤化丁基橡胶、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂； [0045] 方案2：卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂； [0046] 方案3：卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂。 [0047] 制备前述复合型热塑性无卤阻燃电缆材料的方法，其包括如下步骤： [0048] S1、将线性低密度聚合物按配比混合造粒，得到基础母粒材料。 [0049] S2、将热塑性弹性聚合物与卤素材料共聚物以嵌段共聚或成炭、膨胀原理，将其微胶囊化，确保满足UL标准中TPE电线使用要求、阻燃达到UL1581VW～1等级；同时，可利用其稳定的物理与力学性能，还具有耐低温、耐PS/ABS迁移等多种特性。 [0050] S3、将步骤S1、S2获得的材料以160～250℃的温度密炼20～25分钟，使配方料熔解、粘合成型。 [0051] S4、将密炼好的配方料块输送至螺杆挤出机，经过160～260℃的高温密炼、再混炼加工、塑化处理，然后经过180～250℃的双阶高温挤出，最后分切成颗粒状、风冷后装袋，得到成品。 [0052] 从上述内容不难发现，本发明提供的复合型热塑性无卤阻燃电缆材料利用了低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料各自的特性，满足了柔软性、弹性好、表面平滑性以及抗张强度好、伸长率高、耐老化性好、耐电压和电绝缘性好、热变形温度高的特殊性能；使产品可通过阻燃达到UL1581VW～1测试；使产品在燃烧时发烟量低、燃烧过程中形成致密炭层，可有效防止垂滴。与此同时，因产品的配料全部具有环保性，生产后能确保其完全符合RoHS、SVHC、PFOS&PFOA、16P、Halogen～free、PAHs等法规的要求。可用于制作的电线电缆护套，其制备方法简单易行，生产成本较低。 [0053] 本发明的第二实施方式提供了一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料，其与第一实施方式的不同之处在于各原理的重量份不同，具体地讲，其如下重量份的原料组成：48重量份的基础材料、14重量份的阻燃协效剂、10重量份的偶联剂、6重量份的抗氧剂、8重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成，其中，所述基础材料中线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物的配比为：42～56：30～43：18～26。 [0054] 值得一提的是，线性低密度聚合物选自LLDPE、VLDPE、ULDPE或纳米ACR，三种树脂材料： [0055] 方案1:LLDPE+VLDPE+ULDPE，按3.4-4.6：2.6-3.8：1.5-2.6配比组合； [0056] 方案2:LLDPE+ULDPE+纳米ACR，按3.5-4.8：2.7-3.6：18-26配比组合； [0057] 方案3:VLDPE+ULDPE+纳米ACR，按3.2-4.4：2.7-3.8：1.6-2.8配比组合； [0058] 另外在上述树脂材料，再添加高级丁烯、己烯、辛烯、四甲基戊烯、纳米硅烷、硅酸盐、硅铜粉中的任意3～5种材料组成,其中任意3种材料配比为3.1-3.7：2.8-4.2：2.1-3.1或其中任意5种材料配比为3.5-4.7：3.2-3.8：2.3-3.1：1.9-2.8：2.1-3.1。 [0059] 另外，所述热塑性弹性聚合物为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯或聚酰胺乙烯共聚物，任意取4种材料按2.3-6.4：1.3-2.5：0.8-1.7：0.6-1.4配比得到热塑性弹性聚合物： [0060] 方案1：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯； [0061] 方案2：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、聚酰胺乙烯； [0062] 方案3：二元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯、聚酰胺乙烯共聚物； [0063] 方案4：三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯、聚酰胺乙烯共聚物。 [0064] 其中，卤素材料共聚物为卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂中任意取3种材料按2.6-4.3：3.1-5.2：0.6-1.7配比而成： [0065] 方案1：卤化丁基橡胶、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂； [0066] 方案2：卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂； [0067] 方案3：卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂。 [0068] 本发明的第三实施方式提供了一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料，其与第一实施方式的不同之处在于各原理的重量份不同，具体地讲，其由如下重量份的原料组成：50重量份的基础材料、14.5重量份的阻燃协效剂、9.8重量份的偶联剂、8重量份的抗氧剂、9重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成。 [0069] 值得一提的是，线性低密度聚合物选自LLDPE、VLDPE、ULDPE或纳米ACR，三种树脂材料： [0070] 方案1:LLDPE+VLDPE+ULDPE，按3.4-4.6：2.6-3.8：1.5-2.6配比组合； [0071] 方案2:LLDPE+ULDPE+纳米ACR，按3.5-4.8：2.7-3.6：18-26配比组合； [0072] 方案3:VLDPE+ULDPE+纳米ACR，按3.2-4.4：2.7-3.8：1.6-2.8配比组合； [0073] 另外在上述树脂材料，再添加高级丁烯、己烯、辛烯、四甲基戊烯、纳米硅烷、硅酸盐、硅铜粉中的任意3～5种材料组成,其中任意3种材料配比为3.1-3.7：2.8-4.2：2.1-3.1或其中任意5种材料配比为3.5-4.7：3.2-3.8：2.3-3.1：1.9-2.8：2.1-3.1。 [0074] 另外，所述热塑性弹性聚合物为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯或聚酰胺乙烯共聚物，任意取4种材料按2.3-6.4：1.3-2.5：0.8-1.7：0.6-1.4配比得到热塑性弹性聚合物： [0075] 方案1：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯； [0076] 方案2：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、聚酰胺乙烯； [0077] 方案3：二元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯、聚酰胺乙烯共聚物； [0078] 方案4：三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯、聚酰胺乙烯共聚物。 [0079] 其中，卤素材料共聚物为卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂中任意取3种材料按2.6-4.3：3.1-5.2：0.6-1.7配比而成： [0080] 方案1：卤化丁基橡胶、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂； [0081] 方案2：卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂； [0082] 方案3：卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂。 [0083] 本发明的第四实施方式提供了一种复合型热塑性无卤阻燃电缆材料，其与第一实施方式的不同之处在于各原理的重量份不同，具体地讲，其由如下重量份的原料组成：50重量份的基础材料、14.8重量份的阻燃协效剂、9.7重量份的偶联剂、7重量份的抗氧剂、10重量份的改性填充材料，所述基础材料由线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物组成，其中，所述基础材料中线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物的配比为：42～56：30～43：18～26。 [0084] 值得一提的是，线性低密度聚合物选自LLDPE、VLDPE、ULDPE或纳米ACR，三种树脂材料： [0085] 方案1:LLDPE+VLDPE+ULDPE，按3.4-4.6：2.6-3.8：1.5-2.6配比组合； [0086] 方案2:LLDPE+ULDPE+纳米ACR，按3.5-4.8：2.7-3.6：18-26配比组合； [0087] 方案3:VLDPE+ULDPE+纳米ACR，按3.2-4.4：2.7-3.8：1.6-2.8配比组合； [0088] 另外在上述树脂材料，再添加高级丁烯、己烯、辛烯、四甲基戊烯、纳米硅烷、硅酸盐、硅铜粉中的任意3～5种材料组成,其中任意3种材料配比为3.1-3.7：2.8-4.2：2.1-3.1或其中任意5种材料配比为3.5-4.7：3.2-3.8：2.3-3.1：1.9-2.8：2.1-3.1。 [0089] 另外，所述热塑性弹性聚合物为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯或聚酰胺乙烯共聚物，任意取4种材料按2.3-6.4：1.3-2.5：0.8-1.7：0.6-1.4配比得到热塑性弹性聚合物： [0090] 方案1：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯； [0091] 方案2：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、聚酰胺乙烯； [0092] 方案3：二元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯、聚酰胺乙烯共聚物； [0093] 方案4：三元乙丙橡胶、硅橡胶、反式聚异戊二烯、聚酰胺乙烯共聚物。 [0094] 其中，卤素材料共聚物为卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂中任意取3种材料按2.6-4.3：3.1-5.2：0.6-1.7配比而成： [0095] 方案1：卤化丁基橡胶、氮磷复合阻燃剂以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂； [0096] 方案2：卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁以及三聚氰胺氰脲酸盐为气源的氮类复配型无卤阻燃剂； [0097] 方案3：卤化丁基橡胶、氢氧化铝/镁、氮磷复合阻燃剂。 [0098] 本发明以线性低密度聚合物、热塑性弹性聚合物、卤素材料共聚物为基础材料、阻燃协效剂、偶联剂、抗氧剂、改性填充材料。利用热塑性弹性聚合、卤素材料，能抑制塑化材料燃烧滴垂的特性；既使燃烧时发烟量在300以下、不释放有毒或腐蚀性气体的特点。以车间性能最稳定的工艺制备及材料配方，再加以精密混炼、双阶挤出塑化等手段，解决各种材料的相熔性，以提高产品综合性能。 [0099] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。 |
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