CN105315532B - 一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料及其制备方法，其中热塑性柔软型低烟无卤电缆料，以质量百分比计，组成组分和各自含量为：茂金属聚乙烯8～15％、未硫化三元乙丙橡胶10～15％、加氢基础油8～15％、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体5～10％、无机填料45～55％、烷基硅氧烷1～2％、抗氧助剂1～3％，各组分的质量百分比之和为100％；热塑性柔软型低烟无卤电缆料的制备方法为电缆料的制备工艺和电缆的挤出制作工艺。本发明的优点是热塑性柔软型低烟无卤电缆料产品的表面硬度降低，手感更柔软，耐热性提高，可在常规电线电缆基础设备上生产且能重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及电线电缆材料技术领域，特别是一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料及其制备方法。
背景技术
现有技术中，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料是为满足低烟、无卤无毒、阻燃、耐高温等特性而开发的一种环保型阻燃电缆材料。它是使用聚烯烃作为基材，氢氧化铝、氢氧化镁等无机阻燃材料作阻燃剂，经共混、塑化、造粒而成的可辐照交联电缆料。现有的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料存在如下缺陷：第一，常规低烟无卤阻燃电缆料使用乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚乙烯、氢氧化铝、氢氧化镁，制得的电缆材料表面硬度超过95°(邵氏A硬度)，用上述电缆材料制成的电缆手感很硬，不易于弯曲扭转；第二，市售阻燃三元乙丙橡胶材料使用了过氧化二异丙苯或者硫磺硫化，这种硫化后的阻燃三元乙丙橡胶材料制得的电缆料对于后续加工设备要求比较高，常规设备无法满足生产需求；而且由于该种电缆料在生产过程中已经产生交联使得该材料无法进行重复利用，不利于环境保护。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种耐温等级为热塑性柔软型低烟无卤电缆料，其能够解决现有低烟无卤电缆料表面硬度太高，柔软度差，手感差的问题，同时电缆料产品可在常规电线电缆基础设备上生产并且可重复利用。本发明的另一目的是还提供一种制备该热塑性柔软型低烟无卤电缆料的方法。
技术方案：为实现上述第一目的，本发明提供如下技术方案：
一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料，以质量百分比计，组成组分和各组分的含量为：茂金属聚乙烯8～15％、未硫化三元乙丙橡胶10～15％、加氢基础油8～15％、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体5～10％、无机填料45～55％、烷基硅氧烷1～2％、抗氧助剂1～3％，各组分的质量百分比之和为100％。
进一步的，所述茂金属聚乙烯的密度为0.905g/cm3，熔融指数为4.0g/10min。
进一步的，所述未硫化三元乙丙橡胶的密度为0.87g/cm3，其中乙烯的质量百分含量为70％，所述未硫化三元乙丙橡胶门尼粘度为70MU。
进一步的，所述加氢基础油的密度为0.84g/cm3，其在40℃条件下的运动粘度为30～35mm2/s。
进一步的，所述马来酸酐接枝聚乙烯弹性体接枝率为0.7％～0.9％，熔融指数为0.8g/10min～1.2g/10min。
进一步的，所述抗氧助剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与硫代二丙酸二硬脂醇酯按质量比1∶1共同混合制得。
进一步的，所述无机填料粉体颗粒的直径D50为1～2μm，D代表粉体颗粒的直径，D50表示累计50％点的直径；所述无机填料为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种混合物；所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合物时，所述氢氧化铝和氢氧化镁的质量比为3∶1。
为实现上述第二目的，本发明还提供如下技术方案：
一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料的制备方法，具体为如下工艺：
电缆料的制备：按质量百分比称取各种组分，将未硫化三元乙丙橡胶和加氢基础油两种组分投入到具有加压加热功能的密炼釜中，并设置加压5MPa，温度120℃进行混炼，直至这两种组分完全融合形成胶状物，使加氢基础油充分软化未硫化三元乙丙橡胶；然后将得到的所述胶状物与茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体、无机填料、烷基硅氧烷、抗氧助剂一起投入密炼机中，在密炼机中混炼至160℃，使各种组分混合均匀，形成混合软质胶状物；将得到的所述混合软质胶状物投入到单螺杆中挤出，单螺杆温度为：第一区130～145℃，第二区130～145℃，第三区130～145℃，机头140～155℃，得到挤出成型为粒型的电缆料，风冷后包装；
电缆的挤出制作：将所述电缆料的制备中最终得到的粒型电缆料，通过电线电缆挤塑机，在一区120～130℃、二区130～150℃、三区145～165℃、四区145～165℃、机头140～160℃的温度下挤出，包覆在导体线芯上。
进一步的，所述电缆料的制备中最终得到的粒型的电缆料，其形状为圆柱状，长度为0.5cm，底面直径为0.2～0.3cm。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：第一，本发明采用茂金属聚乙烯、未硫化三元乙丙橡胶作为基材树脂，添加加氢基础油以软化未硫化三元乙丙橡胶链段，进一步提升未硫化三元乙丙橡胶的填充性能，有效降低电缆料的硬度，使电缆料手感更加柔软；第二，茂金属聚乙烯可提升电缆料的耐热性能，马来酸酐改性聚乙烯弹性体和烷基硅氧烷的加入，改善了无机填料、抗氧助剂与基材树脂的亲和性，从而进一步改善了成型电缆料的柔软度和手感；第三，本发明采用未硫化三元乙丙橡胶与其他组分混合制成电缆料，对生产设备的要求不高，可在常规电线电缆基础设备上进行生产，同时在生产过程和制备的成品中，混合各组分及电缆料产品均不会因硫化而发生交联，使电缆料产品可重复利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：
一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料，以质量百分比计，组成组分和各组分的含量为：茂金属聚乙烯15％、未硫化三元乙丙橡胶10％、加氢基础油15％、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体10％、氢氧化铝45％、烷基硅氧烷2％、抗氧助剂3％，各组分的质量百分比之和为100％。
其中，茂金属聚乙烯的密度为0.905g/cm3，熔融指数为4.0g/10min；未硫化三元乙丙橡胶的密度为0.87g/cm3，其中乙烯的质量百分含量为70％，且未硫化三元乙丙橡胶门尼粘度为70MU；加氢基础油的密度为0.84g/cm3，其在40℃条件下的运动粘度为30～35mm2/s；马来酸酐接枝聚乙烯弹性体接枝率为0.7％，熔融指数为0.8g/10min～1.2g/10min；抗氧助剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与硫代二丙酸二硬脂醇酯按质量比1∶1共同混合制得；氢氧化铝粉体粉体颗粒的直径D50为1～2μm，这里，D代表粉体颗粒的直径，D50表示累计50％点的直径。
制备上述热塑性柔软型低烟无卤电缆料的方法，包括电缆料的制备工艺和电缆的挤出制作工艺，具体为：
电缆料的制备：按质量百分比称取各种组成组分，将未硫化三元乙丙橡胶和加氢基础油两种组分投入到具有加压加热功能的密炼釜中，并设置加压5MPa，温度120℃进行混炼，直至这两种组分完全融合形成胶状物，使加氢基础油充分软化未硫化三元乙丙橡胶；然后将得到的胶状物与茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体、氢氧化铝、烷基硅氧烷、抗氧助剂一起投入密炼机中，在密炼机中混炼至160℃，使各种组分混合均匀，形成混合软质胶状物；再将得到的混合软质胶状物投入到单螺杆中挤出，单螺杆温度为：第一区130～145℃，第二区130～145℃，第三区130～145℃，机头140～155℃，得到挤出成型为粒型的电缆料；该粒型电缆料形状为圆柱状，长度为0.5cm，底面直径为0.2～0.3cm，风冷后包装。
电缆的挤出制作：将上述电缆料的制备中最终得到的粒型电缆料，通过电线电缆挤塑机，在一区120～130℃、二区130～150℃、三区145～165℃、四区145～165℃、机头140～160℃的温度下挤出，包覆在导体线芯上。在挤出过程中严格控制挤塑机的工作温度，防止水合氧化物提前分解，使用低压缩比的螺杆和机头，避免电缆料受剪切力过大造成聚合物的断键；采用低拉伸比的模具；实验证明分段冷却方法能够降低电缆料在挤出过程中的拉伸变形量和骤然冷却时产生的应力过度集中。
实施例1制备的产品与市售EPDM阻燃料、市售低烟无卤电缆料进行相关测试实验，对比结果如表1所示。
表1 测试实验对比结果
由表1所示，实验项目中，在①拉伸强度和②断裂伸长率的数据比较中，实施例1产品的拉伸强度和断裂伸长率显著高于市售EPDM阻燃料和市售低烟无卤电缆料，反映了实施例1产品的机械性能与市售低烟无卤电缆料产品相比具有优势；在③表面硬度的数据比较中，实施例1产品的表面硬度低于市售低烟无卤电缆料，并接近市售EPDM阻燃料的数据，反映了实施例1产品的硬度显著低于市售低烟无卤电缆料，手感更柔软，接近市售EPDM阻燃料的手感；在④压痕实验(90℃)的数据中，实施例1产品的压痕百分比例小于市售EPDM阻燃料，反映了实施例1产品的耐热性与市售EPDM阻燃料产品相比具有优势；在⑤重复利用的比较中，实施例1产品能重复利用，而市售EPDM阻燃料不能重复利用。实施例1的热塑性柔软型低烟无卤电缆料产品具有优良的机械性能和耐热性，表面硬度降低，手感更柔软，且能重复利用。
实施例2：
一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料，以质量百分比计，组成组分和各组分的含量为：茂金属聚乙烯8％、未硫化三元乙丙橡胶15％、加氢基础油15％、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体5％、氢氧化镁55％、烷基硅氧烷1％、抗氧助剂1％，各组分的质量百分比之和为100％。
其中，茂金属聚乙烯的密度为0.905g/cm3，熔融指数为4.0g/10min；未硫化三元乙丙橡胶的密度为0.87g/cm3，其中乙烯的质量百分含量为70％，且未硫化三元乙丙橡胶门尼粘度为70MU；加氢基础油的密度为0.84g/cm3，其在40℃条件下的运动粘度为30～35mm2/s；马来酸酐接枝聚乙烯弹性体接枝率为0.8％，熔融指数为0.8g/10min～1.2g/10min；抗氧助剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与硫代二丙酸二硬脂醇酯按质量比1∶1共同混合制得；氢氧化镁粉体粉体颗粒的直径D50为1～2μm，这里，D代表粉体颗粒的直径，D50表示累计50％点的直径。
制备上述热塑性柔软型低烟无卤电缆料的方法，包括电缆料的制备工艺和电缆的挤出制作工艺，具体为：
电缆料的制备：按质量百分比称取各种组成组分，将未硫化三元乙丙橡胶和加氢基础油两种组分投入到具有加压加热功能的密炼釜中，并设置加压5MPa，温度120℃进行混炼，直至这两种组分完全融合形成胶状物，使加氢基础油充分软化未硫化三元乙丙橡胶；然后将得到的胶状物与茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体、氢氧化镁、烷基硅氧烷、抗氧助剂一起投入密炼机中，在密炼机中混炼至160℃，使各种组分混合均匀，形成混合软质胶状物；再将得到的混合软质胶状物投入到单螺杆中挤出，单螺杆温度为：第一区130～145℃，第二区130～145℃，第三区130～145℃，机头140～155℃，得到挤出成型为粒型的电缆料；该粒型电缆料形状为圆柱状，长度为0.5cm，底面直径为0.2～0.3cm，风冷后包装。
电缆的挤出制作：将上述电缆料的制备中最终得到的粒型电缆料，通过电线电缆挤塑机，在一区120～130℃、二区130～150℃、三区145～165℃、四区145～165℃、机头140～160℃的温度下挤出，包覆在导体线芯上。在挤出过程中严格控制挤塑机的工作温度，防止水合氧化物提前分解，使用低压缩比的螺杆和机头，避免电缆料受剪切力过大造成聚合物的断键；采用低拉伸比的模具；实验证明分段冷却方法能够降低电缆料在挤出过程中的拉伸变形量和骤然冷却时产生的应力过度集中。
实施例2制备的产品与市售EPDM阻燃料、市售低烟无卤电缆料进行相关测试实验，对比结果如表2所示。
表2 测试实验对比结果
由表2所示，实验项目中，在①拉伸强度和②断裂伸长率的数据比较中，实施例2产品的拉伸强度和断裂伸长率显著高于市售EPDM阻燃料和市售低烟无卤电缆料，反映了实施例2产品的机械性能与市售低烟无卤电缆料产品相比具有优势；在③表面硬度的数据比较中，实施例2产品的表面硬度低于市售低烟无卤电缆料，并接近市售EPDM阻燃料的数据，反映了实施例2产品的硬度显著低于市售低烟无卤电缆料，手感更柔软，接近市售EPDM阻燃料的手感；在④压痕实验(90℃)的数据中，实施例2产品的压痕百分比例小于市售EPDM阻燃料，反映了实施例2产品的耐热性与市售EPDM阻燃料产品相比具有优势；在⑤重复利用的比较中，实施例2产品能重复利用，而市售EPDM阻燃料不能重复利用。实施例2的热塑性柔软型低烟无卤电缆料产品具有优良的机械性能和耐热性，表面硬度降低，手感更柔软，且能重复利用。
实施例3：
一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料，以质量百分比计，组成组分和各组分的含量为：茂金属聚乙烯12％、未硫化三元乙丙橡胶15％、加氢基础油8％、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体10％、氢氧化铝和氢氧化镁的混合物50％、烷基硅氧烷2％、抗氧助剂3％，各组分的质量百分比之和为100％。
其中，茂金属聚乙烯的密度为0.905g/cm3，熔融指数为4.0g/10min；未硫化三元乙丙橡胶的密度为0.87g/cm3，其中乙烯的质量百分含量为70％，且未硫化三元乙丙橡胶门尼粘度为70MU；加氢基础油的密度为0.84g/cm3，其在40℃条件下的运动粘度为30～35mm2/s；马来酸酐接枝聚乙烯弹性体接枝率为0.9％，熔融指数为0.8g/10min～1.2g/10min；抗氧助剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与硫代二丙酸二硬脂醇酯按质量比1∶1共同混合制得；氢氧化铝和氢氧化镁的混合物粉体粉体颗粒的直径D50为1～2μm，混合物中氢氧化铝与氢氧化镁的质量比为3∶1，这里，D代表粉体颗粒的直径，D50表示累计50％点的直径。
制备上述热塑性柔软型低烟无卤电缆料的方法，包括电缆料的制备工艺和电缆的挤出制作工艺，具体为：
电缆料的制备：按质量百分比称取各种组成组分，将未硫化三元乙丙橡胶和加氢基础油两种组分投入到具有加压加热功能的密炼釜中，并设置加压5MPa，温度120℃进行混炼，直至这两种组分完全融合形成胶状物，使加氢基础油充分软化未硫化三元乙丙橡胶；然后将得到的胶状物与茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体、氢氧化铝和氢氧化镁的混合物、烷基硅氧烷、抗氧助剂一起投入密炼机中，在密炼机中混炼至160℃，使各种组分混合均匀，形成混合软质胶状物；再将得到的混合软质胶状物投入到单螺杆中挤出，单螺杆温度为：第一区130～145℃，第二区130～145℃，第三区130～145℃，机头140～155℃，得到挤出成型为粒型的电缆料；该粒型电缆料形状为圆柱状，长度为0.5cm，底面直径为0.2～0.3cm，风冷后包装。
电缆的挤出制作：将上述电缆料的制备中最终得到的粒型电缆料，通过电线电缆挤塑机，在一区120～130℃、二区130～150℃、三区145～165℃、四区145～165℃、机头140～160℃的温度下挤出，包覆在导体线芯上。在挤出过程中严格控制挤塑机的工作温度，防止水合氧化物提前分解，使用低压缩比的螺杆和机头，避免电缆料受剪切力过大造成聚合物的断键；采用低拉伸比的模具；实验证明分段冷却方法能够降低电缆料在挤出过程中的拉伸变形量和骤然冷却时产生的应力过度集中。
实施例3制备的产品与市售EPDM阻燃料、市售低烟无卤电缆料进行相关测试实验，对比结果如表3所示。
表3 测试实验对比结果
由表3所示，实验项目中，在①拉伸强度和②断裂伸长率的数据比较中，实施例3产品的拉伸强度和断裂伸长率显著高于市售EPDM阻燃料和市售低烟无卤电缆料，反映了实施例3产品的机械性能与市售低烟无卤电缆料产品相比具有优势；在③表面硬度的数据比较中，实施例3产品的表面硬度低于市售低烟无卤电缆料，并接近市售EPDM阻燃料的数据，反映了实施例3产品的硬度显著低于市售低烟无卤电缆料，手感更柔软，接近市售EPDM阻燃料的手感；在④压痕实验(90℃)的数据中，实施例3产品的压痕百分比例小于市售EPDM阻燃料，反映了实施例3产品的耐热性与市售EPDM阻燃料产品相比具有优势；在⑤重复利用的比较中，实施例3产品能重复利用，而市售EPDM阻燃料不能重复利用。实施例3的热塑性柔软型低烟无卤电缆料产品具有优良的机械性能和耐热性，表面硬度降低，手感更柔软，且能重复利用。
Claims (3)
1.一种热塑性柔软型低烟无卤电缆料，其特征在于：以质量百分比计，组成组分和各组分的含量为：茂金属聚乙烯8～15％、未硫化三元乙丙橡胶10～15％、加氢基础油8～15％、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体5～10％、无机填料45～55％、烷基硅氧烷1～2％、抗氧助剂1～3％，各组分的质量百分比之和为100％；
所述茂金属聚乙烯的密度为0.905g/cm3，熔融指数为4.0g/10min；
所述未硫化三元乙丙橡胶的密度为0.87g/cm3，其中乙烯的质量百分含量为70％，所述未硫化三元乙丙橡胶门尼粘度为70MU；
所述加氢基础油的密度为0.84g/cm3，其在40℃条件下的运动粘度为30～35mm2/s；
所述马来酸酐接枝聚乙烯弹性体接枝率为0.7％～0.9％，熔融指数为0.8g/10min～1.2g/10min；
所述抗氧助剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与硫代二丙酸二硬脂醇酯按质量比1∶1共同混合制得；
所述无机填料粉体颗粒的直径D50为1～2μm；所述无机填料为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种混合物；所述无机填料为氢氧化铝和氢氧化镁的混合物时，所述氢氧化铝和氢氧化镁的质量比为3∶1。
2.一种如权利要求1所述的热塑性柔软型低烟无卤电缆料的制备方法，其特征在于：具体为如下工艺：
电缆料的制备：按质量百分比称取各种组分，将未硫化三元乙丙橡胶和加氢基础油两种组分投入到具有加压加热功能的密炼釜中，并设置加压5MPa，温度120℃进行混炼，直至这两种组分完全融合形成胶状物，使加氢基础油充分软化未硫化三元乙丙橡胶；然后将得到的所述胶状物与茂金属聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯弹性体、无机填料、烷基硅氧烷、抗氧助剂一起投入密炼机中，在密炼机中混炼至160℃，使各种组分混合均匀，形成混合软质胶状物；将得到的所述混合软质胶状物投入到单螺杆中挤出，单螺杆温度为：第一区130～145℃，第二区130～145℃，第三区130～145℃，机头140～155℃，得到挤出成型为粒型的电缆料，风冷后包装；
电缆的挤出制作：将所述电缆料的制备中最终得到的粒型电缆料，通过电线电缆挤塑机，在一区120～130℃、二区130～150℃、三区145～165℃、四区145～165℃、机头140～160℃的温度下挤出，包覆在导体线芯上。
3.根据权利要求2所述的热塑性柔软型低烟无卤电缆料的制备方法，其特征在于：所述电缆料的制备中最终得到的粒型的电缆料，其形状为圆柱状，长度为0.5cm，底面直径为0.2～0.3cm。
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Denomination of invention: A thermoplastic flexible low smoke halogen-free cable material and its preparation method Granted publication date: 20171222 Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Zhenjiang branch Pledgor: OPTA POLYMER JIANGSU Co.,Ltd. Registration number: Y2024980026316 |