一種低煙阻燃聚氯乙烯電纜料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低煙阻燃聚氯乙烯電纜料，它是由以下重量份比的組分構(gòu)成：聚氯乙烯100份，消煙阻燃劑5-20份，增塑劑40份，偶聯(lián)劑1份，穩(wěn)定劑5份，潤滑劑1份；其中消煙阻燃劑為鐵酸鉍或鐵酸鉍與氫氧化鎂按質(zhì)量比為1-3:19-1組成的混合物。同時，本發(fā)明還提供了該電纜料的制備方法：（a）按上述組分及重量份比稱量；（b）將聚氯乙烯及消煙阻燃劑在80-110℃下烘干1-3h；（c）將烘干后的聚氯乙烯及消煙阻燃劑與增塑劑、偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑混合，攪拌均勻，加入到雙螺桿擠出機(jī)制粒即可。本發(fā)明配方科學(xué)合理、生產(chǎn)工藝簡單易操作，成本低，制備的電纜料具有優(yōu)異的阻燃低煙性能，適于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。
【專利說明】一種低煙阻燃聚氯乙烯電纜料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電纜料及其制備方法，具體地說是一種低煙阻燃聚氯乙烯電纜料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電纜料是電線電纜絕緣及護(hù)套用的材料，其包括了橡膠、塑料、尼龍等多個品種。如果電纜料的阻燃性能較差的話，電纜在長期工作中容易積聚熱量，從而引發(fā)火災(zāi)，而一旦發(fā)生火災(zāi)，對人造成危害的直接因素往往不是火災(zāi)的高溫，而是電纜料燃燒產(chǎn)生的大量煙霧，因?yàn)檫@些煙霧中不僅含有大量的有毒物質(zhì)，而且高濃度的煙霧足以使人缺氧窒息。因此，行業(yè)內(nèi)對電纜料的阻燃性、排煙量以及煙密度提出了更高的要求。
[0003]目前，電纜料中應(yīng)用最為廣泛的是聚氯乙烯電纜料，它是以聚氯乙烯為基料，加入各種配料制備而成的復(fù)合材料。為增加其阻燃性能，技術(shù)人員一般會在其配料中加入特定比例的阻燃劑。目前在聚氯乙烯電纜料中添加的阻燃劑主要有兩類:①無機(jī)金屬氫氧化物類阻燃劑，如氫氧化鋁、氫氧化鎂等；這類阻燃劑具有價格低廉、無毒、不易揮發(fā)、阻燃等優(yōu)點(diǎn)；但是存在使用量較大、阻燃消煙性能有限的問題金屬氧化物類阻燃劑，如三氧化二銻、三氧化二鐵等；這類阻燃劑與鹵化物等其他阻燃劑并用具有一定的阻燃效果，但是其價格相對較高，而且金屬氧化物在燃燒過程中會產(chǎn)生的大量的黑煙，安全性較差。此外，也有采用過渡金屬鹽類如錫酸鋅、羥基錫酸鋅作為阻燃劑，但是這類阻燃劑價格相對較高，而且消煙性能相對較差，所以其推廣應(yīng)用較為困難。因此，能夠研發(fā)一種阻燃性能好、價格低廉以及燃燒時產(chǎn)煙量較小的電纜料，是行業(yè)內(nèi)積極探索的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是提供一種低煙阻燃聚氯乙烯電纜料及其制備方法，以解決現(xiàn)有電纜料阻燃性能差、燃燒產(chǎn)煙量大以及生產(chǎn)成本高的問題。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種低煙阻燃聚氯乙烯電纜料，它是由以下重量份比的組分構(gòu)成:聚氯乙烯(PVC) 100份，消煙阻燃劑5-20份，增塑劑40份，偶聯(lián)劑1份，穩(wěn)定劑5份，潤滑劑1份；其中:
所述消煙阻燃劑為鐵酸鉍(BiFeO3)或鐵酸鉍(BiFeO3)與氫氧化鎂(Mg (OH) 2)按質(zhì)量比為1-3: 19-1組成的混合物；
所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)；
所述偶聯(lián)劑為雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯(NDZ-311);
所述穩(wěn)定劑為二月桂酸二丁基錫；
所述潤滑劑為硬脂酸和硬脂酸鈣按質(zhì)量比為1:1組成的混合物。
[0006]本發(fā)明中所述消煙阻燃劑為單一基質(zhì)鐵酸鉍時，其優(yōu)選重量份比為10-20份，在此優(yōu)選條件下，制備的聚氯乙烯電纜料阻燃效果性能良好，測得的極限氧指數(shù)(LOI)為
28.8-31.1%、燃燒時煙密度等級(SDR)為72.2-71.6% ;其重量份比更優(yōu)選為15-20份，制備的聚氯乙烯電纜料阻燃性能較好，測得的極限氧指數(shù)(LOI)為29.8-31.1%、燃燒時煙密度等級(SDR)為71.4-71.6% ;其重量份比進(jìn)一步優(yōu)選為20份，制備的聚氯乙烯電纜料的阻燃消煙綜合性能達(dá)到最好，測得其極限氧指數(shù)(LOI)為31.1%，燃燒時煙密度等級(SDR)為71.6%。
[0007]本發(fā)明所述消煙阻燃劑為鐵酸鉍與氫氧化鎂組成的混合物時，其鐵酸鉍與氫氧化鎂按質(zhì)量比優(yōu)選為1-3: 3-1，在此優(yōu)選的添加量下，制備的電纜料的極限氧指數(shù)(LOI)為
29.0-29.9%，燃燒時煙密度等級(SDR)為71.9-73.8%，這與其他復(fù)配比例相比具有更好的阻燃及消煙性能，其鐵酸鉍與氫氧化鎂按質(zhì)量比更優(yōu)選為3:1時，制備的電纜料在所有復(fù)配比例中其阻燃及消煙性能均達(dá)到最佳，其極限氧指數(shù)(LOI)為29.9%，燃燒時煙密度等級(SDR)為 71.9% ο
[0008]本發(fā)明所述低煙阻燃聚氯乙烯電纜料的制備方法，包括以下步驟:
Ca)按照上述組分及重量份比稱取各組分；
(b)將聚氯乙烯及消煙阻燃劑在80-110°C下烘干1-3h ；
(c)將烘干后 的聚氯乙烯及消煙阻燃劑與增塑劑、偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑混合，攪拌均勻，加入到雙螺桿擠出機(jī)制粒料。
[0009]本發(fā)明中步驟(C)所述雙螺桿擠出機(jī)從喂料口、第二加熱段、第三加熱段、第四加熱段到機(jī)頭的溫度設(shè)置為165°C、170°C、175°C、170°C、170°C，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為40 r/min。
[0010]本發(fā)明以聚氯乙烯為基料，從組分配方相互協(xié)同達(dá)到消煙阻燃效果的角度出發(fā)，選擇了消煙阻燃劑、增塑劑、偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑及潤滑劑，尤其選擇了鐵酸鹽中的BiFeO3或BiFeO3與Mg(OH)2特定比例的混合物作為消煙阻燃劑，通過特定的配方比例及制備方法，制得了一種具有低煙及阻燃性能的聚氯乙烯電纜料。該電纜料通過測試可知，具有較高的極限氧指數(shù)，較低的燃燒煙密度等級，以及較小的燃燒熱釋放量和煙釋放量，因此，將其用于工業(yè)生產(chǎn)將具有很大的社會價值及經(jīng)濟(jì)效益。
[0011]本發(fā)明組分配方科學(xué)合理、生產(chǎn)工藝簡單易操作，制備的電纜料具有優(yōu)異的低煙性和阻燃性，而且所用消煙阻燃劑的添加量較小，生產(chǎn)成本較低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為實(shí)施例1制備的電纜料與對比例的熱釋放率對比圖。
[0013]圖2為實(shí)施例1制備的電纜料與對比例的總熱釋放量對比圖。
[0014]圖3為實(shí)施例1制備的電纜料與對比例的煙釋放率對比圖。
[0015]圖4為實(shí)施例1制備的電纜料與對比例的總煙釋放量對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面實(shí)施例用于進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。
[0017]實(shí)施例1
(1)將100g聚氯乙烯及消煙阻燃劑BiFeO3 20 g在100°C的鼓風(fēng)干燥箱中烘干I小
時；
(2)將步驟(1)得到的聚氯乙烯及BiFeO3與40g DOPU g NDZ-31U5 g 二月桂酸二丁基錫、0.5 g硬脂酸、0.5 g硬脂酸鈣放入高速混合機(jī)中，機(jī)械攪拌混合均勻；(3)將步驟(2)機(jī)械攪拌后的混合物加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混，擠出造粒，其擠出機(jī)從喂料口到機(jī)頭的溫度設(shè)置為165°C、170°C、175°C、170°C、170°C，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為40r/min。其制備的電纜料的熱釋放率、總熱釋放量、煙釋放率、總煙釋放量分別如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
[0018]實(shí)施例2
(I)將100 g聚氯乙烯及BiFeO3 I g及Mg(OH)2 19 g在80°C的鼓風(fēng)干燥箱中烘干3
小時；
(2)將步驟(1)得到的聚氯乙烯及BiFeO3與40g DOPU g NDZ-31U5 g 二月桂酸二丁基錫、0.5 g硬脂酸、0.5 g硬脂酸鈣放入高速混合機(jī)中，機(jī)械攪拌混合均勻；
(3)將步驟(2)機(jī)械攪拌后的混合物加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混，擠出造粒，其擠出機(jī)從喂料口到機(jī)頭的溫度設(shè)置為165°C、170°C、175°C、170°C、170°C，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為40r/min。
[0019]實(shí)施例3
(1)將100g聚氯乙烯及BiFeO3 3 g及Mg(OH)2 17 g在110°C的鼓風(fēng)干燥箱中烘干
1.5小時；
(2)將步驟(1)得到的聚氯乙烯及BiFe03與40g DOPU g NDZ-31U5 g 二月桂酸二丁基錫、0.5 g硬脂酸、0.5 g硬脂酸鈣放入高速混合機(jī)中，機(jī)械攪拌混合均勻；
(3)將步驟(2)機(jī)械攪拌后的混合物加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混，擠出造粒，其擠出機(jī)從喂料口到機(jī)頭的溫度設(shè)置為165°C、170°C、175°C、170°C、170°C，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為40r/min。
[0020]實(shí)施例4
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為5 g的BiFeO3和15 g的Mg (OH) 2組成的混合物，其他同實(shí)施例1。
[0021]實(shí)施例5
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為10 g的BiFeO3和10 g的Mg (OH) 2組成的混合物，其他同實(shí)施例1。
[0022]實(shí)施例6
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為15 g的BiFeO3和5 g的Mg (OH) 2組成的混合物，其他同實(shí)施例1。
[0023]實(shí)施例7
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為15 g的BiFeO3，其他同實(shí)施例1。
[0024]實(shí)施例8
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為10 g的BiFeO3，其他同實(shí)施例1。
[0025]實(shí)施例9
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為5 g的BiFeO3，其他同實(shí)施例1。
[0026]對比例I
未添加消煙阻燃劑，其他同實(shí)施例1。其制備的電纜料的熱釋放率、總熱釋放量、煙釋放率、總煙釋放量分別如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
[0027]對比例2將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為20 g的Mg(OH)2，其他同實(shí)施例1。
[0028]對比例3
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為20 g的ZnFe2O4，其他同實(shí)施例1。其制備的電纜料的熱釋放率、總熱釋放量、煙釋放率、總煙釋放量分別如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
[0029]對比例4
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為20 g的LaFeO3，其他同實(shí)施例1。其制備的電纜料的熱釋放率、總熱釋放量、煙釋放率、總煙釋放量分別如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
[0030]對比例5
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為20 g的NiFe2O4，其他同實(shí)施例1。
[0031]對比例6
將實(shí)施例1中的消煙阻燃劑替換為20 g的CuFe2O4，其他同實(shí)施例1。
[0032]實(shí)施例10本發(fā)明所制備的電纜料的性能檢測
實(shí)驗(yàn)方法:將實(shí)施例及對比例得到的聚氯乙烯電纜樣料顆粒在90°C的烘箱中烘干2小時，分別注塑如下三種規(guī)格尺寸的樣條:140mmX 6mmX 3mm, 25.3謹(jǐn)X 25.3mmX 6.0rnm-100mmXIOO _X3mm，注射溫度為180°C，模具溫度為常溫。
[0033](I)極限氧指數(shù)(LOI):在氮氧混合氣體中，維持樣品燃燒所需的最小氧氣百分?jǐn)?shù)，用來表征樣品的阻燃效果。以尺寸為140mmX6mmX3mm的樣條為測試樣品，根據(jù)ASTMD2863-2000標(biāo)準(zhǔn)，使用HC-2氧指數(shù)儀(南京江寧分析儀器廠)測定樣品的LOI，其結(jié)果見表
1
[0034](2)煙密度等級(SDR):通過測定樣品燃燒產(chǎn)生的煙霧對光的阻擋率來確定煙的濃度的大小。以尺寸為25.3mmX25.3mmX6.0mm的樣條為測試樣品，按GB /T 862721999標(biāo)準(zhǔn)，使用南京江寧分析儀器廠的JCY21型建材煙密度測試儀測定樣品的SDR，其結(jié)果見表
1
[0035](3)錐形量熱測定:將實(shí)施例1及對比例1、3和4制得電纜料按上述方法制成尺寸為100 mmXIOO mmX3mm的樣條，以所得樣條為測試樣品，按照ISO 5660-1標(biāo)準(zhǔn)利用英國FTT公司Stanton Redcroft錐形量熱儀測試樣品的熱釋放速率(HRR)、總熱釋放量(THR)、煙釋放速率(SPR)及總煙釋放量(TSP)參數(shù)，其結(jié)果見圖1- 4。
[0036]從圖1-4可知，在錐形量熱測量結(jié)果中，幾種典型的鐵酸鹽中BiFeO3的熱釋放速率、總熱釋放量、煙釋放速率及總煙釋放量數(shù)值綜合相對最低，說明以BiFeO3作為消煙阻燃劑其制備的電纜料是一種低煙、安全性最好的材料。
[0037]檢測結(jié)果:
表1本發(fā)明及對比例制備的電纜料的阻燃性及消煙性能結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種低煙阻燃聚氯乙烯電纜料，其特征在于，它是由以下重量份比的組分構(gòu)成--聚氯乙烯100份，消煙阻燃劑5-20份，增塑劑40份，偶聯(lián)劑1份，穩(wěn)定劑5份，潤滑劑1份；其中: 所述消煙阻燃劑為鐵酸鉍或鐵酸鉍與氫氧化鎂按質(zhì)量比為1-3: 19-1組成的混合物； 所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯； 所述偶聯(lián)劑為雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯； 所述穩(wěn)定劑為二月桂酸二丁基錫； 所述潤滑劑為硬脂酸和硬脂酸鈣按質(zhì)量比為1:1組成的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低煙阻燃聚氯乙烯電纜料，其特征在于，所述消煙阻燃劑為10-20份的鐵酸鉍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低煙阻燃聚氯乙烯電纜料，其特征在于，所述消煙阻燃劑為15-20份的鐵酸鉍。
4.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的低煙阻燃聚氯乙烯電纜料，其特征在于，所述消煙阻燃劑為20份的鐵酸鉍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低煙阻燃聚氯乙烯電纜料，其特征在于，所述消煙阻燃劑為鐵酸鉍與氫氧化鎂按質(zhì)量比為1-3: 3-1組成的混合物，所述混合物為20份。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低煙阻燃聚氯乙烯電纜料，其特征在于，所述消煙阻燃劑為鐵酸鉍與氫氧化鎂按質(zhì)量比為3:1組成的混合物，所述混合物為20份。
7.—種權(quán)利要求1所述的低煙阻燃聚氯乙烯電纜料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (a)按照權(quán)利要求1所述的組分及重量份比稱取各組分； (b)將聚氯乙烯及消煙阻燃劑在80-110°C下烘干1-3h ； (c)將烘干后的聚氯乙烯及消煙阻燃劑與增塑劑、偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑混合，攪拌均勻，加入到雙螺桿擠出機(jī)制粒即可。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述低煙阻燃聚氯乙烯電纜料的制備方法，其特征在于，步驟(c)所述雙螺桿擠出機(jī)從喂料口、第二加熱段、第三加熱段、第四加熱段到機(jī)頭的溫度分別設(shè)置為165°C、170°C、175°C、170°C、170°C，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為 40 r/min。
【文檔編號】C08K3/24GK103980637SQ201410251915
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】屈紅強(qiáng), 韓麗靜, 劉曉威, 徐建中 申請人:河北大學(xué)