CN1923879A - 硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由基料和催化剂母料按重量比100∶3～5组成；其中，基料各组分及各组分重量配比为：聚烯烃树脂100重量份；第一阻燃剂150重量份；第一润滑剂1～3重量份；第一抗氧剂0.1～0.2重量份；硅烷2～4重量份；引发剂0.1～1.0重量份；催化剂母料的组分及各组分重量配比为：聚烯烃树脂100重量份；第二阻燃剂150重量份；第二润滑剂1～5重量份；第二抗氧剂5～15重量份；催化剂2～10重量份，本发明还公开了一种硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的生产工艺，应用本发明的配方和生产工艺制得的聚烯烃电缆料。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料及其生产工艺。
背景技术
交联型低烟无卤阻燃聚烯烃料，在目前国内市场上以辐照交联料为主，进口的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃料，其价格昂贵，使用的电缆厂家不多，一般来自英国AEI公司和意大利Padanaplast公司。
由于辐照交联低烟无卤料在经过单螺杆挤出制成电缆后还需通过辐照设备辐照之后才能交联，而该设备大多价格昂贵，国内大部分电缆厂自己都没有辐照设备，均采取委托加工的方式来完成辐照交联的工序，这样就会带来一些麻烦。
1、成本。委托加工均要收费，使生产成本增加。以目前市场的辐照价格计算，一吨比重1.43左右的辐照交联低烟无卤料制成2.5mm2的BYJ型电线，所需的辐照费用近一万元人民币。
2、运输。一般委托外加工都要将整盘电缆运输至辐照地方，亦会增加成本，而且在运输过程中容易出现表面碰撞磨损的情况，对电缆有一定的影响。
3、交货期。辐照的时间需要排期，工期不能由厂家自己掌控。
4、品质。辐照的质量好坏将会影响产品的质量，电缆制造厂家无法完全保证其辐照质量。
5、外观。经过辐照后的电线，其表面或多或少会有一些刮擦的痕迹，影响外观。
由于有以上这些问题，非阻燃的低压交联电线电缆中较少用到辐照交联的料，一般都采用硅烷交联的方式。而对于有阻燃要求的交联电线电缆中，由于国内尚无厂家生产硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃料，因此大多使用辐照交联的方式。
发明内容
本发明的目的主要是根据现有技术中的不足，提供一种硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料。
硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，由基料和催化剂母料按重量比100∶3～5组成；
其中，基料各组分及各组分重量配比为：
聚烯烃树脂 100重量份；
第一阻燃剂 150重量份；
第一润滑剂 1～3重量份；
第一抗氧剂 0.1～0.2重量份；
硅烷 2～4重量份；
引发剂 0.1～1.0重量份；
催化剂母料的组分及各组分重量配比为：
聚烯烃树脂 100重量份；
第二阻燃剂 150重量份；
第二润滑剂 1～5重量份；
第二抗氧剂 5～15重量份；
催化剂 2～10重量份。
其中，所述的聚烯烃树脂选自乙烯共聚树脂。
优选地是，所述的乙烯共聚树脂为乙烯三元共聚树脂。
更优选地是，所述的乙烯三元共聚树脂为乙烯与丙稀、丁烯、己烯或辛烯中的两种物质共聚所得的树脂。
更优选地是，所述的乙烯共聚树脂选自TAFMER树脂或Engage树脂。TAFMER树脂为日本三井化学公司生产的树脂，Engage树脂为杜邦公司提供，均可以从市场购得。
其中，所述的第一阻燃剂和第二阻燃剂选自氢氧化铝，氢氧化镁，阻燃剂起到阻燃的作用。
其中，所述的第一润滑剂和第二润滑剂选自硬脂酸，硬脂酸镁，石蜡，PE蜡；润滑剂的作用是使该材料易于加工，不会在机筒中粘连。
其中，所述的第一抗氧剂和第二抗氧剂选自抗氧剂1010，即四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂DLTP，即硫代二丙酸二月桂酯；抗氧剂168，即三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯；抗氧剂的作用是延长该材料老化寿命。
其中，所述的硅烷选自有机硅酯，优选地是γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷；乙烯基三乙酰氧基硅烷；所述的硅烷还可以是乙烯基硅氧烷，优选地是乙烯基三甲氧基硅烷；乙烯基三乙氧基硅烷；β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷；所述的硅烷还可以是氨基硅烷，优选地是使用N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷；γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
其中，所述的引发剂为有机过氧化物引发剂，优选地是使用过氧化二苯甲酰，过氧化醋酸叔丁酯，过氧化苯甲酸叔丁酯或1，1-双(过氧化叔丁基)环己烷；引发剂受热分解成游离基，引发聚烯烃树脂与作为偶联剂的硅烷接枝，进一步缩合形成立体网状结构。
其中，所述的催化剂选自钛化物，优选地是正钛酸四丁酯；所述催化剂还可以使用锆化物，优选地是正锆酸四丁酯；所述的催化剂还可以选用二月桂酸二丁基锡，催化剂起到加速反应的作用。
本发明的另一个目的是提供一种硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的生产工艺，基料和催化剂母料按重量比100∶3～5混合均匀，经单螺杆挤出机挤出，在80～90℃温水浴或蒸汽中放置6～8小时；即可制得硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料。
其中，基料的生产工艺为：聚烯烃树脂100重量份；第一阻燃剂150重量份；第一润滑剂1～3重量份；第一抗氧剂0.1～0.2重量份；强制喂料于双螺杆挤出机，挤出造料，在65℃下干燥1～3小时，干燥后的产物在低速混合锅中与硅烷2～4重量份；引发剂0.1～1.0重量份混合均匀，即得基料；低速混合中搅拌机的转速为50～100转/分。
催化剂母料的生产工艺为：聚烯烃树脂100重量份；第二阻燃剂150重量份；第二润滑剂1～5重量份；第二抗氧剂5～15重量份；催化剂2～10重量份混合后强制喂料于双螺杆挤出机挤出造粒，在65℃下干燥1～3小时即得催化剂母料。
其中，所述的双螺杆挤出机的挤出温度为：加料段120℃，混炼段130℃，挤出造料段135℃，法兰部分140℃，机头部分145℃。
本发明所提供的电缆料在挤制成电缆后省去了辐照这一环节，自然也就避免了上述问题的产生。电缆制造厂家只要有温水浴池即可自行完成交联这一工序，不仅节省了大量的成本开支，而且缩短工期，保证产品的质量。本发明的出现填补了国内市场上硅烷交联低烟无卤阻燃料的空白。
按照发明配方和生产工艺制成的电缆，其性能符合JB/T10491-2004标准中相应的耐热105℃及125℃无卤低烟阻燃交联聚烯烃电线电缆的要求。
附图说明
附图1为本发明的电缆料生产工艺流程图；
附图2为基料生产工艺流程图；
附图3为催化剂母料生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
| 硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料组成 | 用量(重量份) | ||||||
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 基料 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 催化剂母料 | 3.0 | 3.5 | 3.8 | 4.0 | 4.3 | 4.5 | 5.0 |
硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的生产工艺，基料和催化剂母料按重量比选定的比例混合均匀，经单螺杆挤出机挤出，在80～90℃温水浴或蒸汽中放置6～8小时；即可制得硅烷交联低烟无卤阻燃綮烯烃电缆料。
| 基料组成 | 用量(重量份) | ||||||
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 聚烯烃树脂 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 第一阻燃剂 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 |
| 第一润滑剂 | 1.0 | 1.3 | 1.6 | 2.0 | 2.4 | 2.6 | 3.0 |
| 第一抗氧剂 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.8 |
| 硅烷 | 2.0 | 2.3 | 2.7 | 3.0 | 3.4 | 3.8 | 4.0 |
| 引发剂 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.7 | 0.8 | 1.0 |
其中，实施例1中的聚烯烃树脂为乙烯共聚树脂，实施例2中的聚烯烃树脂为TAFMER系列中的DF710树脂，实施例3中的聚烯烃树脂为TAFMER系列中的DF840树脂，实施例4的聚烯烃树脂为Engage系列中的7086树脂，实施例5中聚烯烃树脂为乙烯与丙稀共聚树脂，实施例6中的聚烯烃树脂为乙烯与丙稀、丁烯共聚树脂，实施例7中的聚烯烃树脂为乙烯与丁烯、辛烯共聚树脂。
其中，实施例1至3中的第一阻燃剂为氢氧化铝，实施例4至7中的第一阻燃剂为氢氧化镁。
其中，实施例1中的第一润滑剂为硬脂酸，实施例2中的第一润滑剂为硬脂酸镁，实施例3中的第一润滑剂为石蜡，实施例4至7中的润滑剂为PE蜡。
其中，实施例1和2中的第一抗氧剂为抗氧剂1010，实施例3和4中的第一抗氧剂为抗氧剂DLTP，实施例5至7中的第一抗氧剂为抗氧剂168。
其中，实施例1中的硅烷为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷；实施例2中的硅烷是乙烯基三乙酰氧基硅烷；实施例3中的硅烷是乙烯基三甲氧基硅烷；实施例4中的硅烷是乙烯基三乙氧基硅烷；实施例5中的硅烷是β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷；实施例6中的硅烷是使用N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷；实施例7中的硅烷是γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
其中，实施例1和2中的引发剂是过氧化二苯甲酰，实施例3和4中的引发剂是过氧化醋酸叔丁酯，实施例5和6中的引发剂是过氧化苯甲酸叔丁酯，实施例7中的引发剂是1，1-双(过氧化叔丁基)环己烷。
基料的生产工艺为：按照选定的比例将聚烯烃树脂；第一阻燃剂；第一润滑剂；第一抗氧剂；强制喂料于双螺杆挤出机，挤出造料，在65℃下干燥1～3小时，干燥后的产物在低速混合锅中与选定的比例的硅烷和引发剂混合均匀，即得基料；低速混合中搅拌机的转速为50～100转/分。
所述的双螺杆挤出机的挤出温度为：加料段120℃，混炼段130℃，挤出造料段135℃，法兰部分140℃，机头部分145℃。
| 催化剂母料组成 | 用量(重量份) | ||||||
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 聚烯烃树脂 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 第二阻燃剂 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 |
| 第二润滑剂 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.5 | 4.0 | 5.0 |
| 第二抗氧剂 | 5.0 | 7.0 | 10.0 | 11.0 | 12.0 | 13.0 | 15.0 |
| 催化剂 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 6.0 | 8.0 | 10.0 |
其中，实施例1中的聚烯烃树脂为乙烯共聚树脂，实施例2中的聚烯烃树脂为TAFMER系列中的DF710树脂，实施例3中的聚烯烃树脂为TAFMER系列中的DF840，实施例4的聚烯烃树脂为Engage系列中的7086树脂，实施例5中聚烯烃树脂为乙烯与丙稀共聚树脂，实施例6中的聚烯烃树脂为乙烯与丙稀、丁烯共聚树脂，实施例7中的聚烯烃树脂为乙烯与己烯、辛烯共聚树脂。
其中，实施例1至3中的第二阻燃剂为氢氧化铝，实施例4至7中的第二阻燃剂为氢氧化镁。
其中，实施例1中的第二润滑剂为硬脂酸，实施例2中的第二润滑剂为硬脂酸镁，实施例3中的第二润滑剂为石蜡，实施例4至7中的润滑剂为PE蜡。
其中，实施例1和2中的第二抗氧剂为抗氧剂1010，实施例3和4中的第二抗氧剂为抗氧剂DLTP，实施例5至7中的第二抗氧剂为抗氧剂168。
其中，实施例1和2中的催化剂是正钛酸四丁酯；实施例3和4中的催化剂是正锆酸四丁酯；实施例5、6和7中的催化剂是二月桂酸二丁基锡。
催化剂母料的生产工艺为：按照选定的比例将聚烯烃树脂；第二阻燃剂；第二润滑剂；第二抗氧剂；催化剂混合后强制喂料于双螺杆挤出机挤出造粒，在65℃下干燥1～3小时即得催化剂母料。
所述的双螺杆挤出机的挤出温度为：加料段120℃，混炼段130℃，挤出造料段135℃，法兰部分140℃，机头部分145℃。
对实施例2进行检测，所获的各性能数值如下表所示，表格中的指标值为国家规定应当达到的标准值，典型值为对本发明的检测得出的数值。
| 项目名称 | 单位 | 指标值 | 典型值 | |
| 密度 | g/cm3 | - | 1.43 | |
| 拉伸强度 | MPa | ≥10.0 | 11.8 | |
| 断裂伸长率 | ％ | ≥150 | 210 | |
| 热老化136±2℃×168h | 拉伸强度变化率 | ％ | ±25 | +15 |
| 断裂伸长率变化率 | ％ | ±25 | -10 | |
| 热老化158±2℃×168h | 拉伸强度变化率 | ％ | ±20 | +18 |
| 断裂伸长率变化率 | ％ | ±20 | -14 | |
| 热延伸200℃ | 负荷下伸长率 | ％ | ≤175 | 60 |
| 永久变形 | ％ | ≤15 | 5 | |
| 低温冲击脆化温度 | ℃ | -25 | 通过 | |
| 20℃体积电阻率 | Ω·m | ≥1.0×1012 | 3.2×1012 | |
| 介电强度 | MV/m | ≥20 | 28 | |
| 氧指数 | ≥30 | 32 | ||
| 烟密度 | 有焰 | ≤100 | 55 | |
| 无焰 | ≤200 | 142 | ||
| 燃烧气体pH值 | ≥4.3 | 6.1 | ||
| 卤酸释放量 | mg/g | - | 0 | |
| 电导率 | μS/mm | ≤10 | 0.3 | |
上述实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。
Claims (16)
1.硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，由基料和催化剂母料按重量比100∶3～5组成；
其中，基料各组分及各组分重量配比为：
聚烯烃树脂 100重量份；
第一阻燃剂 150重量份；
第一润滑剂 1～3重量份；
第一抗氧剂 0.1～0.2重量份；
硅烷 2～4重量份；
引发剂 0.1～1.0重量份；
催化剂母料的组分及各组分重量配比为：
聚烯烃树脂 100重量份；
第二阻燃剂 150重量份；
第二润滑剂 1～5重量份；
第二抗氧剂 5～15重量份；
催化剂 2～10重量份。
2.根据权利要求1所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的聚烯烃树脂选自乙烯共聚树脂。
3.根据权利要求2所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的乙烯共聚树脂为乙烯三元共聚树脂。
4.根据权利要求3所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的乙烯三元共聚树脂为乙烯与丙稀、丁烯、己烯或辛烯中的两种物质共聚所得的树脂。
5.根据权利要求2所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的乙烯共聚树脂选自TAFMER树脂或Engage树脂。
6.根据权利要求1所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的第一阻燃剂和第二阻燃剂选自氢氧化铝，氢氧化镁。
7.根据权利要求1所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的第一润滑剂和第二润滑剂选自硬脂酸，硬脂酸镁，石蜡，PE蜡。
8.根据权利要求1所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的第一抗氧剂和第二抗氧剂选自抗氧剂1010，即四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂DLTP，即硫代二丙酸二月桂酯；抗氧剂168，即三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
9.根据权利要求1所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的硅烷选自有机硅酯、乙烯基硅氧烷或氨基硅烷中的一种或两种。
10.根据权利要求9所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的有机硅酯选自γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷；乙烯基三乙酰氧基硅烷。所述的乙烯基硅氧烷选自乙烯基三甲氧基硅烷；乙烯基三乙氧基硅烷；β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷；所述的氨基硅烷选自N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷；γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
11.根据权利要求1所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的引发剂为有机过氧化物引发剂。
12.根据权利要求11所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的有机过氧化物引发剂选自过氧化二苯甲酰，过氧化醋酸叔丁酯，过氧化苯甲酸叔丁酯或1，1-双(过氧化叔丁基)环己烷。
13.根据权利要求1所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的催化剂选自钛化物、锆化物或二月桂酸二丁基锡。
14.根据权利要求13所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料，其特征在于，所述的钛化物为正钛酸四丁酯，所述的锆化物为正锆酸四丁酯。
15.硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的生产工艺，其特征在于，基料和催化剂母料按重量比100∶3～5混合均匀，经单螺杆挤出机挤出，在80～90℃温水浴或蒸汽中放置6～8小时；
其中，基料的生产工艺为：聚烯烃树脂100重量份；第一阻燃剂150重量份；第一润滑剂1～3重量份；第一抗氧剂0.1～0.2重量份；强制喂料于双螺杆挤出机，挤出造料，在65℃下干燥1～3小时，干燥后的产物在低速混合锅中与硅烷2～4重量份；引发剂0.1～1.0重量份混合均匀，即得基料；
催化剂母料的生产工艺为：聚烯烃树脂100重量份；第二阻燃剂150重量份；第二润滑剂1～5重量份；第二抗氧剂5～15重量份；催化剂2～10重量份混合后强制喂料于双螺杆挤出机挤出造粒，在65℃下干燥1～3小时即得催化剂母料。
16.根据权利要求15所述的硅烷交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的生产工艺，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的挤出温度为：加料段120℃，混炼段130℃，挤出造料段135℃，法兰部分140℃，机头部分145℃。
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