專利名稱：一種熱塑性無(wú)鹵低煙阻燃電纜絕緣料及加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電線電纜工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明，具體為一種熱塑性無(wú)鹵低煙阻燃電纜絕緣料及加工工藝，應(yīng)用于電線電纜的絕緣層，具有阻燃、抑煙、無(wú)鹵、無(wú)毒等功能特點(diǎn)。也可用于家用電器、電子、建筑等領(lǐng)域，是一種新型環(huán)保型高分子功能材料。
背景技術(shù)：
高分子材料在我們的日常生活中隨處可見(jiàn)，如電線電纜、電器開(kāi)關(guān)、遙控器、電視機(jī)、洗衣機(jī)外殼等都采用此類材料。塑料都易燃燒，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的有害氣體和煙，由此帶來(lái)的火災(zāi)隱患已成為全球關(guān)注的問(wèn)題。美國(guó)是最早限制高分子材料燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧和有毒氣體的國(guó)家，但由于種種原因并未付諸實(shí)施。進(jìn)入八十年代后期，在世界范圍內(nèi)由于大量使用高分子材料而導(dǎo)致的火災(zāi)隱患成為日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題，引起了各國(guó)政府的高度重視。目前我國(guó)工業(yè)上所用阻燃劑近80％為含鹵阻燃劑，特別是以多溴二苯醚和多溴聯(lián)苯類物質(zhì)為代表的含溴阻燃劑效率高、用量少，對(duì)材料的性能影響小，且價(jià)格適中，其效能/價(jià)格比非其他阻燃劑所能匹敵，因此我國(guó)供出口電子電氣類產(chǎn)品中70％～80％都用此類阻燃劑。但據(jù)報(bào)道，用多溴二苯醚阻燃的塑料，在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生多溴代苯并呋喃(PBDF)，此物質(zhì)具有強(qiáng)致癌作用，這就是西方國(guó)家所稱的″Dioxin Is-sue″，因此使用受到限制。同時(shí)用其(溴-銻系統(tǒng))阻燃的高分子材料在熱裂解及燃燒時(shí)會(huì)生成大量的煙塵及腐蝕性氣體，目前國(guó)外已大量使用無(wú)鹵阻燃劑對(duì)其替代。我國(guó)必須大力發(fā)展無(wú)鹵阻燃劑才能適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，特別是歐盟這一禁令的出臺(tái)，勢(shì)必加快無(wú)鹵阻燃劑在我國(guó)的應(yīng)用進(jìn)程。如果到2006年7月1日，我國(guó)的電視、冰箱、洗衣機(jī)外殼等部件所用高分子材料中仍使用多溴二苯醚和多溴聯(lián)苯類阻燃劑，那么來(lái)自中國(guó)的家電產(chǎn)品將被歐盟市場(chǎng)拒之門外。
我國(guó)此方面研究起步較晚，在產(chǎn)量和品種結(jié)構(gòu)上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距。目前，國(guó)內(nèi)無(wú)鹵阻燃劑的研究和發(fā)展的重點(diǎn)集中在無(wú)機(jī)阻燃劑、紅磷微膠囊化、膨脹型阻燃劑等領(lǐng)域，并取得了一定的成果。
阻燃材料按其使用阻燃劑種類及燃燒時(shí)產(chǎn)生的鹵素氣體逸出量和發(fā)煙量可分為一般型阻燃材料、低鹵型阻燃材料、低鹵低煙型阻燃材料和無(wú)鹵低煙型阻燃材料。
當(dāng)前在我國(guó)乃至全世界，對(duì)各種塑料的阻燃技術(shù)，主要是以溴類阻燃劑為主，首當(dāng)其沖的是十溴二苯醚，簡(jiǎn)稱DBDPO。這種阻燃劑含溴量高，有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。由于其分解溫度大于350℃，與各種高聚物的分解溫度相匹配，因而能于最佳時(shí)刻在氣相及凝聚相同時(shí)起阻燃作用，不僅添加量小，且阻燃效果好。但在燃燒時(shí)能產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，近年來(lái)已遭到一些國(guó)家抵制使用。
無(wú)鹵低煙型阻燃材料在燃燒時(shí)不產(chǎn)生腐蝕性的有害氣體，發(fā)煙量也極小，在火災(zāi)事故中可以將由材料燃燒而造成的災(zāi)害和損失降到最低限度，即解決了材料燃燒時(shí)造成的所謂“二次災(zāi)害”。正是由于無(wú)鹵低煙型系列材料具有上述優(yōu)越性，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一些重要場(chǎng)所用的阻燃和耐火電纜正逐步趨向于無(wú)鹵低煙型發(fā)展，如艦船、石油鉆井平臺(tái)、地鐵、地下街、機(jī)場(chǎng)、大型醫(yī)院、高層建筑和核(火)電站等。我國(guó)的秦山核電廠、大亞灣核電廠、上海地鐵一號(hào)線、北京新東安商場(chǎng)和工商總行大廈等工程也都采用了無(wú)鹵低煙型電纜。
使用無(wú)機(jī)阻燃劑要達(dá)到阻燃抑煙效果，往往需高添加量(50％以上)，對(duì)材料的機(jī)械性能影響較大，因技術(shù)方面原因，我國(guó)在使用無(wú)機(jī)阻燃劑方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外，現(xiàn)重要場(chǎng)合使用的無(wú)鹵低煙材料主要靠進(jìn)口，也限制了無(wú)鹵低煙阻燃材料的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱塑性無(wú)鹵低煙阻燃電纜絕緣料及加工工藝，由選擇納米無(wú)機(jī)阻燃劑及無(wú)機(jī)晶須材料出發(fā)，經(jīng)過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)粉體的表面處理，提高表面活性，及對(duì)配方的科學(xué)設(shè)計(jì)，確定適宜的加工工藝和方法，合成熱塑性無(wú)鹵低煙阻燃電纜絕緣料。本發(fā)明技術(shù)針對(duì)影響材料機(jī)械性能這一關(guān)鍵，使用了納米無(wú)機(jī)材料劑晶須增強(qiáng)材料，并針對(duì)性進(jìn)行表面改性處理，為無(wú)鹵低煙阻燃材料的發(fā)展開(kāi)辟了一條新途徑。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種熱塑性無(wú)鹵低煙阻燃電纜絕緣料，基材選用聚乙烯共聚物、改性乙丙橡膠之一或混配，無(wú)機(jī)阻燃劑選用納米氫氧化鎂或超細(xì)氫氧化鋁，同時(shí)選用鎂鹽晶須，按重量份數(shù)計(jì)，100份聚乙烯共聚物和/或改性乙丙橡膠；70-140份納米氫氧化鎂或氫氧化鋁；0-60份鎂鹽晶須，其它助劑3-8份。
所述聚乙烯共聚物占0-20份，改性乙丙橡膠占80-100份。
所述聚乙烯共聚物包括聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯；改性乙丙橡膠包括二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠。
所述納米氫氧化鎂為市購(gòu)產(chǎn)品，平均粒徑≤500nm；超細(xì)氫氧化鋁平均粒徑≤5μm；鎂鹽晶須為堿式硫酸鎂鹽晶須，晶須材料的長(zhǎng)徑比為20-130。
所述助劑采用常規(guī)助劑，包括表面處理劑1-5份，著色劑1-3份、潤(rùn)滑劑1-3份。
所述表面處理劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑或硬脂酸類偶聯(lián)劑之一或混配。
所述硅烷偶聯(lián)劑包括硅烷172、171或H55偶聯(lián)劑，鈦酸酯類包括鈦酸酯或鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑，硬脂酸類包括硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂或硬脂酸鈉。
所述著色劑為炭黑、白炭黑或群青之一或混配；潤(rùn)滑劑為石醋。
所述電纜絕緣料的加工工藝，將材料在高速攪拌混合機(jī)內(nèi)混合，粉體表面經(jīng)有機(jī)化處理(表面處理劑處理)，溫度為100～120℃，其轉(zhuǎn)速為100～200rpm，混合完全后，使用雙螺桿擠出機(jī)，各區(qū)溫度130-160℃，一次加工完成，風(fēng)冷或水冷后切粒，表面光滑平整。
本發(fā)明的有益效果如下1、本發(fā)明以聚烯烴類樹脂為基料，加入無(wú)鹵、無(wú)毒阻燃劑(納米氫氧化鎂或氫氧化鋁)及無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)材料為主組元，并添加適當(dāng)?shù)闹鷦?，?jīng)配比、混煉、塑化、造粒而制成。其技術(shù)特點(diǎn)是不含鹵素、磷、鉛及其它重金屬，具有良好的機(jī)械性能，加工性能及優(yōu)越的阻燃性能，同時(shí)具有優(yōu)異的熱變形、熱老化及熱沖擊性能。制成的電纜具有高度的安全性和可靠性，能順利通過(guò)A類以上燃燒試驗(yàn)。適用于長(zhǎng)期工作溫度在70℃-105℃的艦船電纜、核電站電纜、高層建筑用電力及控制電纜等。
2、本發(fā)明關(guān)鍵技術(shù)為設(shè)計(jì)配方中加入的無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)材料及加工工藝方法。
(1)配方技術(shù)該技術(shù)采用國(guó)產(chǎn)聚乙烯共聚物及改性乙丙橡膠為基材，選用我國(guó)優(yōu)勢(shì)資源無(wú)機(jī)阻燃劑(納米氫氧化鎂、氫氧化鋁)，添加鎂鹽晶須增強(qiáng)材料，合成的熱塑性無(wú)鹵低煙阻燃電纜絕緣料。在配方的設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)調(diào)整不同材料的配比，達(dá)到突出某一性能的目的。合成材料無(wú)鹵、無(wú)毒，具有良好的機(jī)械性能、加工性能及優(yōu)越的阻燃性能，同時(shí)具有優(yōu)異的熱變形、熱老化及熱沖擊性能。到目前此技術(shù)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。
(2)加工技術(shù)通過(guò)對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的螺桿組合進(jìn)行調(diào)整，保證晶須材料的長(zhǎng)徑比≥20，確定加工溫度在130-160℃，料粒表面光滑平整，制成的電纜具有高度的安全性和可靠性，能順利通過(guò)單根水平及垂直燃燒試驗(yàn)。
3、本發(fā)明合理選用基材和無(wú)機(jī)阻燃劑，并對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑進(jìn)行表面有機(jī)化處理，提高配伍性，適量添加鎂鹽晶須，提高材料的機(jī)械性能。整體配方體現(xiàn)阻燃、低煙、無(wú)鹵、無(wú)毒。選取最佳加工工藝條件，產(chǎn)品一次加工，達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)，外觀φ4mm×4mm顆粒，顏色可調(diào)；拉伸強(qiáng)度＞12MPa；斷裂伸長(zhǎng)率200-400％，氧指數(shù)＞30％。


圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示本發(fā)明工藝流程示意圖，以聚乙烯共聚物和/或改性乙丙橡膠為基料，加入無(wú)鹵、無(wú)毒阻燃劑(納米氫氧化鎂或氫氧化鋁)及無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)材料為主組元，并添加適當(dāng)?shù)闹鷦?，?jīng)配比、混煉、塑化、造粒而制成。
實(shí)施例1步驟一配方設(shè)計(jì)A三元乙丙橡膠100克；B粒度為3μm的氫氧化鋁90克，鎂鹽晶須30克，其直徑為1μm，晶須材料的長(zhǎng)徑比為80；C硅烷172偶聯(lián)劑2克、硬脂酸鋅3克；D炭黑2克、石蠟1克。
將A、B、C、D放入高速攪拌混合機(jī)內(nèi)攪拌均勻，溫度為100～120℃，其轉(zhuǎn)速為100～200rpm，混合完全。
步驟二加工將雙螺桿擠出機(jī)加熱段溫度控制在150℃，將步驟一混合好的料加入，一次加工完成，擠出后風(fēng)冷或水冷后切粒。
步驟三測(cè)試結(jié)果將料粒擠出壓片，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或IEC等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)試并達(dá)到下列相關(guān)技術(shù)性能指標(biāo)拉伸強(qiáng)度12.5MPa斷裂伸長(zhǎng)率260％熱老化性能(136℃×168h)拉伸強(qiáng)度變化率+5斷裂伸長(zhǎng)率變化率-5低溫沖擊失效數(shù)0/15體積電阻率20℃9.0×1013Ω·m；90℃3.5×1012Ω·m介電強(qiáng)度27KV/mm氧指數(shù)30密度1.25g/cm3實(shí)施例2步驟一配方設(shè)計(jì)A三元乙丙橡膠80克、聚乙烯20克；B納米氫氧化鎂80克，鎂鹽晶須40克，其直徑為1μm，晶須材料的長(zhǎng)徑比為70；C硅烷171偶聯(lián)劑2克；D炭黑2克、石蠟1克。
將A、B、C、D放入高速攪拌混合機(jī)內(nèi)攪拌均勻，溫度為100～120℃，其轉(zhuǎn)速為100～200rpm，混合完全。
步驟二加工將雙螺桿擠出機(jī)加熱段溫度控制在140℃，將步驟一混合好的料加入，一次加工完成，擠出后風(fēng)冷或水冷后切粒。
步驟三測(cè)試結(jié)果將料粒擠出壓片，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或UL94等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)試并達(dá)到下列相關(guān)技術(shù)性能指標(biāo)拉伸強(qiáng)度12.5MPa斷裂伸長(zhǎng)率300％熱老化性能(136℃×168h)拉伸強(qiáng)度變化率+5斷裂伸長(zhǎng)率變化率-5低溫沖擊失效數(shù)0/15體積電阻率20℃9.0×1013Ω·m；90℃3.5×1012Ω·m介電強(qiáng)度27KV/mm氧指數(shù)37密度1.22g/cm3實(shí)施例3步驟一配方設(shè)計(jì)A乙丙橡膠100克；B納米氫氧化鎂100克；C硅烷偶聯(lián)劑2克；D白炭黑3克、石蠟2克。
將A、B、C、D放入高速攪拌混合機(jī)內(nèi)攪拌均勻，溫度為100～120℃，其轉(zhuǎn)速為100～200rpm，混合完全。
步驟二加工將雙螺桿擠出機(jī)加熱段溫度控制在150℃，將步驟一混合好的料加入，一次加工完成，擠出后風(fēng)冷或水冷后切粒。
步驟三測(cè)試結(jié)果將料粒擠出壓片，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或IEC等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)試并達(dá)到下列相關(guān)技術(shù)性能指標(biāo)拉伸強(qiáng)度13MPa斷裂伸長(zhǎng)率290％熱老化性能(136℃×168h)拉伸強(qiáng)度變化率+5斷裂伸長(zhǎng)率變化率-5低溫沖擊失效數(shù)0/15體積電阻率20℃9.0×1013Ω·m；90℃3.5×1012Ω·m介電強(qiáng)度27KV/mm氧指數(shù)40密度1.25g/cm3
實(shí)施例4步驟一配方設(shè)計(jì)A二元乙丙橡膠100克；B粒度為3-5μm的超細(xì)氫氧化鋁70克，鎂鹽晶須60克，其直徑為1μm，晶須材料的長(zhǎng)徑比為100；C硬脂酸鋅3克；D群青2克，石蠟3克。
將A、B、C、D放入高速攪拌混合機(jī)內(nèi)攪拌均勻，溫度為100～120℃，其轉(zhuǎn)速為100～200rpm，混合完全。
步驟二加工將雙螺桿擠出機(jī)加熱段溫度控制在145℃，將步驟一混合好的料加入，一次加工完成，擠出后風(fēng)冷或水冷后切粒。
步驟三測(cè)試結(jié)果將料粒擠出壓片，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或IEC等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法測(cè)試并達(dá)到下列相關(guān)技術(shù)性能指標(biāo)拉伸強(qiáng)度13.5MPa斷裂伸長(zhǎng)率270％熱老化性能(136℃×168h)拉伸強(qiáng)度變化率+5斷裂伸長(zhǎng)率變化率-5低溫沖擊失效數(shù)0/15體積電阻率20℃9.0×1013Ω·m；90℃3.5×1012Ω·m介電強(qiáng)度27KV/mm氧指數(shù)36密度1.28g/cm3。
權(quán)利要求
1.一種熱塑性無(wú)鹵低煙阻燃電纜絕緣料，其特征在于基材選用聚乙烯共聚物、改性乙丙橡膠之一或混配，無(wú)機(jī)阻燃劑選用納米氫氧化鎂或超細(xì)氫氧化鋁，同時(shí)選用鎂鹽晶須，按重量份數(shù)計(jì)包括，100份聚乙烯共聚物和/或改性乙丙橡膠；70-140份納米氫氧化鎂或氫氧化鋁；0-60份鎂鹽晶須，其它助劑3-8份。
2.按權(quán)利要求1所述的電纜絕緣料，其特征在于所述聚乙烯共聚物占0-20份，改性乙丙橡膠占80-100份。
3.按權(quán)利要求1所述的電纜絕緣料，其特征在于所述聚乙烯共聚物包括聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯；改性乙丙橡膠包括二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠。
4.按權(quán)利要求1所述的電纜絕緣料，其特征在于所述納米氫氧化鎂平均粒徑≤500nm；超細(xì)氫氧化鋁平均粒徑≤5μm；鎂鹽晶須為堿式硫酸鎂鹽晶須，晶須材料的長(zhǎng)徑比為20-130。
5.按權(quán)利要求1所述的電纜絕緣料，其特征在于所述助劑包括表面處理劑1-5份，著色劑1-3份、潤(rùn)滑劑1-3份。
6.按權(quán)利要求4所述的電纜絕緣料，其特征在于所述表面處理劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑或硬脂酸類之一或混配。
7.按權(quán)利要求5所述的電纜絕緣料，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑包括硅烷172、171或H55偶聯(lián)劑，鈦酸酯類偶聯(lián)劑包括鈦酸酯或鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑，硬脂酸類包括硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂或硬脂酸鈉。
8.按權(quán)利要求4所述的電纜絕緣料，其特征在于所述著色劑為炭黑、白炭黑或群青之一或混配；潤(rùn)滑劑為石醋。
9.按權(quán)利要求1所述電纜絕緣料的加工工藝，其特征在于將材料在高速攪拌混合機(jī)內(nèi)混合，溫度為100～120℃，其轉(zhuǎn)速為100～200rpm，混合完全后，使用雙螺桿擠出機(jī)，各區(qū)溫度130-160℃，一次加工完成，風(fēng)冷或水冷后切粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱塑性無(wú)鹵低煙阻燃電纜絕緣料的配方設(shè)計(jì)及加工工藝方法。具體地說(shuō)是以聚乙烯共聚物和/或改性乙丙橡膠為基料，加入無(wú)鹵、無(wú)毒阻燃劑(納米氫氧化鎂或氫氧化鋁)及無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)材料為主組元，并添加適當(dāng)?shù)闹鷦?jīng)配比、混煉、塑化、造粒而制成。其技術(shù)特點(diǎn)是不含鹵素、磷、鉛及其它重金屬，具有良好的機(jī)械性能，加工性能及優(yōu)越的阻燃性能，同時(shí)具有優(yōu)異的熱變形、熱老化及熱沖擊性能。制成的電纜具有高度的安全性和可靠性，能順利通過(guò)A類以上燃燒試驗(yàn)。適用于長(zhǎng)期工作溫度在70℃－105℃的艦船電纜、核電站電纜、高層建筑用電力及控制電纜等。
文檔編號(hào)H01B3/00GK1787120SQ20041008286
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者趙大明, 嚴(yán)寶財(cái), 王舫, 叢衛(wèi)軍, 張濤, 高緒國(guó) 申請(qǐng)人:大連圣邁化學(xué)有限公司