CN103881166A - 适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料及其制造方法，工艺简单，易于工业化推广生产，生产出的材料为低烟环保产品，不含卤素、重金属及其他环境有害的物质，而且材料表面性能良好、绝缘性好、具有优异的耐水性、耐酸碱腐蚀性、耐高低温性；本发明的材料制备的光伏电缆，通过3MPa耐水试验，绝缘电阻保留率在98%以上，通过温度90℃、5%盐水浸泡14天试验，电缆料的物理机械性能保留率达到80%以上，通过185℃、100小时快速老化试验，电缆料的物理机械性能保留率达到65%以上，外推延长使用寿命可达到25年。

Description

适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种低烟无卤阻燃材料及其制造方法，尤其涉及适用于浅海滩、滩涂、鱼塘、湖泊等浅水或潮湿环境的光伏电缆的低烟无卤阻燃材料及其制造方法。

背景技术

随着《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》公布，2013-2015年全国年均新增光伏发电装机容量10GW左右。到2015年总装机容量将达到35GW以上。《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》还就积极开拓光伏应用市场，加快产业结构调整和技术进步，加大财税政策支持力度等要求，指出了国内应用市场开发不足，技术创新能力不强，对具有广阔发展前景的发电和能源综合应用方式应予以推广和应用。

近些年，国内光伏电缆有较快发展，国内许多企业已具备一定的光伏电缆生产技术，适用于普通场所的光伏电缆国内技术已经可以达到要求。一些浅海滩、滩涂、鱼塘、湖泊等地域对光伏电站的电缆耐水性、耐盐雾、耐日光老化等耐候性要求很高，而一般普通交联电缆所选用的电缆料耐水性、耐酸碱性差，长期在潮湿状态下或长期浸泡在水中，电缆的外护层及绝缘层易发生渗透甚至开裂，所以无法满足潮湿环境或水中的使用。而普通电缆要达到耐水性要求要从电缆结构上进行改进，如增加耐水防护层，此举大大增加电缆的制作成本及使用成本，不适宜推广。因此，开发用作光伏电缆绝缘层及保护层的耐水、耐酸碱性能优异的电缆料尤其重要。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，能够满足特殊潮湿环境的需要。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

本发明的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料包括如下质量百分比的组分：

其中，前述橡胶为聚丁二烯橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶中的一种或几种的混合物。

前述乙丙橡胶为二元乙丙橡胶（EPR），三元乙丙橡胶（EPDM）、改性乙丙橡胶系列中的一种或几种的混合物。

前述聚烯烃树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体中的一种或几种的混合物。

前述填充油为硅油或环烷油类橡胶填充油，所述环烷油类橡胶填充油为闪点200℃以上、粘度不低于1250mPa.S的长链饱和环烷油。

前述无卤阻燃剂由无机阻燃剂和有机阻燃剂复配而成，所述无机阻燃剂选自：氢氧化铝ATH、氢氧化镁MH、高岭土，有机阻燃剂选自磷氮系阻燃剂、膨胀性阻燃剂。

前述疏水改性剂为疏水基硅烷偶联剂或脂肪酸酯及其衍生物类改性剂。

前述疏水改性剂为疏水基硅烷偶联剂或脂肪酸酯。

前述抗氧剂由受阻酚AO与亚磷酸酯TNP复配而成；所述润滑剂为硬脂酸锌、硅酮粉、二甲基硅油、N,N-乙撑双硬酯酰胺EBS中的一种或几种；所述其他助剂包括加工助剂、引发剂、稳定剂、着色剂中的一种或几种。

制造前述的低烟无卤阻燃材料的方法，包括如下步骤：

S1、将橡胶、聚烯烃树脂、填充油、疏水剂和引发剂按照权利要求1的质量百分比投入密炼机中进行橡胶的有氧充油断链，密炼时间为20-25min，密炼温度为180-200℃，对饱和橡胶动态硫化，然后通过双螺杆挤出得到疏水性材料；

S2、将疏水改性剂和无卤阻燃剂通过高速混合机进行物理共混，得到疏水性阻燃剂；

S3、将疏水性材料、疏水阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、炭黑及其他助剂加入高混机中进行物理共混，共混时间不低于10min；

S4、将经步骤S3混合均匀的物料投入密炼机，密炼时间为15-25min，密炼温度为180-200℃，通过高温剪切塑化使物料分散混合均匀；

S5、将塑化均匀的物料通过锥双喂料，分别经双螺杆、单螺杆挤出机于170-180℃下进行挤出造粒，料粒通过冷却塔冷却至常温，进行真空封装。

本发明的有益之处在于：本发明的工艺简单，易于工业化推广生产，生产出的材料为低烟环保产品，不含卤素、重金属及其他环境有害的物质，而且材料表面性能良好、绝缘性好、具有优异的耐水性、耐酸碱腐蚀性、耐高低温性；本发明的材料制备的光伏电缆，通过3MPa（相当于河水深3-5米的压力）耐水试验，绝缘电阻保留率在98%以上，通过温度90℃、5%盐水浸泡14天试验，电缆料的物理机械性能保留率达到80%以上，通过185℃、100小时快速老化试验，电缆料的物理机械性能保留率达到65%以上，外推延长使用寿命可达到25年。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的介绍。

无特殊说明，本发明所用到的各原料均为市购。

实施例1

三元乙丙橡胶32%（质量分数）、LLDPE7%、硅油8%、疏水改性剂0.5%，引发剂（DCP）0.2%依次加入密炼机，进行有氧充油断链动态硫化，通过锥双喂料，经双螺杆挤出造粒得到疏水改性料粒A。将氢氧化铝（ATH）40%、三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）8%、疏水基硅烷偶联剂0.7%依次投入高速混合机中，进行10min物理共混，得到混合分散均匀的疏水阻燃剂B。将疏水改性后的料粒A、抗氧剂（AO）0.8%、炭黑（卡博特N220）1.5%、硬脂酸锌1%、EBS0.3%依次加入高混机中和疏水阻燃剂B一起进行物理共混。将混合均匀的物料放入密炼机进行高温剪切共混使物料进行塑化，物料通过锥双喂料经双螺杆挤出机、单螺杆挤出机挤出造粒，经过冷却塔（风冷）降至常温状态，进行密封真空包装。

实施例2

聚丁二烯橡胶30%（质量分数）、MLLDPE9%、环烷油6%、疏水改性剂0.5%、引发剂（DCP）0.2%依次加入密炼机，进行有氧充油断链动态硫化，通过锥双喂料，经双螺杆挤出造粒得到疏水改性料粒A。将氢氧化铝（ATH）13%、氢氧化镁（MH）27%、三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）10%、疏水基硅烷偶联剂0.5%依次投入高速混合机中，进行15min物理共混，得到混合分散均匀的疏水阻燃剂B。将疏水改性后的料粒A、抗氧剂（AO）0.8%、炭黑（卡博特N550）1.5%、硬脂酸锌0.5%、EBS1%依次加入高混机中和疏水阻燃剂B一起进行物理共混。将混合均匀的物料放入密炼机进行高温剪切共混使物料进行塑化，物料通过锥双喂料经双螺杆挤出机、单螺杆挤出机挤出造粒，经过冷却塔（风冷）降至常温状态，再进行密封真空包装。

性能测试

实施例1和实施例2得到的产品适用于制造低烟无卤电缆料用于挤出光伏电缆绝缘层以及外被护套料，经辐照交联后从成品线缆上取样测试其性能，测试结果见表1。

此低烟无卤电缆料用于挤出光伏电缆绝缘层以及外被护套料，经辐照交联后从成品线缆上取样测试其各项性能如下表所示：

表1本发明的实施例1和2及对比例的各项性能测试结果

从表1明显可见，本发明制备得到的低烟无卤阻燃材料（实施例1和2）适用于光伏电缆，尤其适用于恶劣的自然环境下（如浅海滩、滩涂、鱼塘、湖泊等），具有良好的物理机械性能，阻燃性能很好地满足了市场要求，耐水性、耐酸碱性以及耐候性均明显优于市场上的采购到的一般电缆线料（对比例），通过温度90℃、5%盐水浸泡14天试验，电缆料的抗张强度保留率和断裂伸长率保留率均在83%以上，通过185℃、100小时快速老化试验，电缆料的抗张强度保留率均在78%以上、裂伸长率保留率均在68%以上，外推延长使用寿命可达到25年，其性能优势是市场上的一般电缆线料无法比拟的。

从表1中，我们不难发现，实施例2制备出的电缆料比实施例1的各项性能更好，所以实施例2是较优选的实施例。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：

橡胶        30-35%

聚烯烃树脂  6-10%

填充油      6-10%

无卤阻燃剂  48-56%

疏水改性剂  0.5-3%

抗氧剂      0.1-1%

润滑剂      0.1-1%

炭黑        0.5-2%

其他助剂    0.1-0.5%。

2.根据权利要求1所述的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，所述橡胶为聚丁二烯橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求2所述的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，所述乙丙橡胶为二元乙丙橡胶（EPR），三元乙丙橡胶（EPDM）、改性乙丙橡胶系列中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，所述聚烯烃树脂为聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，所述填充油为硅油或环烷油类橡胶填充油，所述环烷油类橡胶填充油为闪点200℃以上、粘度不低于1250mPa.S的长链饱和环烷油。

6.根据权利要求1所述的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂由无机阻燃剂和有机阻燃剂复配而成，所述无机阻燃剂选自：氢氧化铝ATH、氢氧化镁MH、高岭土，有机阻燃剂选自磷氮系阻燃剂、膨胀性阻燃剂。

7.根据权利要求1所述的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，所述疏水改性剂为疏水基硅烷偶联剂或脂肪酸酯及其衍生物类改性剂。

8.根据权利要求7所述的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，所述疏水改性剂为疏水基硅烷偶联剂或脂肪酸酯。

9.根据权利要求1所述的适用于光伏电缆的低烟无卤阻燃材料，其特征在于，所述抗氧剂由受阻酚AO与亚磷酸酯TNP复配而成；所述润滑剂为硬脂酸锌、硅酮粉、二甲基硅油、N,N-乙撑双硬酯酰胺EBS中的一种或几种；所述其他助剂包括加工助剂、引发剂、稳定剂、着色剂中的一种或几种。

10.如权利要求1-9任一项所述的低烟无卤阻燃材料的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将橡胶、聚烯烃树脂、填充油、疏水剂和引发剂按照权利要求1的质量百分比投入密炼机中进行橡胶的有氧充油断链，密炼时间为20-25min，密炼温度为180-200℃，对饱和橡胶动态硫化，然后通过双螺杆挤出得到疏水性材料； 

S2、将疏水改性剂和无卤阻燃剂通过高速混合机进行物理共混，得到疏水性阻燃剂；

S3、将疏水性材料、疏水阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、炭黑及其他助剂加入高混机中进行物理共混，共混时间不低于10min；

S4、将经步骤S3混合均匀的物料投入密炼机，密炼时间为15-25min，密炼温度为180-200℃，通过高温剪切塑化使物料分散混合均匀； 

S5、将塑化均匀的物料通过锥双喂料，分别经双螺杆、单螺杆挤出机于170-180℃下进行挤出造粒，料粒通过冷却塔冷却至常温，进行真空封装。