一種電纜用抗撕裂無(wú)鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明通過(guò)一種電纜用抗撕裂無(wú)鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料的新的工藝方法，屬 于功能化高分子阻燃復(fù)合材料制備的工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 低煙無(wú)鹵電線電纜不僅已經(jīng)大量用于航天軍工產(chǎn)品上，而且商用船只、重要地面 工程設(shè)施和民用建筑、電子電器、計(jì)算機(jī)等也正在大量應(yīng)用低煙無(wú)鹵線材產(chǎn)品。在安規(guī)產(chǎn)品 及電子周邊產(chǎn)品的推廣上遇到很大阻力，其主要原因是復(fù)合阻燃材料技術(shù)不成熟，在擠出 線纜時(shí)，材料的加工性能會(huì)影響產(chǎn)品性能，主要集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.阻燃問(wèn)題 高分子材料的阻燃不僅與其本身阻燃特性有關(guān)，而且與其形狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。細(xì)電線的耐 燃性常常不能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，如美規(guī)、歐規(guī)、日規(guī)等標(biāo)準(zhǔn)的電子線、電源線，這些線材 的外徑較小，通常在IOmm以下，但阻燃要求很高，要通過(guò)VW-I或單根垂直燃燒測(cè)試；且存在 機(jī)械物理性能問(wèn)題差；無(wú)鹵低煙電纜料通常有很高的填充，抗環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂能力較差，再加 上材料的軟化溫度不高，使用于戶外時(shí)，在紫外線照射、高溫環(huán)境、內(nèi)應(yīng)力等各種不利因素 的共同作用下，在移動(dòng)和使用過(guò)程中較易被撕裂。
[0003] 2?成型加工工藝問(wèn)題 無(wú)鹵低煙電纜料的成型加工工藝，雖然已在生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝方面有效解決；但針 對(duì)阻燃要求很高的，如美規(guī)電子線、電源線，手機(jī)充電器線、耳機(jī)線、電腦周邊線等，這些細(xì) 電線的成型加工比電纜、光纜等要困難很多；要順利生產(chǎn)這些產(chǎn)品，不僅無(wú)鹵生產(chǎn)工藝需要 改進(jìn)，還需要在材料中加入提高流動(dòng)加工性能的助劑。
[0004] 3.成本問(wèn)題 由于受原材料現(xiàn)有技術(shù)及國(guó)外大廠家壟斷等因素的影響，高品質(zhì)無(wú)鹵低煙抗撕裂電纜 料的材料成本比目前市場(chǎng)一般產(chǎn)品高出很多。
[0005] 而中密度聚乙烯（MDPE)是近年來(lái)才得到廣泛運(yùn)用的一種聚乙烯，其性能介于高 密度聚乙烯（HDPE)和低密度聚乙烯（LDPE)兩者之間，既保持了 HDPE的剛性，又有LDPE的 柔性、耐蠕變性，集兩者優(yōu)點(diǎn)于一身，在制造配氣管、配水管、通訊和電纜護(hù)套方面占有絕對(duì) 優(yōu)勢(shì)，因而越來(lái)越受市場(chǎng)關(guān)注。獨(dú)特性能確立市場(chǎng)地位:MDPE因其良好的抗環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂 性、焊接性和使用壽命長(zhǎng)等，近年來(lái)應(yīng)用發(fā)展迅速，用量增加很快，MDPE被認(rèn)為是目前世界 上通訊電纜、光纖光纜最合適用的護(hù)套材料。為了得到特種性能材料，通常還要加入耐撕裂 性好的材料來(lái)改性.白炭黑作為一種環(huán)保、性能優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)劑和阻燃助劑，主要用于橡膠 制品、紡織、涂料、塑料等領(lǐng)域。氣相法白炭黑是極其重要的高科技超微細(xì)無(wú)機(jī)新材料之一， 由于其粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻、電 阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng) 域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用。氣相法白炭黑是MDPE主要的耐撕裂性填料，采用不 同種類(lèi)的硅烷偶聯(lián)劑改性白炭黑后填充MDPE，加入具有一定結(jié)構(gòu)的添加劑作為集中交聯(lián)劑 參與輻照交聯(lián)過(guò)程，其中添加劑主要為聚硅氧烷，這可避免硅油，石蠟油等小分子潤(rùn)滑劑的 溢出而導(dǎo)致材料性能不好。MDPE的抗撕裂增強(qiáng)機(jī)理可以用適度集中交聯(lián)理論來(lái)解釋。加入 彈性劑與MDPE共混，再通過(guò)電子束輻照MDPE的過(guò)程，從而形成較強(qiáng)的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且可 以與無(wú)機(jī)納米粒子表面的活性點(diǎn)產(chǎn)生化學(xué)作用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)有更強(qiáng)的補(bǔ)充作用，撕裂過(guò)程中應(yīng) 力通過(guò)交聯(lián)點(diǎn)可迅速均勻分散到周?chē)姆肿由?，從而避免了?yīng)力集中，使撕裂強(qiáng)度得到較 大提尚。
[0006] 高分子復(fù)合材料的輻射改性是輻射化學(xué)應(yīng)用于新材料領(lǐng)域，并取得較快發(fā)展的一 個(gè)方面。目前，高分子輻射加工工業(yè)已在世界各國(guó)蓬勃發(fā)展，成為一個(gè)新興的高科技產(chǎn)業(yè)， 輻射交聯(lián)電線電纜、熱收縮材料、有機(jī)PTC (正溫度系數(shù)）材料、泡沫材料等的制備；輻射聚 合、輻射降解、輻射接枝、橡膠的輻射硫化及輻射涂層固化等技術(shù)都已發(fā)展成大規(guī)模的產(chǎn) 業(yè)。而且許多新的工程塑料，復(fù)合材料等的制備都可通過(guò)輻射交聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)。聚合物材 料經(jīng)輻射交聯(lián)后，聚合物大分子之間形成一定的交聯(lián)點(diǎn)，從而使聚合物的分子量提高，并形 成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分子，對(duì)聚合物的各項(xiàng)物理性能產(chǎn)生影響，這可改善在聚烯烴中阻 燃劑的界面相容性，提高兩者的相互作用，同時(shí)在燃燒過(guò)程中，更容易形成炭層，可以隔絕 燃燒過(guò)程中的氧氣和熱交換，很好的起到固相阻燃作用。獲得阻燃性能和機(jī)械性能優(yōu)異的 高分子復(fù)合材料，同時(shí)具有十分優(yōu)異的加工性能?？捎糜谥圃旄鞣N輻照電線電纜、熱收縮電 纜護(hù)套等。解決了無(wú)鹵低煙阻燃電纜料中因添加大量無(wú)機(jī)阻燃劑而導(dǎo)致電纜易撕裂、熱收 縮大、受潮絕緣電阻大幅度降低等技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種電纜用抗撕裂無(wú)鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料的制備 方法，并通過(guò)電子束輻照改善材料的阻燃、物理機(jī)械等性能。本發(fā)明一種電纜用抗撕裂無(wú)鹵 阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料的制備方法，其特征在于具有以下過(guò)程和步驟： a. 確定材料組分配方； 三元乙丙橡膠（EPDM) 100-200克；熱塑性彈性體5-50克；中密度聚乙烯（MDPE) 100-250克；乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)100-150克；相容劑-丙烯酸酯接枝聚乙烯10-50 克；氫氧化鋁145-265克；氫氧化鎂145-265克，復(fù)合抗氧劑1-3克；聚硅氧烷母粒1-3克； 氣相法白炭黑10-20克； b. 按上述配方稱量配料得到配合料； c. 通過(guò)密煉機(jī)熔融共混，溫度為160~175° C，時(shí)間為15~25分鐘，然后通過(guò)擠出機(jī)造 粒； d. 將粒子通過(guò)擠出機(jī)擠出線材； e. 經(jīng)過(guò)電子加速器進(jìn)行輻照交聯(lián)，電子束能量為I. 5MeV到3MeV，得到電纜用抗撕裂無(wú) 鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料，輻照劑量為200-250千戈瑞（kGy)。
[0008] 本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、操作方便、反應(yīng)效率高、所需時(shí)間較短；并且具有 優(yōu)良的抗撕裂性能、電氣性能、耐熱老化性能優(yōu)，耐油性能、耐濕熱性能優(yōu)，無(wú)謝氏煙低毒及 阻燃性能好、使用壽命長(zhǎng)的諸多優(yōu)點(diǎn)?？顾毫褟?qiáng)度達(dá)到15. 2KN/m以上。現(xiàn)將本發(fā)明的具體 實(shí)施例敘述如后. 實(shí)例一 本實(shí)例的過(guò)程和步驟如下： A. 本實(shí)施例中，首先按所需物質(zhì)的重量要求進(jìn)行配料，各原料調(diào)配量如下：三元乙丙 橡膠（EPDM)IOO克；熱塑性彈性體（TPE) :50克；中密度聚乙烯：100克；乙烯-醋酸乙烯共 聚物：100克；相容劑(丙烯酸酯接枝聚乙烯）：10克；氫氧化鎂200克；氫氧化鋁200克；氣 相法白炭黑15克；聚硅氧烷母粒：2克，復(fù)合抗氧劑：2克。
[0009] 所述三元乙丙橡膠（EPDM)乙烯丙烯鏈段摩爾比為60:40,第三單體為乙叉冰片 烯，第三單體占三種單體的總質(zhì)量的質(zhì)量百分比為3%，數(shù)均分子量為15萬(wàn)，100° C門(mén)尼粘 度為50Pa*s，邵氏A硬度為40。所述的熱塑性彈性體（TPE)為乙烯-丙烯共聚物，數(shù)均分 子量15萬(wàn)，100° C門(mén)尼粘度為50Pa，s，邵氏A硬度為60,190。。和2. 16kg下的熔融指數(shù) 為 5g/10min ; 所述中密度聚乙稀稀數(shù)均分子量8萬(wàn)，190° C和2. 16kg下的恪融指數(shù)為2-5g/10min ; 所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量為50wt%，190° C和2. 16kg下的熔融指 數(shù)為 5g/10min ; 所述相容劑為丙烯酸酯接枝聚乙烯接枝聚乙烯，接枝率為2%，190° C和2. 16kg下熔融 指數(shù)為2g/10min ; 所述的氫氧化鋁采用氨基硅烷進(jìn)行改性，其粒徑D50為2微米，目數(shù)5000目； 所述的聚硅氧烷母粒由下述組分按重量份組成：中密度聚乙烯：10克，聚硅氧烷：45 克，氣相法白炭黑：15克； 所述的硅氧烷為甲基乙烯基硅氧烷，數(shù)均分子量60萬(wàn)。所述的氣相法白炭黑，目數(shù) 5000 目。
[0010] 所述的復(fù)合抗氧劑由下述組分按重量份組成：抗氧劑1010 (四[(6- (3, 5-二叔 丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯）：50克，抗氧劑1024 (N，N' -雙[P - (3, 5-二叔 丁基-4-羥基苯基）丙酰]肼）：50克， B. 按上述配方稱量配料得到配合料； C. 通過(guò)密煉機(jī)熔融共混，溫度為160~175° C，時(shí)間為15~25分鐘，然后通過(guò)擠出機(jī)造 粒； D. 將粒子通過(guò)擠出機(jī)擠出線材； E. 經(jīng)過(guò)電子加速器進(jìn)行輻照交聯(lián)，電子束能量為I. 5MeV到3MeV，得到電纜用抗撕裂無(wú) 鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料；輻照劑量為200-250千戈瑞（kGy)。其性能如表1所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電纜用抗撕裂無(wú)鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料的制備方法，其特征在于具有如下 的過(guò)程和步驟： a. 確定材料組分配方； 三元乙丙橡膠（EPDM) 100-200克；熱塑性彈性體5-50克；中密度聚乙烯（MDPE) 100-250克；乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)100-150克；相容劑-丙烯酸酯接枝聚乙烯10-50 克；氫氧化鋁145-265克；氫氧化鎂145-265克；復(fù)合抗氧劑1-3克；硅酮母粒1-3克；氣 相法白炭黑10-20克； b. 按上述配方稱量配料得到配合料； c. 通過(guò)密煉機(jī)熔融共混，溫度為160~175°C，時(shí)間為15~25分鐘，然后通過(guò)擠出機(jī)造 粒； d. 將粒子通過(guò)擠出機(jī)擠出線材； e. 經(jīng)過(guò)電子加速器進(jìn)行輻照交聯(lián)，得到電纜用抗撕裂無(wú)鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料， 輻照劑量為200-250千戈瑞（kGy)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電纜用抗撕裂無(wú)鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料的制備方法，該材料按重量計(jì)主要由如下原料制成：三元乙丙橡膠100-200克；熱塑性彈性體5-50克；中密度聚乙烯（PE）100-250克；乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）100-150克；相容劑10-50克；氫氧化鋁145-265克；氫氧化鎂145-265克；復(fù)合抗氧劑1-3克；氣相法白炭黑10-20克;聚硅氧烷母粒1-3克。本發(fā)明的產(chǎn)品具有抗撕裂性能且具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐氣候性。按上述配方稱量配料得到配合料;通過(guò)密煉機(jī)熔融共混，溫度為160~175°C，時(shí)間為15~25分鐘，然后通過(guò)擠出機(jī)造粒；將粒子通過(guò)擠出機(jī)擠出線材；再經(jīng)過(guò)電子加速器進(jìn)行輻照使聚合物交聯(lián)改性，得到電纜用抗撕裂無(wú)鹵阻燃聚合物護(hù)套絕緣材料,其抗撕裂強(qiáng)度達(dá)到15.2KN/m以上。
【IPC分類(lèi)】C08K9/06, C08L101/00, C08L23/06, C08L51/06, C08K13/06, C08K3/22, C08L83/04, H01B7/17, H01B3/44, C08L23/16, C08K3/36, C08K5/134, C08K5/25, C08L23/08, H01B3/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105175905
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】賈少晉, 王慶, 侯嘯天, 孫茜蒙, 吳偉, 江平開(kāi)
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月10日