一种电缆用抗撕裂无卤阻燃聚合物护套绝缘材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明通过一种电缆用抗撕裂无卤阻燃聚合物护套绝缘材料的新的工艺方法，属 于功能化高分子阻燃复合材料制备的工艺技术领域。
【背景技术】
[0002] 低烟无卤电线电缆不仅已经大量用于航天军工产品上，而且商用船只、重要地面 工程设施和民用建筑、电子电器、计算机等也正在大量应用低烟无卤线材产品。在安规产品 及电子周边产品的推广上遇到很大阻力，其主要原因是复合阻燃材料技术不成熟，在挤出 线缆时，材料的加工性能会影响产品性能，主要集中体现在以下几个方面： 1.阻燃问题 高分子材料的阻燃不仅与其本身阻燃特性有关，而且与其形状结构有关。细电线的耐 燃性常常不能达到相关标准的要求，如美规、欧规、日规等标准的电子线、电源线，这些线材 的外径较小，通常在IOmm以下，但阻燃要求很高，要通过VW-I或单根垂直燃烧测试；且存在 机械物理性能问题差；无卤低烟电缆料通常有很高的填充，抗环境应力开裂能力较差，再加 上材料的软化温度不高，使用于户外时，在紫外线照射、高温环境、内应力等各种不利因素 的共同作用下，在移动和使用过程中较易被撕裂。
[0003] 2?成型加工工艺问题 无卤低烟电缆料的成型加工工艺，虽然已在生产设备和生产工艺方面有效解决；但针 对阻燃要求很高的，如美规电子线、电源线，手机充电器线、耳机线、电脑周边线等，这些细 电线的成型加工比电缆、光缆等要困难很多；要顺利生产这些产品，不仅无卤生产工艺需要 改进，还需要在材料中加入提高流动加工性能的助剂。
[0004] 3.成本问题 由于受原材料现有技术及国外大厂家垄断等因素的影响，高品质无卤低烟抗撕裂电缆 料的材料成本比目前市场一般产品高出很多。
[0005] 而中密度聚乙烯（MDPE)是近年来才得到广泛运用的一种聚乙烯，其性能介于高 密度聚乙烯（HDPE)和低密度聚乙烯（LDPE)两者之间，既保持了 HDPE的刚性，又有LDPE的 柔性、耐蠕变性，集两者优点于一身，在制造配气管、配水管、通讯和电缆护套方面占有绝对 优势，因而越来越受市场关注。独特性能确立市场地位:MDPE因其良好的抗环境应力开裂 性、焊接性和使用寿命长等，近年来应用发展迅速，用量增加很快，MDPE被认为是目前世界 上通讯电缆、光纤光缆最合适用的护套材料。为了得到特种性能材料，通常还要加入耐撕裂 性好的材料来改性.白炭黑作为一种环保、性能优异的补强剂和阻燃助剂，主要用于橡胶 制品、纺织、涂料、塑料等领域。气相法白炭黑是极其重要的高科技超微细无机新材料之一， 由于其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电 阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领 域内独具特性，有着不可取代的作用。气相法白炭黑是MDPE主要的耐撕裂性填料，采用不 同种类的硅烷偶联剂改性白炭黑后填充MDPE，加入具有一定结构的添加剂作为集中交联剂 参与辐照交联过程，其中添加剂主要为聚硅氧烷，这可避免硅油，石蜡油等小分子润滑剂的 溢出而导致材料性能不好。MDPE的抗撕裂增强机理可以用适度集中交联理论来解释。加入 弹性剂与MDPE共混，再通过电子束辐照MDPE的过程，从而形成较强的交联网络结构，且可 以与无机纳米粒子表面的活性点产生化学作用，对网络有更强的补充作用，撕裂过程中应 力通过交联点可迅速均匀分散到周围的分子上，从而避免了应力集中，使撕裂强度得到较 大提尚。
[0006] 高分子复合材料的辐射改性是辐射化学应用于新材料领域，并取得较快发展的一 个方面。目前，高分子辐射加工工业已在世界各国蓬勃发展，成为一个新兴的高科技产业， 辐射交联电线电缆、热收缩材料、有机PTC (正温度系数）材料、泡沫材料等的制备；辐射聚 合、辐射降解、辐射接枝、橡胶的辐射硫化及辐射涂层固化等技术都已发展成大规模的产 业。而且许多新的工程塑料，复合材料等的制备都可通过辐射交联的方法实现。聚合物材 料经辐射交联后，聚合物大分子之间形成一定的交联点，从而使聚合物的分子量提高，并形 成一种三维网状结构的分子，对聚合物的各项物理性能产生影响，这可改善在聚烯烃中阻 燃剂的界面相容性，提高两者的相互作用，同时在燃烧过程中，更容易形成炭层，可以隔绝 燃烧过程中的氧气和热交换，很好的起到固相阻燃作用。获得阻燃性能和机械性能优异的 高分子复合材料，同时具有十分优异的加工性能。可用于制造各种辐照电线电缆、热收缩电 缆护套等。解决了无卤低烟阻燃电缆料中因添加大量无机阻燃剂而导致电缆易撕裂、热收 缩大、受潮绝缘电阻大幅度降低等技术难题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种电缆用抗撕裂无卤阻燃聚合物护套绝缘材料的制备 方法，并通过电子束辐照改善材料的阻燃、物理机械等性能。本发明一种电缆用抗撕裂无卤 阻燃聚合物护套绝缘材料的制备方法，其特征在于具有以下过程和步骤： a. 确定材料组分配方； 三元乙丙橡胶（EPDM) 100-200克；热塑性弹性体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；相容剂-丙烯酸酯接枝聚乙烯10-50 克；氢氧化铝145-265克；氢氧化镁145-265克，复合抗氧剂1-3克；聚硅氧烷母粒1-3克； 气相法白炭黑10-20克； b. 按上述配方称量配料得到配合料； c. 通过密炼机熔融共混，温度为160~175° C，时间为15~25分钟，然后通过挤出机造 粒； d. 将粒子通过挤出机挤出线材； e. 经过电子加速器进行辐照交联，电子束能量为I. 5MeV到3MeV，得到电缆用抗撕裂无 卤阻燃聚合物护套绝缘材料，辐照剂量为200-250千戈瑞（kGy)。
[0008] 本发明方法的优点是工艺简单、操作方便、反应效率高、所需时间较短；并且具有 优良的抗撕裂性能、电气性能、耐热老化性能优，耐油性能、耐湿热性能优，无谢氏烟低毒及 阻燃性能好、使用寿命长的诸多优点。抗撕裂强度达到15. 2KN/m以上。现将本发明的具体 实施例叙述如后. 实例一 本实例的过程和步骤如下： A. 本实施例中，首先按所需物质的重量要求进行配料，各原料调配量如下：三元乙丙 橡胶（EPDM)IOO克；热塑性弹性体（TPE) :50克；中密度聚乙烯：100克；乙烯-醋酸乙烯共 聚物：100克；相容剂(丙烯酸酯接枝聚乙烯）：10克；氢氧化镁200克；氢氧化铝200克；气 相法白炭黑15克；聚硅氧烷母粒：2克，复合抗氧剂：2克。
[0009] 所述三元乙丙橡胶（EPDM)乙烯丙烯链段摩尔比为60:40,第三单体为乙叉冰片 烯，第三单体占三种单体的总质量的质量百分比为3%，数均分子量为15万，100° C门尼粘 度为50Pa*s，邵氏A硬度为40。所述的热塑性弹性体（TPE)为乙烯-丙烯共聚物，数均分 子量15万，100° C门尼粘度为50Pa，s，邵氏A硬度为60,190。。和2. 16kg下的熔融指数 为 5g/10min ; 所述中密度聚乙稀稀数均分子量8万，190° C和2. 16kg下的恪融指数为2-5g/10min ; 所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量为50wt%，190° C和2. 16kg下的熔融指 数为 5g/10min ; 所述相容剂为丙烯酸酯接枝聚乙烯接枝聚乙烯，接枝率为2%，190° C和2. 16kg下熔融 指数为2g/10min ; 所述的氢氧化铝采用氨基硅烷进行改性，其粒径D50为2微米，目数5000目； 所述的聚硅氧烷母粒由下述组分按重量份组成：中密度聚乙烯：10克，聚硅氧烷：45 克，气相法白炭黑：15克； 所述的硅氧烷为甲基乙烯基硅氧烷，数均分子量60万。所述的气相法白炭黑，目数 5000 目。
[0010] 所述的复合抗氧剂由下述组分按重量份组成：抗氧剂1010 (四[(6- (3, 5-二叔 丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯）：50克，抗氧剂1024 (N，N' -双[P - (3, 5-二叔 丁基-4-羟基苯基）丙酰]肼）：50克， B. 按上述配方称量配料得到配合料； C. 通过密炼机熔融共混，温度为160~175° C，时间为15~25分钟，然后通过挤出机造 粒； D. 将粒子通过挤出机挤出线材； E. 经过电子加速器进行辐照交联，电子束能量为I. 5MeV到3MeV，得到电缆用抗撕裂无 卤阻燃聚合物护套绝缘材料；辐照剂量为200-250千戈瑞（kGy)。其性能如表1所示。
【主权项】
1. 一种电缆用抗撕裂无卤阻燃聚合物护套绝缘材料的制备方法，其特征在于具有如下 的过程和步骤： a. 确定材料组分配方； 三元乙丙橡胶（EPDM) 100-200克；热塑性弹性体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；相容剂-丙烯酸酯接枝聚乙烯10-50 克；氢氧化铝145-265克；氢氧化镁145-265克；复合抗氧剂1-3克；硅酮母粒1-3克；气 相法白炭黑10-20克； b. 按上述配方称量配料得到配合料； c. 通过密炼机熔融共混，温度为160~175°C，时间为15~25分钟，然后通过挤出机造 粒； d. 将粒子通过挤出机挤出线材； e. 经过电子加速器进行辐照交联，得到电缆用抗撕裂无卤阻燃聚合物护套绝缘材料， 辐照剂量为200-250千戈瑞（kGy)。
【专利摘要】本发明公开了一种电缆用抗撕裂无卤阻燃聚合物护套绝缘材料的制备方法，该材料按重量计主要由如下原料制成：三元乙丙橡胶100-200克；热塑性弹性体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；相容剂10-50克；氢氧化铝145-265克；氢氧化镁145-265克；复合抗氧剂1-3克；气相法白炭黑10-20克;聚硅氧烷母粒1-3克。本发明的产品具有抗撕裂性能且具有优良的力学性能和耐气候性。按上述配方称量配料得到配合料;通过密炼机熔融共混，温度为160~175°C，时间为15~25分钟，然后通过挤出机造粒；将粒子通过挤出机挤出线材；再经过电子加速器进行辐照使聚合物交联改性，得到电缆用抗撕裂无卤阻燃聚合物护套绝缘材料,其抗撕裂强度达到15.2KN/m以上。
【IPC分类】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
【公开号】CN105175905
【申请号】
【发明人】贾少晋, 王庆, 侯啸天, 孙茜蒙, 吴伟, 江平开
【申请人】上海大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月10日