一种聚丙烯电缆护套管的制作方法
【专利摘要】一种聚丙烯电缆护套管，由阻燃聚丙烯材料制成；按重量计，所述阻燃聚丙烯材料的组成为：聚丙烯50－70份，三元乙丙橡胶5－10份，超高分子量聚乙烯5－10份，微胶囊红磷母粒14－17份，氢氧化铝4－8份，硼酸锌2－5份，硬脂酸钙0.1－1份，抗氧剂0.2－1份，颜料0.01－0.1份。本发明的聚丙烯电缆护套管具有优良的阻燃性能、较高的热变形温度、较佳的低温抗冲击性能、优良的电气绝缘性。本发明的聚丙烯电缆护套管适合于在地下敷设管道及电缆，广泛应用于电信、电力等工程。
【专利说明】一种聚丙烯电缆护套管
【技术领域】
[0001]本发明涉及敷设电缆所用的护套管，具体涉及一种聚丙烯电缆护套管。
【背景技术】
[0002]聚丙烯管材具有卫生、无毒、质量轻、耐腐蚀、保温节能及使用寿命长等优点，并且可以使用同质热熔连接技术进行管道系统的安装、连接，彻底杜绝管道泄漏现象，构建安全可靠的一体化管道。但是，现有的聚丙烯管材(如敷设电缆所用的聚丙烯电缆护套管)的阻燃性能及低温抗冲击性能较差，这就限制了其应用。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种聚丙烯电缆护套管，这种聚丙烯电缆护套管具有优良的阻燃性能、较高的热变形温度以及较佳的低温抗冲击性能。采用的技术方案如下: 一种聚丙烯电缆护套管，其特征在于由阻燃聚丙烯材料制成；按重量计，所述阻燃聚丙烯材料的组成为:聚丙烯50 — 70份，三兀乙丙橡胶5 — 10份,超闻分子量聚乙烯5 — 10份，微胶囊红磷母粒14 - 17份，氢氧化铝4 一 8份，硼酸锌2 — 5份，硬脂酸钙0.1 — 1份，抗氧剂0.2 — 1份，颜料0.01 — 0.1份。
[0004]本发明的聚丙烯电缆护套管可采用上述阻燃聚丙烯材料经挤出成型制得。
[0005]优选上述聚丙烯的熔体流动速度(MFR)为0.2 — 1.0克/10分钟(g/10min)。
[0006]三元乙丙橡胶(EPDM)是一种热塑性弹性体，在聚丙烯中添加三元乙丙橡胶，可以改善材料的抗冲击性能，改善了材料的低温脆性，同时三元乙丙橡胶可以作为增容剂，使聚丙烯和超高分子量聚乙烯更好地相容。优选上述三元乙丙橡胶的门尼粘度为30 - 60。
[0007]上述超高分子量聚乙烯是一种热塑性聚合物。超高分子量聚乙烯在三元乙丙橡胶的增容下与聚丙烯可以形成塑料合金。超高分子量聚乙烯可以使护套管具有较高的拉伸强度和冲击强度，同时也使护套管具有较好的耐磨性。优选超高分子量聚乙烯的平均分子量为 IXlO6 — 3X IO6。
[0008]上述微胶囊红磷母粒用作阻燃剂，其阻燃机理是:在燃烧时红磷先被氧化，吸水后水化成磷酸，磷酸进一步脱水成偏磷酸，进而聚合生成聚偏磷酸覆盖于聚合物表面，抑制燃烧，从而达到阻燃的效果。
[0009]上述氢氧化铝用作阻燃剂，在阻燃聚丙烯材料体系中，其阻燃机理是:受热时分解，吸收大量燃烧区的热量，使燃烧区的温度降低到临界温度以下，使燃烧自熄，而且分解后生成的金属氧化物熔点高、热稳定性好，覆盖于聚合物表面，阻挡热传导和热辐射，从而起到阻燃作用；同时分解产生大量的水蒸气可稀释可燃气体，也起到阻燃作用。氢氧化铝与微胶囊红磷母粒同时使用，可产生比较好的协同阻燃效果。
[0010]上述硼酸锌用作阻燃剂，在阻燃聚丙烯材料体系中，其阻燃机理是:受热处于高温时硼酸锌可以失去结晶水，起到吸热和冷却的作用，同时抑烟性能较好，从而达到阻燃效果。此外，硼酸锌和红磷、氢氧化铝同时使用，硼酸锌和红磷、硼酸锌和氢氧化铝都有较好的协同阻燃效果。
[0011 ] 上述硬脂酸钙是一种内润滑剂，加工时可以降低材料之间的内摩擦，提高材料的加工性能。加入三元乙丙橡胶(EPDM)、超高分子量聚乙烯会使材料体系熔体的熔融粘度增加，较难加工，因此加入适量的硬脂酸钙，以提高材料在加工时的润滑性。
[0012]上述抗氧剂的作用是阻止聚丙烯老化。优选上述0.2 — 1份抗氧剂由0.1 — 0.5份抗氧剂1010 (即四[β- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)和0.1 —
0.5份抗氧剂168 (即三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)组成。由于聚丙烯分子主链上存在叔碳原子，其在热、氧、紫外线等外界因素的共同作用下极易发生化学变化，生成过氧化物，之后断裂形成自由基，进而引起大分子链裂解、支化、交联，使聚丙烯失去高分子材料特征，丧失使用性能，因此防止聚丙烯老化，主要是防止热氧老化和自由基老化。上述抗氧剂1010作为主抗氧剂，主要起到自由基反应终止剂的作用；抗氧剂168作为辅抗氧剂，主要起到过氧化物分解剂的作用；同时抗氧剂1010和抗氧剂168又有良好的协同效应。
[0013]上述颜料(通常也称为色粉)根据客户对聚丙烯电缆护套管颜色的要求选用。
[0014]优选本发明的聚 丙烯电缆护套管的制造方法包括下述步骤:
(I)制备阻燃聚丙烯材料:按上述比例配备聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝、硼酸锌、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料；然后将硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合(通常将硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中并密封袋口后，手拿塑料袋摇动3 - 5分钟)，得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝和硼酸锌一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌10 - 15分钟，搅拌器的转速为250 - 400rpm (转/分钟)，使聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝、硼酸锌、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的阻燃聚丙烯材料(一种具体方案中，整体混合料自双螺杆挤出机的进料口加入到双螺杆挤出机中，在料筒中进行共混后，自挤出口模挤出料条；料条经过水冷后，再经过切粒机切粒，得到颗粒状的阻燃聚丙烯材料)；
上述双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为200 - 300rpm (转/分钟)，输送物料时是正向输送；双螺杆挤出机能使物料在熔融状态下受到良好的剪切、混合作用，使物料塑化更好、更加均匀。上述双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第I区、第II区、第III区和第IV区，第I区的温度为160 — 180°C，第II区的温度为180 - 190°C，第III区的温度为190 — 210°C，第IV区的温度为190 — 210°C，挤出口模的温度为200 — 210°C。优选第III区的螺杆上具有回流螺块，使熔体塑化更好、更均匀。优选双螺杆挤出机料筒内的真空度为0.02 - 0.06MPa，通过抽真空可以抽掉物料中的水汽、空气等，这样能够使制得的阻燃聚丙烯材料中无气泡，性能更佳。
[0015](2)制造聚丙烯电缆护套管:将步骤(1)制得的颗粒状阻燃聚丙烯材料加入到挤出成型机中，用挤出成型的方法制造聚丙烯电缆护套管。
[0016]阻燃聚丙烯材料自进料口加入到挤出成型机中后，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型(成型口模具有环形的出料口)；然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到聚丙烯电缆护套管。然后可在聚丙烯电缆护套管上喷印标识，并进行切割和包装。
[0017]优选挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为160 - 180°C，螺杆压缩段的温度为180 -190°C，螺杆均化段的温度为190 - 210°C，成型口模的温度为200 — 210°C。优选螺杆的转速为300 - 450rpm (转/分钟)。优选挤出成型机料筒内的真空度为0.02 一 0.06MPa。
[0018]本发明的聚丙烯电缆护套管具有下述优异性能:(1)优良的阻燃性能，可达到UL-94V-0级(样品厚度4.0mm) ； (2)优良的电气绝缘性；(3)抗冲击性能好，环境温度23°C下测得的缺口冲击强度达13.1 KJ/m2 ； (4)热变形温度比较高，低温抗冲击性能较佳，可在-5°C — 70°C的环境温度下长期使用；(5)质轻，表面光滑，穿电缆时摩擦阻力小，且可热熔焊对接。本发明的聚丙烯电缆护套管适合于在地下敷设管道及电缆，广泛应用于电信、电力等工程。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
本实施例的聚丙烯电缆护套管由阻燃聚丙烯材料制成；按重量计，所述阻燃聚丙烯材料的组成为:聚丙烯60份，三元乙丙橡胶8份，超高分子量聚乙烯8份，微胶囊红磷母粒15份，氢氧化铝6份，硼酸锌4份，硬脂酸钙0.6份，抗氧剂0.6份，颜料0.06份。
[0020]上述聚丙烯电缆护套管的制造方法包括下述步骤:
(1）制备阻燃聚丙烯材料:按重量计，取聚丙烯60份(聚丙烯的熔体流动速度为0.7克/10分钟)、三元乙丙橡胶8份(三元乙丙橡胶的门尼粘度为50)、超高分子量聚乙烯8份(超高分子量聚乙烯的平均分子量为2 X 106)、微胶囊红磷母粒15份、氢氧化铝6份、硼酸锌4份、硬脂酸钙0.6份、抗氧剂0.6份(其中抗氧剂1010 0.3份、抗氧剂168 0.3份)、颜料0.06份；然后将硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合(将硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中并密封袋口后，手拿塑料袋摇动4分钟)，得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝和硼酸锌一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌12分钟，搅拌器的转速为300rpm (转/分钟)，使聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝、硼酸锌、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的阻燃聚丙烯材料(可将整体混合料自双螺杆挤出机的进料口加入到双螺杆挤出机中，在料筒中进行共混后，自挤出口模挤出料条；料条经过水冷后，再经过切粒机切粒，得到颗粒状的阻燃聚丙烯材料)；
上述双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为250rpm(转/分钟)。上述双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第I区、第II区、第III区和第IV区，第I区的温度为170°C，第II区的温度为185°C，第III区的温度为200°C，第IV区的温度为200°C，挤出口模的温度为205°C。第III区的螺杆上具有回流螺块。双螺杆挤出机料筒内的真空度为0.04MPa。
[0021](2)制造聚丙烯电缆护套管:将步骤(1)制得的颗粒状阻燃聚丙烯材料加入到挤出成型机中，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型(成型口模具有环形的出料口);然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到聚丙烯电缆护套管。然后可在聚丙烯电缆护套管上喷印标识，并进行切割和包装。
[0022]上述挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为170°C，螺杆压缩段的温度为185°C，螺杆均化段的温度为200°C，成型口模的温度为205°C。螺杆的转速为400rpm (转/分钟)。挤出成型机料筒内的真空度为0.04MPa。
[0023]实施例2
本实施例的聚丙烯电缆护套管由阻燃聚丙烯材料制成；按重量计，所述阻燃聚丙烯材料的组成为:聚丙烯50份，三元乙丙橡胶10份，超高分子量聚乙烯10份，微胶囊红磷母粒14份，氢氧化铝8份，硼酸锌2份，硬脂酸钙1份，抗氧剂0.2份，颜料0.01份。
[0024]上述聚丙烯电缆护套管的制造方法包括下述步骤:
(I)制备阻燃聚丙烯材料:按重量计，取聚丙烯50份(聚丙烯的熔体流动速度为1.0克/10分钟)、三元乙丙橡胶10份(三元乙丙橡胶的门尼粘度为30)、超高分子量聚乙烯10份(超高分子量聚乙烯的平均分子量为3X106)、微胶囊红磷母粒14份、氢氧化铝8份、硼酸锌2份、硬脂酸钙1份、抗氧剂0.2份(其中抗氧剂1010 0.1份、抗氧剂168 0.1份)、颜料
0.01份；然后将硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合(将硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中并密封袋口后，手拿塑料袋摇动3分钟)，得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝和硼酸锌一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌10分钟，搅拌器的转速为400rpm (转/分钟)，使聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝、硼酸锌、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的阻燃聚丙烯材料(可将整体混合料自双螺杆挤出机的进料口加入到双螺杆挤出机中，在料筒中进行共混后，自挤出口模挤出料条；料条经过水冷后，再经过切粒机切粒，得到颗粒状的阻燃聚丙烯材料)；
上述双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为200rpm(转/分钟)。上述双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第I区、第II区、第III区和第IV区，第I区的温度为160°C，第II区的温度为180°C，第III区的温度为190°C，第IV区的温度为190°C，挤出口模的温度为200°C。第III区的螺杆上具有回流螺块。双螺杆挤出机料筒内的真空度为0.02MPa。
[0025](2)制造聚丙烯电缆护套管:将步骤(1)制得的颗粒状阻燃聚丙烯材料加入到挤出成型机中，经挤出成型机的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型(成型口模具有环形的出料口);然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到聚丙烯电缆护套管。然后可在聚丙烯电缆护套管上喷印标识，并进行切割和包装。
[0026]上述挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为180°C，螺杆压缩段的温度为190°C，螺杆均化段的温度为210°C，成型口模的温度为210°C。螺杆的转速为450rpm (转/分钟)。挤出成型机料筒内的真空度为0.06MPa。
[0027]实施例3
本实施例的聚丙烯电缆护套管由阻燃聚丙烯材料制成；按重量计，所述阻燃聚丙烯材料的组成为:聚丙烯70份，三元乙丙橡胶5份，超高分子量聚乙烯5份，微胶囊红磷母粒17份，氢氧化铝4份，硼酸锌5份，硬脂酸钙0.1份，抗氧剂1份，颜料0.1份。
[0028]上述聚丙烯电缆护套管的制造方法包括下述步骤:
(I)制备阻燃聚丙烯材料:按重量计，取聚丙烯70份(聚丙烯的熔体流动速度为0.2克/10分钟)，三元乙丙橡胶5份(三元乙丙橡胶的门尼粘度为60)，超高分子量聚乙烯5份(超高分子量聚乙烯的平均分子量为I X 106)，微胶囊红磷母粒17份，氢氧化铝4份，硼酸锌5份，硬脂酸钙0.1份，抗氧剂1份(其中抗氧剂1010 0.5份、抗氧剂168 0.5份)，颜料0.1份；然后将硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中进行初步混合(将硬脂酸钙、抗氧剂和颜料装入塑料袋中并密封袋口后，手拿塑料袋摇动5分钟)，得到初步混合料；然后将初步混合料、聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝和硼酸锌一起加入到高速混合机中，利用搅拌器搅拌15分钟，搅拌器的转速为250rpm(转/分钟)，使聚丙烯、三元乙丙橡胶、超高分子量聚乙烯、微胶囊红磷母粒、氢氧化铝、硼酸锌、硬脂酸钙、抗氧剂和颜料混合均匀，得到整体混合料；然后将整体混合料加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到颗粒状的阻燃聚丙烯材料(可将整体混合料自双螺杆挤出机的进料口加入到双螺杆挤出机中，在料筒中进行共混后，自挤出口模挤出料条；料条经过水冷后，再经过切粒机切粒，得到颗粒状的阻燃聚丙烯材料)；
上述双螺杆挤出机的两个螺杆是同向转动的，螺杆的转速为300rpm(转/分钟)。上述双螺杆挤出机的料筒自进料口至挤出口模之间的部分依次为第I区、第II区、第III区和第IV区，第I区的温度为180°C，第II区的温度为190°C，第III区的温度为210°C，第IV区的温度为210°C，挤出口模的温度为210°C。第III区的螺杆上具有回流螺块。双螺杆挤出机料筒内的真空度为0.06MPa。
[0029](2)制造聚丙烯电缆护套管:将步骤(1)制得的颗粒状阻燃聚丙烯材料加入到挤出成型机中，经挤出成型机 的料筒压缩、均化后，自成型口模挤出成型(成型口模具有环形的出料口);然后经真空定径、冷却及牵引等操作，得到聚丙烯电缆护套管。然后可在聚丙烯电缆护套管上喷印标识，并进行切割和包装。
[0030]上述挤出成型机的螺杆自进料口至成型口模之间的部分依次为螺杆输送段、螺杆压缩段和螺杆均化段，螺杆输送段的温度为160°C，螺杆压缩段的温度为180°C，螺杆均化段的温度为190°C，成型口模的温度为200°C。螺杆的转速为300rpm (转/分钟)。挤出成型机料筒内的真空度为0.02MPa。
【权利要求】
1.一种聚丙烯电缆护套管，其特征在于由阻燃聚丙烯材料制成；按重量计，所述阻燃聚丙烯材料的组成为:聚丙烯50 - 70份，三元乙丙橡胶5 — 10份，超高分子量聚乙烯5 —10份，微胶囊红磷母粒14 - 17份，氢氧化铝4 一 8份，硼酸锌2 — 5份，硬脂酸钙0.1 — I份，抗氧剂0.2 — 1份，颜料0.01 — 0.1份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯电缆护套管，其特征是:所述聚丙烯的熔体流动速度为0.2 — 1.0克/10分钟。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯电缆护套管，其特征是:所述三元乙丙橡胶的门尼粘度为30 — 60。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯电缆护套管，其特征是:所述超高分子量聚乙烯的平均分子量为IXio6 — 3 X IO6。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯电缆护套管，其特征是:所述的0.2 — 1份抗氧剂由`0.1 — 0.5份四[β - (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.1 — 0.5份三[2，4- 二叔丁基苯基]亚磷`酸酯组成。
【文档编号】C08L23/16GK103724810SQ201310748952
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】成国庆, 吴泽和, 朴春福, 张明周, 吴锡炎 申请人:广东三凌塑料管材有限公司