高阻燃聚丙烯绝缘电缆料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成，均为质量份：聚丙烯100?113，白炭黑4?9，硬脂酸3?7，煅烧陶土5?10，马来酸酐接枝相容剂3?7，氢氧化镁20?26，羧甲基纤维素钠8?13，硅烷偶联剂A?172 4?9，沸石9?14，木质素磺酸钙5?12。本发明所得产品物力学性能良好，耐冲击、耐拉伸，阻燃性好，对环境无污染、刺激性小，使用更加安全。
【专利说明】
高阻燃聚丙烯绝缘电缆料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电缆料领域，特别是涉及高阻燃聚丙烯绝缘电缆料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 电线电缆绝缘及护套用塑料俗称电缆料，传统的阻燃电缆一般采用聚氯乙烯做为 护套，虽然聚氯乙烯材料具有阻燃性好、价廉、工艺好等特点，但由于其含有卤素，燃烧时会 放出大量卤化氢气和浓烟，造成火灾的"二次危害"，从而加大了火灾的损失。尤其是很多科 学研究已证实，卤化物对人体健康与环境所造成的损害已愈来愈严重，人们越来越重视环 保。使得不含卤素的低烟无卤阻燃电缆料得到广泛的使用并呈现出很大的发展潜力。
[0003] 公布号CN 103509262 A(申请号201310403479.9)的中国专利文献公开了一种阻 燃聚丙烯电缆料，其是由下述重量份的原料制得:氯化聚乙烯100-110、等规聚丙烯10-20、 硬酯酸镁1-2、氢氧化铝10-15、氢氧化镁2-4、顺丁稀二酸二丁酯1-2、氧化妈1.5-3、氧化锌 0.8-1、硬脂酸锌0.4-0.6、邻苯二甲酸聚酯0.3-0.5、环氧大豆油1-2、硫酸钡1-2、改性白云 石粉60-70、甲基三甲氧基硅烷1-2、抗氧剂DLTP1.4-3。公布号CN 104231401 A(申请号 201410500796.7)的中国专利文献公开了一种聚丙烯电缆料，其是由下述重量份的原料制 得:茂金属线性聚乙烯40-57、无规聚丙烯25-30、红磷3-4、氢氧化镁8-10、气相白炭黑7-9、 复合填料50-57、纳米碳酸钙2-4、辣椒素0.4-0.6、腰果壳油3-6、间苯二甲酸酯5-8、甘油三 醋酸酯1-2、马来酸二辛酯0.5-1、二茂铁1-2、色釉混合物料着色剂：1-3。公布号CN 103709487 A(申请号201410012208.5)的中国专利文献公开了一种聚丙烯电缆料，其是由 下述重量份的原料制得:茂金属线性聚乙烯60-77、等规聚丙烯17-22、红磷1-2、氢氧化镁4- 6、气相白炭黑5-7、复合填料60-67，纳米碳酸钙2-4、辣椒素0.1-0.3、腰果壳油1-2、间苯二 甲酸酯2-4、甘油三醋酸酯1-2、马来酸二辛酯0.3-0.8、二茂铁1-2。
[0004] 目前市面上的阻燃电缆料，在实际应用过程中，其阻燃效果及机械性能均有不足， 市场推广不容易，因此需要进一步加强对此方面的研究，改善缺点，提高电缆料性能。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种阻燃效果好、使用安全的高阻燃 聚丙烯绝缘电缆料及其制备方法。
[0006] 本发明的技术方案是： 高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成，均为质量份:聚丙烯100-113,白 炭黑4-9,硬脂酸3-7,煅烧陶土 5-10,马来酸酐接枝相容剂3-7,氢氧化镁20-26,羧甲基纤维 素钠8-13，硅烷偶联剂A-172 4-9，沸石9-14，木质素磺酸钙5-12。
[0007] 优选方案为，聚丙烯103-110，白炭黑5-8，硬脂酸4-6，煅烧陶土6-9，马来酸酐接枝 相容剂4-6，氢氧化镁22-24，羧甲基纤维素钠9-12，硅烷偶联剂A-172 5-8，沸石10-13，木质 素磺酸钙7-10。
[0008] 更加优选的是，聚丙烯106.5,白炭黑6.5,硬脂酸5,煅烧陶土7.5,马来酸酐接枝相 容剂5,氢氧化镁23,羧甲基纤维素钠10.5,硅烷偶联剂A-172 6.5,沸石11.5,木质素磺酸钙 8.5〇
[0009]所述的高阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法，步骤如下： (1) 取煅烧陶土、氢氧化镁和沸石碾碎，置于研磨机内，粉碎60分钟，加水制成浆料，过 筛后喷雾干燥； (2) 将白炭黑、硬脂酸、羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钙置于搅拌机内，混合搅拌40-60 分钟(优选的：混合搅拌45-55分钟；更加优选的：混合搅拌50分钟），取出置于捏合机内，加 热至75-95 °C，捏合5-15分钟，取出放凉； (3) 将聚丙烯置于混合机内，加热至115°C，搅拌均匀，加入步骤（1)(2)所制原料，以800 转/分钟的速度高速搅拌22-36分钟，然后降低搅拌速度，再加入马来酸酐接枝相容剂和硅 烷偶联剂A-172，搅拌冷却至35 °C以下，备用； (4) 将步骤(3)所得最终产物放入双螺杆挤出机中挤出造粒，经冷却、切割并包装后，即 得电缆料。
[0010]所述的制备方法，步骤⑴筛子的目数为300-500目（优选的：筛子的目数为350-450目；更加优选的：筛子的目数为400目）。
[0011]所述的制备方法，步骤(2)加热至80-90°C (优选的：加热至85°C )。
[0012]所述的制备方法，步骤(2)捏合8-12分钟(优选的：捏合10分钟）。
[0013]所述的制备方法，步骤(3)高速搅拌26-32分钟(优选的：高速搅拌29分钟）。
[0014]所述的制备方法，步骤(3)降低搅拌速度至100-200转/分钟(优选的：降低搅拌速 度至120-180转/分钟;更加优选的：降低搅拌速度至150转/分钟）。
[0015] 所述的制备方法，步骤(4)挤出温度为135-165°C(优选的:挤出温度为145-155Γ; 更加优选的:挤出温度为150°C )。
[0016] 本发明提供的高阻燃聚丙烯绝缘电缆料制备科学，工艺简单。除此之外，本发明的 优良效果还表现在:本发明所得产品力学性能良好，耐冲击、耐拉伸，阻燃性好，对环境无污 染、刺激性小，使用更加安全。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例和实验例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。
[0018] 实施例1高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成(每份5kg):聚丙烯 100份，白炭黑4份，硬脂酸3份，煅烧陶土5份，马来酸酐接枝相容剂3份，氢氧化镁20份，羧甲 基纤维素钠8份，硅烷偶联剂A-172 4份，沸石9份，木质素磺酸钙5份。上述高阻燃聚丙烯绝 缘电缆料的制备方法是： (1) 取煅烧陶土、氢氧化镁和沸石碾碎，置于研磨机内，粉碎60分钟，加水制成浆料，过 300目筛后喷雾干燥； (2) 将白炭黑、硬脂酸、羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钙置于搅拌机内，混合搅拌40分 钟，取出置于捏合机内，加热至75 °C，捏合5分钟，取出放凉； (3) 将聚丙烯置于混合机内，加热至115°C，搅拌均匀，加入步骤（1)(2)所制原料，以800 转/分钟的速度高速搅拌22分钟，然后降低搅拌速度至100转/分钟，再加入马来酸酐接枝相 容剂和硅烷偶联剂A-172，搅拌冷却至35°C以下，备用； (4)将步骤(3)所得最终产物放入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为135°C，经冷 却、切割并包装后，即得电缆料。
[0019] 实施例2高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成(每份5kg):聚丙烯 113份，白炭黑9份，硬脂酸7份，煅烧陶土 10份，马来酸酐接枝相容剂7份，氢氧化镁26份，羧 甲基纤维素钠13份，硅烷偶联剂A-172 9份，沸石14份，木质素磺酸钙12份。上述高阻燃聚丙 烯绝缘电缆料的制备方法是： (1) 取煅烧陶土、氢氧化镁和沸石碾碎，置于研磨机内，粉碎60分钟，加水制成浆料，过 500目筛后喷雾干燥； (2) 将白炭黑、硬脂酸、羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钙置于搅拌机内，混合搅拌60分 钟，取出置于捏合机内，加热至95 °C，捏合15分钟，取出放凉； (3) 将聚丙烯置于混合机内，加热至115°C，搅拌均匀，加入步骤（1)(2)所制原料，以800 转/分钟的速度高速搅拌36分钟，然后降低搅拌速度至200转/分钟，再加入马来酸酐接枝相 容剂和硅烷偶联剂A-172，搅拌冷却至35°C以下，备用； (4) 将步骤(3)所得最终产物放入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为165°C，经冷 却、切割并包装后，即得电缆料。
[0020] 实施例3高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成(每份5kg):聚丙烯 103份，白炭黑5份，硬脂酸4份，煅烧陶土6份，马来酸酐接枝相容剂4份，氢氧化镁22份，羧甲 基纤维素钠9份，硅烷偶联剂A-172 5份，沸石10份，木质素磺酸钙7份。上述高阻燃聚丙烯绝 缘电缆料的制备方法是： (1) 取煅烧陶土、氢氧化镁和沸石碾碎，置于研磨机内，粉碎60分钟，加水制成浆料，过 350目筛后喷雾干燥； (2) 将白炭黑、硬脂酸、羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钙置于搅拌机内，混合搅拌45分 钟，取出置于捏合机内，加热至80 °C，捏合8分钟，取出放凉； (3) 将聚丙烯置于混合机内，加热至115°C，搅拌均匀，加入步骤（1)(2)所制原料，以800 转/分钟的速度高速搅拌26分钟，然后降低搅拌速度至120转/分钟，再加入马来酸酐接枝相 容剂和硅烷偶联剂A-172，搅拌冷却至35°C以下，备用； (4) 将步骤(3)所得最终产物放入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为145°C，经冷 却、切割并包装后，即得电缆料。
[0021] 实施例4高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成(每份5kg):聚丙烯 110份，白炭黑8份，硬脂酸6份，煅烧陶土9份，马来酸酐接枝相容剂6份，氢氧化镁24份，羧甲 基纤维素钠12份，硅烷偶联剂A-172 8份，沸石13份，木质素磺酸钙10份。上述高阻燃聚丙烯 绝缘电缆料的制备方法是： (1) 取煅烧陶土、氢氧化镁和沸石碾碎，置于研磨机内，粉碎60分钟，加水制成浆料，过 450目筛后喷雾干燥； (2) 将白炭黑、硬脂酸、羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钙置于搅拌机内，混合搅拌55分 钟，取出置于捏合机内，加热至90 °C，捏合12分钟，取出放凉； (3) 将聚丙烯置于混合机内，加热至115°C，搅拌均匀，加入步骤（1)(2)所制原料，以800 转/分钟的速度高速搅拌32分钟，然后降低搅拌速度至180转/分钟，再加入马来酸酐接枝相 容剂和硅烷偶联剂A-172，搅拌冷却至35°C以下，备用； (4)将步骤(3)所得最终产物放入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为155°C，经冷 却、切割并包装后，即得电缆料。
[0022]实施例5高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，主要由下列原料制备而成(每份5kg):聚丙烯 106.5份，白炭黑6.5份，硬脂酸5份，煅烧陶土7.5份，马来酸酐接枝相容剂5份，氢氧化镁23 份，羧甲基纤维素钠10.5份，娃烷偶联剂A-172 6.5份，沸石11.5份，木质素磺酸钙8.5份。上 述高阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法是： (1) 取煅烧陶土 (购自灵寿县溢盛矿产品加工厂）、氢氧化镁(购自湖北巨胜科技有限公 司）和沸石(购自青岛志远滤料有限公司)碾碎，置于研磨机内，粉碎60分钟，加水制成浆料， 过400目筛后喷雾干燥； (2) 将白炭黑(购自济南春禄福商贸有限公司）、硬脂酸(购自郑州康源化工产品有限公 司）、羧甲基纤维素钠(购自石家庄宁诺商贸有限公司）和木质素磺酸钙(购自湖北兴银河化 工有限公司）置于搅拌机内，混合搅拌50分钟，取出置于捏合机内，加热至85°C，捏合10分 钟，取出放凉； (3) 将聚丙烯(购自湖北巨胜科技有限公司)置于混合机内，加热至115°C，搅拌均匀，加 入步骤（1)(2)所制原料，以800转/分钟的速度高速搅拌29分钟，然后降低搅拌速度至150 转/分钟，再加入马来酸酐接枝相容剂(购自深圳市英荃化工有限公司）和硅烷偶联剂A-172 (购自济南国邦化工有限公司），搅拌冷却至35 °C以下，备用； (4) 将步骤(3)所得最终产物放入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为150°C，经冷 却、切割并包装后，即得电缆料。
[0023]本发明所用主要原料： 聚丙烯:是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。其特点是无毒、无味，密度小，强度、 刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在l〇〇°C左右使用。具有良好的介电性能和高频绝 缘性且不受湿度影响，化学稳定性很好，适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。 常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用。
[0024] 白炭黑：即水合二氧化硅，其组成可用Si02 · ηΗ20表示，是微细粉末状或超细粒子 状的二氧化硅。能溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外）。其化学稳定性 好，受高温不易分解、不燃烧、比表面积大、电绝缘性强，具有很高的多孔性、吸水性，有很好 的补强和增黏作用、良好的分散性、悬浮和振动液化特性。
[0025] 硬脂酸：由油脂水解生产，纯品为白色略带光泽的蜡状小片结晶体。广泛应用于 PVC塑料管材、板材、型材、薄膜的制造。硬脂酸是PVC热稳定剂，具有很好的润滑性和较好的 光、热稳定作用。
[0026] 煅烧陶土 :陶土经风选、漂洗、沉淀、干燥、煅烧（1100°C高温）、超细粉碎制成。可用 作填充物，改善胶料的耐磨性、耐水性和电绝缘性。
[0027] 马来酸酐接枝相容剂:是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂，通过引入 强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性。主要用于无卤阻燃、填充、玻纤增强、增 韧，金属粘结、合金相容等。能大大提高复合材料的相容性和填料的分散性，提高产品性能。
[0028] 氢氧化镁:是无色六方柱晶体或白色粉末，难溶于水和醇，溶于稀酸和铵盐溶液， 水溶液呈弱碱性。其缓冲性能、反应活性、吸附性力、热分解性能等均较优秀，是公认的橡塑 行业中具有阻燃、抑烟、填充三重功能的优秀阻燃剂。
[0029] 羧甲基纤维素钠:为纤维素羧甲基醚的钠盐，属阴离子型纤维素醚，为白色或乳白 色纤维状粉末或颗粒，无臭，无味，无味，有吸湿性，易于分散在水中成透明胶状溶液，不溶 于有机溶剂。用途:食品工业中用作增稠剂，医药工业中用作药物载体，日用化学工业中用 作黏结剂、抗再沉凝剂。印染工业中用作上浆剂和印花糊料的保护胶体等。在石油化工中可 作为采油压裂液成分。
[0030] 硅烷偶联剂A-172:是一种双功能分子，它即可和无机填料反应，也可和有机高分 子反应。可用作多种矿物填充聚合物的粘和促进剂，可提高其机械性能和电性能，在电线、 电缆制造中，使用本品处理交联聚乙烯复合材料的填料，以改善填料的物理性能和保护界 面免受潮气侵蚀。可以增加填料份额，而且使抗拉强度增加1倍，介电常数增加10倍。（购自 山东济南润泉化工有限公司）。
[0031 ]沸石:一种含有水架状结构的铝硅酸盐矿物，具有吸附性、离子交换性、催化和耐 酸耐热等性能，因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂，也可用于气体的干燥、净化 和污水处理等方面。
[0032]木质素磺酸钙:是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，外观为浅黄色至 深棕色粉末，略有芳香气味，具有很强的分散性、粘结性、螯合性，可通过亚硫酸钠纸浆废液 为原料，经石灰水沉降，酸溶，过滤除杂，滤液浓缩而得。用途:用作混凝土减水剂:掺水泥量 的0.25~0.3%，可以减少用水量10~14以上，改善混凝土和易性，提高工程质量;制造耐火 材料砖瓦时，使用木质素磺酸钙做分散剂和粘合剂，能显著改善操作性能，并有减水、增强、 防止龟裂等良好效果；用于陶瓷制品，可以降低碳含量增加生坯强度，减少塑性粘土用量， 泥浆流，动性好，提高成品率70-90%。
[0033]试验例1本发明所得高阻燃聚丙烯绝缘电缆料(实施例5)的性能测试： 1.选取本发明所得高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，参照标准测试机械性能，其结果如下所 示： 本发明产品的抗张强度为21 MPa，断裂伸长率为283%，极限氧指数为39.5%，全部符合 标准，并明显优于标准。
[0034] 2.选取本发明所得高阻燃聚丙烯绝缘电缆料和常规阻燃电缆料，参照标准测试阻 燃效果，其结果如表1所示： 试验结果:两组的测试结果如表1所示：
由表1可知，本发明产品的阻燃效果更显著，可有效减少发烟量，另外腐蚀性及毒性小， 有利于避免环境污染和对人体伤害。
[0035] 应当指出的是，【具体实施方式】只是本发明比较有代表性的例子，显然本发明的技 术方案不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公 开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。
【主权项】
1. 高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，其特征在于，主要由下列原料制备而成，均为质量份:聚 丙烯100-113，白炭黑4-9，硬脂酸3-7，煅烧陶土5-10，马来酸酐接枝相容剂3-7，氢氧化镁 20-26，羧甲基纤维素钠8-13，硅烷偶联剂A-172 4-9，沸石9-14，木质素磺酸钙5-12。2. 如权利要求1所述的高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，其特征在于，聚丙烯103-110,白炭黑 5-8,硬脂酸4-6,煅烧陶土 6-9,马来酸酐接枝相容剂4-6,氢氧化镁22-24,羧甲基纤维素钠 9-12，硅烷偶联剂A-172 5-8，沸石10-13，木质素磺酸钙7-10。3. 如权利要求1所述的高阻燃聚丙烯绝缘电缆料，其特征在于，聚丙烯106.5,白炭黑 6.5,硬脂酸5,煅烧陶土7.5,马来酸酐接枝相容剂5,氢氧化镁23,羧甲基纤维素钠10.5,硅 烷偶联剂A-172 6.5，沸石11.5，木质素磺酸钙8.5。4. 如权利要求1-3任一所述的高阻燃聚丙烯绝缘电缆料的制备方法，其特征在于，步骤 如下： (1) 取煅烧陶土、氢氧化镁和沸石碾碎，置于研磨机内，粉碎60分钟，加水制成浆料，过 筛后喷雾干燥； (2) 将白炭黑、硬脂酸、羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钙置于搅拌机内，混合搅拌40-60 分钟(优选的：混合搅拌45-55分钟；更加优选的：混合搅拌50分钟），取出置于捏合机内，加 热至75-95 °C，捏合5-15分钟，取出放凉； (3) 将聚丙烯置于混合机内，加热至115°C，搅拌均匀，加入步骤（1)(2)所制原料，以800 转/分钟的速度高速搅拌22-36分钟，然后降低搅拌速度，再加入马来酸酐接枝相容剂和硅 烷偶联剂A-172，搅拌冷却至35 °C以下，备用； (4) 将步骤(3)所得最终产物放入双螺杆挤出机中挤出造粒，经冷却、切割并包装后，即 得电缆料。5. 如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1)筛子的目数为300-500目（优选 的：筛子的目数为350-450目；更加优选的：筛子的目数为400目）。6. 如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)加热至80-90°C(优选的：加热至 85〇C)〇7. 如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)捏合8-12分钟(优选的：捏合10 分钟）。8. 如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)高速搅拌26-32分钟(优选的：高 速搅拌29分钟）。9. 如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)降低搅拌速度至100-200转/分 钟(优选的：降低搅拌速度至120-180转/分钟;更加优选的：降低搅拌速度至150转/分钟）。10. 如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)挤出温度为135-165Γ (优选 的:挤出温度为145-155°C ;更加优选的:挤出温度为150°C )。
【文档编号】C08K5/09GK105968565SQ201610373660
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】不公告发明人
【申请人】李小涛