一种可陶瓷化的聚氯乙烯电线电缆料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电缆料，尤其设及一种可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料及其制备 方法，属于新材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着经济的迅速发展，电线电缆在各个行业、领域中都得到广泛的应用。电线电缆 用量不断增大的同时，电气火灾的事故也随之增加，电线电缆产品的安全性、环保性、使用 寿命也有了更高的要求，电线电缆的阻燃问题逐渐引起了世界各国的重视。传统电线电缆 中的聚合物阻燃添加剂，存在释放毒烟和腐蚀性气体，添加剂量大，有害环境等污染，还有 部分无机成份的填料，在着火时随着聚合物的燃烧，只留下粉末，阻燃效果不理性。而国内 外相继开发了阻燃电缆，运些阻燃电缆虽有一定的阻燃效果，但还存在不少缺陷。有些电缆 料大量无机材料的加入，影响了电缆料的物理机械性能和加工工艺性能，其在常溫下的强 度、柔软性能、耐气候性差、耐油性、耐低溫性能都不是很好，耐高溫性能不强，不能在高溫 下作业；耐老化性不够，使用寿命短，极易引起火灾；在火灾发生时，燃烧的电线电缆会产 生有毒气体和烟雾，运不仅会影响救灾工作，还会对生命财产造成"第二次灾害"。鉴于不少 工业部口和地铁、高层建筑等市政民用设施对电缆的安全性和可靠性的要求越来越高，迫 切要求开发新一代的耐高溫阻燃电缆。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种物理性能好，阻燃性能 好的可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料。
[0004] 本发明的上述目的是通过W下技术方案来实施：一种可陶瓷化的聚氯乙締电线电 缆料，该电线电缆料包括如下成分及其重量份数：
[0005] 纳米晶聚氯乙稀 100份，： 増塑剂 30-60份， 阻燃剂 15-30份， 稳定剂 5-10份， 陶瓷化填料 20-50份， 其他助剂 1-5汾，
[0006] 其中，所述陶瓷化填料为纳米二氧化娃、娃灰石和棚酸锋按1 :2-4 :4-10的重量比 通过硅烷偶联剂处理混合配制而成。
[0007] 纳米二氧化娃无毒、无味、无污染，颗粒尺寸小，比表面积大，表面存在大量不饱和 键及不同键合状态的径基，由于纳米粒子的表面能高，吸附作用强，容易集聚，难W均匀、稳 定地分散，所W先将纳米二氧化娃和助烙剂棚酸锋混合，将纳米二氧化娃融入到体系中，再 加入娃灰石，通过偶联剂的作用混合配制。娃灰石的主要成分偏娃酸巧，呈针状，易成胶 质结构，在高溫下燃烧时，纳米二氧化娃会和娃灰石发生反应，在填料边缘形成低共烙混合 物，此低共烙混合物会在纳米二氧化娃粒子和填料粒子之间产生桥接作用，从而在着火溫 度下使之固化，冷却时形成凝聚的陶瓷化产物。由于娃灰石本身的烙点很高，燃烧后陶瓷化 的溫度相应也很高，因此要在较低溫度下进行陶瓷化。同时为了更好的发挥其阻燃防火能 力，需要加入助烙剂棚酸锋，而棚酸锋既有助烙剂的功能，本身也有较强的阻燃抑烟能力， 将运=种成分按1 :2-4 :4-10的重量比混合分散配制成一种具有陶瓷化能力的填料，可降 低烧结溫度，提高烧结化合物的机械强度。使本发明聚氯乙締电线电缆料可陶瓷化，在火焰 中燃烧时能够形成坚硬的自支撑陶瓷体，具有一定的强度，并且能够阻止明火二次燃烧，能 保持制品的完整性，降低产品燃烧时的烟密度。
[000引本发明中纳米晶聚氯乙締具有易极化和粘结性都较好的特点，同时又具有一定得 洁净度，具有较低烙点，烙点在130°C左右，可有效降低加工溫度，提高耐热性能，从而改善 制品的刚度。本发明W纳米晶聚氯乙締为基体材料，将纳米二氧化娃、娃灰石和棚酸锋=者 配制成的填料加入到纳米晶聚氯乙締中，并配合其他原料的作用，形成陶瓷骨架，结构比较 致密，颗粒大小分布均匀，孔隙率相对较低的材料，进而制备出具有较好力学性能，又具有 较好阻燃性能的可陶瓷化聚氯乙締电线电缆料。
[0009] 作为优选，所述纳米二氧化娃、娃灰石和棚酸锋的重量比为按1 :2-3 :5-10。若其 中纳米二氧化娃过多会导致物料分散不均，造成团聚现象，降低产品的拉伸强度和伸长率。 若娃灰石过多不仅会造成团聚现象，降低产品的拉伸强度和伸长率，还会导致烙点太高，无 法在较低的溫度陶瓷化。
[0010] 进一步优选，所述纳米二氧化娃的粒径为20-30nm。
[0011] 进一步优选，所述娃灰石的粒径为10-30ym。
[0012] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料中，所述的纳米晶聚氯乙締采用聚氯乙締 树脂先结晶再粉碎制备而成，其微粉粒子为5-10ym，结晶相粒子尺寸为60-90nm。经不断 试验发现，当聚乙締的侧基氨原子被氯原子取代形成聚氯乙締时，碳-氨共价键呈现极性， 电子云移向氯原子，使氯原子部分带负电荷，碳原子部分带正电荷，从而产生较大的偶极 矩，使柔性链变成刚性链，使氯原子失去结晶能力。但是聚氯乙締并非完全是无定形聚合 物，它也具有一定得结晶度。通过聚氯乙締树脂结晶，其结晶度可达10%左右。本发明通过 聚氯乙締树脂结晶再粉碎成纳米晶聚氯乙締大幅度增强电线电缆料的耐热性，大幅度提高 其力学刚度。
[0013] 作为优选，所述聚氯乙締树脂的聚合度为1000-1300。经试验发现，选择聚合度在 此范围内的聚氯乙締树脂结晶有利于提高电线电缆料的拉伸强度。
[0014] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二异癸醋、 偏苯S酸S辛醋、对苯二甲酸二辛醋中的一种或多种。
[0015] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料中，所述阻燃剂为=氧化二錬、氨氧化侣、 氨氧化儀中的一种或多种。氨氧化侣、氨氧化儀受热分解时不产生有毒气体，也不产生腐蚀 性燃烧产物，仅释放出结晶水，且是个强吸热反应，吸热量很大，可降低填充的合成材料在 火焰中的表面溫度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。反应产 生的水蒸气可稀释可燃气体，抑制燃烧的蔓延，同时新生的耐火金属氧化物（Al2化、MgO)具 有较高的活性，它会催化聚合物的热氧交联反应，在聚合物表面形成一层炭化膜，炭化膜会 减弱燃烧时的传热、传质效应，从而起到阻燃的作用，进一步提高电线电缆料的抗火性能。 此外，此类氧化物还能吸附烟尘颗粒，起到抑烟作用。而=氧化二錬在燃烧初期，首先是烙 融，在材料表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应，降低燃烧溫度。在高溫状态下= 氧化二錬被气化，稀释了空气中氧浓度，从而起到阻燃作用。通常，=氧化二錬属于添加型 阻燃剂，常与其他阻燃剂、消烟剂并用，各组分间可产生协同效应。因此，进一步优选，所述 阻燃剂为=氧化二錬与氨氧化侣按重量比1:1-2的混合物，或=氧化二錬与氨氧化儀按重 量比1:2-3的混合物，或=氧化二錬、氨氧化侣、氨氧化儀按重量比1:1. 2-4:0. 6-1. 5的混 合物。
[0016] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料中，所述稳定剂为巧锋稳定剂。
[0017] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料中，所述其他助剂为聚乙締蜡、硬脂酸、娃 酬粉中的一种或多种。
[0018] 本发明还提成一种上述可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料的制备方法，所述的制备 方法包括如下步骤：
[0019]Sl、按重量比称取纳米二氧化娃、娃灰石和棚酸锋，先将纳米二氧化娃和和棚酸锋 加入高混机中，高速揽拌3-5分钟，边揽拌边升溫至50-70°C，加入硅烷偶联剂，使偶联剂呈 雾状喷出，再揽拌3-5分钟后停止，然后静置5-10分钟，并控制高混机的溫度在50-7(TC，最 后加入娃灰石，揽拌5-10分钟后从出料口排出制得陶瓷化填料；
[0020] S2、按照重量比称取纳米晶聚氯乙締、增塑剂、阻燃剂、稳定剂、其他助剂，将称 取好的纳米晶聚氯乙締倒入高混机内，边揽拌边加热至90-100°C，再加入增塑剂，揽拌 6-8min;然后依次加入阻燃剂、稳定剂、陶瓷化填料W及其他助剂，高速揽拌混合均匀；
[0021]S3、将步骤S2中混合均匀的物料从混料机排出，投入双螺杆挤出机的喂料料斗 中，由喂料机均匀加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的溫度为140°C-160°C，喂料频率为 10-30赫兹，主机转速为200-300转/分，经过螺杆挤出机高速剪切、混炼，再通过机头的切 料机造料，即可制得本发明可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料。
[0022] 由于纳米二氧化娃粒径小，比表面积大，吸附能力强，加入纳米二氧化娃质量份 4-10倍的棚酸锋进行稀释，通过高速揽拌，纳米二氧化娃吸附于棚酸锋表面，然后再加入娃 烧偶联剂处理，使偶联剂充分浸润到粉体，防止团聚现象的发生。由于纳米二氧化娃的粒子 质量非常轻，高速揽拌后会引起粉体在高混机中弥漫飘散，不宜立刻打开盖子加入娃灰石， 需要静置一段时间，让里面的粉体都稳定下来，再放入娃灰石，与娃灰石反应制成陶瓷化填 料。然后将纳米晶聚氯乙締先与增塑剂混合，再与其他物料混合均匀后挤出造粒。
[0023] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料的制备方法中，作为优选，步骤Sl制备陶 瓷化填料中加入的硅烷偶联剂用量为纳米二氧化娃、娃灰石和棚酸锋=者混合物总重量的 0. 5-1%。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[00巧]1、本发明可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料在具有高阻燃性的同时具有较高的物 理性能，抗拉强度> 16. 2MPa，断裂伸长率> 205 %，烟密度（无焰215,烟密度（有 焰）《128。
[0026] 2、本发明可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料的制备方法简单，成本低，挤出速度快， 工艺流程短，生产效益高，且环保，适合大规模工业化生产。
【具体实施方式】
[0027] W下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并 不限于运些实施例。
[0028] 表1:本发明的实施例中可陶瓷化的聚氯乙締电线电缆料的各成分及其重量份数
[00引]实施例1
[0032] 将聚合度为1000-1300的聚氯乙締树脂先结晶，再粉碎得微粉粒子为5-10ym，结 晶相粒子尺寸为60-90nm的纳米晶聚氯乙締；
[003引按表1实施例1中所述的重量比称取纳米二氧化娃（粒径为20-30nm)、娃灰石 (粒径为10-30ym)和棚酸锋，先将纳米二氧化娃和和棚酸锋加入高混机中，高速揽拌5分 钟，边揽拌边升溫至50°C，加入硅烷偶联剂（用量为纳米二氧化娃、娃灰石和棚酸锋=者混 合物总重量的1 % )，使偶联剂呈雾状喷出，再揽拌3分钟后停止，然后静置10分钟，并控制 高混机的溫度在50°C，最后加入娃灰石，揽拌10分钟后从出料口排出制得陶瓷化填料；
[0034] 按照表1实施例1中所述的重量比称取纳米晶聚氯乙