一种低烟无卤建筑电缆绝缘材料及其制备方法
【专利摘要】一种新型低烟无卤建筑电缆绝缘材料及其制备方法。所述绝缘材料包括以下重量百分比的组分：5％～40％的聚乙烯，1％～20％的聚丙烯，1％～20％的热塑性弹性体(POE)，0～20％的三元乙丙橡胶(EPDM)，10％～50％的氢氧化铝，10％～50％的氢氧化镁，0.5％～10％的相容剂，0.5％～5％的安定剂，0.5％～5％的硅酮母粒以及0.5％～4％的硅烷偶联剂。本发明提供的电缆绝缘材料具有安全、节能、环保的优点。
【专利说明】
一种低烟无卤建筑电缆绝缘材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于电缆绝缘材料领域，尤其涉及一种新型低烟无卤建筑电缆绝缘材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着全球经济的飞速发展及人类环保意识的不断加强，绿色、低碳环保型建筑已成为建筑行业的发展趋势。地上建筑越建越高，地下设施的规模越来越大，电线电缆越来越被广泛的应用，敷设也越来越密集，因电缆外护套的损坏或老化，而引发的火灾也越来越多。如何降低火灾的发生率以及发生火灾的死亡率，开发低烟、无卤、阻燃、环保的电缆材料已成为电线电缆行业的科研方向之一。
[0003]随着我国城市智能化、建筑高层化、电线暗敷化的发展和日益突出，建筑用材与建筑物设计寿命同步己成为工程要求，建筑物与其中暗敷的电线电缆应同寿命，以防止中途换线对建筑结构的损坏而缩短建筑物寿命；同时，随着我国《绿色建筑评价标准》及配套体系的不断完善，电线也应跟上绿色步伐。研发良好的安全性、环保性、节能性低烟无卤建筑电缆绝缘材料是适应社会的发展。
[0004]我国自改革开放至今已有30余年，大量建筑物中使用的电线已经出现绝缘和护套老化，电线已“寿终正寝”。据不完全统计，国内外所有建筑领域发生的电气火灾中，有85%以上是由于电线电缆老化，致使线路短路打火而引起火灾。因此，新型低烟无卤建筑线缆绝缘材料就成为了社会急需产品。目前，国内建筑布线大多数采用聚氯乙烯(PVC)电线电缆。
[0005]如CN 104861372A公开了一种高灼热丝高阻燃耐低温聚氯乙烯电线电缆料，其组分按质量百分数配比为:聚氯乙烯45 %?70 %、玻璃纤维8 %?12 %、微米氧化钙2%?5 %、邻苯二甲酸二辛酯4%?6%、癸二酸二辛酯2%?3%、复合阻燃剂6%?10%、ACR助剂3%?8%、橡胶型氯化聚乙烯1%?4%、光稳定剂爪-3261%?2%、钙锌复合稳定剂0.5%?1.5%、环氧基改性聚硅氧烷0.5%?I %、防玻纤外露剂0.5%?I %、硬脂酸钙0.5%?I %、抗氧剂10100.1% ?0.5%。
[0006]CN 104774402A公开了一种新型抗老化聚氯乙烯电线电缆绝缘料，以重量份计，包括以下组分:聚氯乙烯树脂30-80份，玻璃微珠5-15份，纳米氧化钛2-8份，纳米碳酸钙1-3份，分散剂1-3份，稳定剂2-5份，润滑剂1-3份，增塑剂2-6份。
[0007]虽然PVC电线电缆有原材料充足、价格低廉的优势，所以该电线电缆在国内得到大量应用，但是PVC电线电缆在电流过载时，容易引发火灾事故，且电线电缆在燃烧过程中释放大量的有毒烟雾(主要成分为氯化氢)，是火灾中致人死亡的主要因素。因此，需要研究新型的低烟无卤阻燃建筑电缆材料。
【发明内容】
[0008]为解决上述问题，本发明的目的之一是提供一种新型低烟无卤建筑电缆绝缘材料。本发明提供的电缆绝缘材料具有安全、节能、环保的优点。
[0009]为达上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0010]一种新型低烟无卤建筑电缆绝缘材料，包括以下重量百分比的组分:5%?40%，例如7%、9%、15%、20%、25%、30%、35%等的聚乙烯，1%?20%，例如2%、5%、8%、10%、13%、15%、18%等的聚丙烯，1%?20%，例如2%、5%、8%、10%、12%、16%、19%等的热塑性弹性体(卩(^)，0?20%，例如0.2%、0.6%1%、4%、8%、10%、13%、15%、19%等的三元乙丙橡胶化？010，10%?50%，例如12%、15%、20%、25%、28%、32%、42%等的氢氧化铝，10%?50%，例如15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%等的氢氧化镁，0.5%?10%，例如为0.8%、1.3%、2%、4%、6%、8%、9.5%等的相容剂，0.5%?5%，例如为
0.8%、1.3%、2%、2.5%、3%、4%、4.5%等的安定剂，0.5%?5%，例如为0.8%、1.3%、2%、2.5%、3%、4%、4.5%等的硅酮母粒以及 0.5% ?5%，例如为 0.8%、1.3%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%等的硅烷偶联剂。
[0011]本发明的电缆绝缘材料通过聚烯烃、阻燃剂、相容剂、安定剂、硅酮母粒和硅烷偶联剂的相互配合，使得制得的绝缘材料具有很好的阻燃和稳定性，同时达到较好的力学性會K。
[0012]作为优选，本发明的电缆绝缘材料包括以下重量百分比的组分:5%?30%的聚乙烯，I %?10%的聚丙烯，I %?10%的热塑性弹性体(POE)，0?10%的三元乙丙橡胶(EPDM)，20%?40%的氢氧化铝，20%?40%的氢氧化镁，I %?5%的相容剂，I %?3%的安定剂，I %?3%的硅酮母粒以及I %?2%的硅烷偶联剂。
[0013]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述聚乙烯为低密度聚乙烯，熔融指数3-5，优选线性低密度聚乙烯。
[0014]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述聚丙烯为无规聚丙烯，熔融指数2-3。
[0015]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述热塑性弹性体(POE)为乙烯-辛烯共聚物，熔融指数2-5，硬度80-90A。
[0016]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述三元乙丙橡胶(EPDMW^第三单体为乙叉降冰片烯(ENB)，门尼粘度70-80。
[0017]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述氢氧化铝的目数为5000-8000目，优选表面经过改性处理，以保证氢氧化铝在混炼过程中达到良好的分散，挤出的线材有良好的力学性能。
[0018]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述氢氧化镁的目数为3000-5000目，优选表面经过改性处理，以保证氢氧化镁在混炼过程中达到良好的分散，挤出的线材有良好的力学性能。
[0019]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，以促进阻燃剂(氢氧化铝和氢氧化镁)与高分子树脂的相容性，确保材料具有良好的加工性能和力学性能。
[0020]优选地，所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为I?2%，例如为1.2 %、1.4 %、1.6 % N1.8 % 等。
[0021]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述安定剂由以下重量百分比的组分组成:30%?55%，例如为33%、37%、42%、46%、49%、51%、54%等的硬脂酸钙、5%?35%，例如为7%、9%、12%、16%、19%、23%、27%、30%、32%、34% 等的硬脂酸锌以及30% ?60%，例如为33%、37%、42%、46%、49%、51%、54%、58%等的四[0-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯，以保证材料具有优异的耐老化性能和较长的使用寿命。
[0022]作为优选，本发明的电缆绝缘材料，所述的硅烷偶联剂为KH550。
[0023]本发明的目的之一还在于提供本发明所述的低烟无卤新型建筑绝缘材料的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0024](I)将聚乙烯、聚丙烯、热塑性弹性体(POE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、氢氧化铝、的氢氧化镁、相容剂、安定剂、硅酮母粒以及硅烷偶联剂混合；
[0025](2)将步骤(I)混合后的组分熔融共混后制成颗粒；
[0026](3)将步骤(2)所得颗粒制成线材后辐照交联。
[0027]作为优选，本发明所述的制备方法中，所述熔融共混通过密炼机进行。
[0028]优选地，所述密炼机熔融的温度为160?175°C，时间为15?25分钟。
[0029]作为优选，本发明所述的制备方法中，所述颗粒通过挤出机，优选单螺杆挤出机制成。
[0030]优选地，所述单螺杆挤出机包括依次连接的第一区、第二区、第三区、第四区、第五区、第六区和第七区，熔融共混后的组分依次通过各区，其中，第一区的工作温度为110?115°C，第二区的工作温度为115?120°C，第三区的工作温度为115?120°C，第四区的工作温度为120?125°C，第五区的工作温度为120?125°C，第六区的工作温度为120?130°C，第七区的工作温度为125?130°C。
[0031]作为优选，本发明所述的制备方法中，所述线材通过线材挤出机制成。
[0032]优选地，所述线材挤出机包括依次连接的A区、B区、C区以及D区，颗粒依次通过A区、B区、C区和D区，其中，A区的工作温度为150?160°C，B区的工作温度为165?175°C，C区的工作温度为165?175°C，D区的工作温度为170?180°C。
[0033]作为优选，本发明所述的制备方法中，所述辐照交联通过电子加速器进行，辐照剂量为 12-15M。
[0034]本发明中采用聚烯烃为主要基材，聚烯烃具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70?-100°C)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良；但聚烯烃对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差，通过添加相应的助剂可以改善其性能。
[0035]本发明提供的低烟无卤阻燃建筑电缆材料满足了以下特点:I)安全性:具有阻燃性、不助燃、不延燃;在周围环境发生火灾意外时，电缆不会释放有毒气体，也不会产生大量烟雾，烟密度很小，给逃生和抢夺财产增加了时间；2)节能性:新型建筑电线电缆使用寿命要达到与使用建筑同等寿命，在建筑达到使用寿命前不用再次布线，可有效节约制造电线电缆所用的原材料、电力等资源;3)环保性:建筑电线电缆采用低烟无卤阻燃新型辐照交联聚烯烃绝缘材料保证了电线电缆的使用寿命，材料完全采用低烟无卤材料，电缆在使用和废弃时也不会污染环境，也不会产生对环境有害的衍生品。
[0036]本发明制得的电缆绝缘材料的抗张强度212.5MPa，断裂伸长率2 180%，氧指数OI >30,烟密度透光率2 92%，烟密度:无焰Dmw > 300，有焰Dmy 2 100，电导率< 10yS/mm,卤酸气体释出量< 5mg/g，体积电阻率(20°CU 1*1014Ω.cm，老化后可通过单根垂直燃烧，使用寿命可超过70年。
【具体实施方式】
[0037]为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下:
[0038]实施例1
[0039]—种新型低烟无卤建筑电缆绝缘材料，包括以下重量百分比的组分:
[0040]20%的聚乙烯，
[0041 ]5%的聚丙烯，
[0042]5%的热塑性弹性体(POE)，
[0043]3%的三元乙丙橡胶(EPDM)，
[0044]30%的氢氧化铝，
[0045]30%的氢氧化镁，
[0046]5%的相容剂，
[0047]0.5%的安定剂，
[0048]0.5%的硅酮母粒
[0049]I %的硅烷偶联剂。
[0050]相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为1%;安定剂由以下重量百分比的组分组成:55%的硬脂酸钙、5%的硬脂酸锌以及40%的四[β-(3，5_二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
[0051 ]性能测试结果如下:
[0052 ]机械性能:抗张强度13.8MPa，断裂伸长率210%。
[0053]氧指数OI32，
[0054]烟密度透光率94%。
[0055]烟密度:无焰Dmw 360
[0056]有焰Dmy 150
[0057]PH值 5.8
[0058]电导率8yS/mm
[0059]使用寿命超过70年。
[0000]齒酸气体释出量4.2mg/g
[0061]体积电阻率(20°C)5.2*1014Ω.cm
[0062]阻燃性老化后通过单根垂直燃烧。
[0063]实施例2
[0064]—种新型低烟无卤建筑电缆绝缘材料，包括以下重量百分比的组分:
[0065]15%的聚乙烯
[0066]10%的聚丙烯
[0067]2%的热塑性弹性体(POE)
[0068]2%的三元乙丙橡胶(EPDM)
[0069]25%的氢氧化铝
[0070]38%的氢氧化镁
[0071]6%的相容剂
[0072]0.5%的安定剂
[0073]I %的娃酮母粒
[0074]0.5%的硅烷偶联剂。
[0075]相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，所述马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为2%;安定剂由以下重量百分比的组分组成:35%的硬脂酸钙、35%的硬脂酸锌以及30%的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
[0076]性能测试结果如下:
[0077]机械性能:抗张强度13.5MPa，断裂伸长率208%。
[0078]氧指数OI33，
[0079]烟密度透光率95 %。
[0080]烟密度:无焰Dmw 340
[0081]有焰Dmy 140
[0082]PH值 5.9
[0083]电导率8.2yS/mm
[0084]使用寿命超过70年。
[°085]齒酸气体释出量4.lmg/g
[0086]体积电阻率(20°C)4.7*1014Ω.cm
[0087]阻燃性老化后通过单根垂直燃烧。
[0088]实施例3
[0089]—种新型低烟无卤建筑电缆绝缘材料，包括以下重量百分比的组分:
[0090]25%的聚乙烯
[0091]5%的聚丙烯
[0092]5%的热塑性弹性体(POE)
[0093]20%的氢氧化铝
[0094]40%的氢氧化镁
[0095]3%的相容剂
[0096]0.5%的安定剂
[0097]0.5%的硅酮母粒
[0098]I %的硅烷偶联剂。
[0099]相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为1.5%;安定剂由以下重量百分比的组分组成:40%的硬脂酸钙、20%的硬脂酸锌以及40%的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
[0100]机械性能:抗张强度13.8MPa，断裂伸长率210%。
[0101]氧指数OI32，
[0102]烟密度透光率94%。
[0103]烟密度:无焰Dmw 350
[0104]有焰Dmy 140
[0105]PH值 5.7
[0106]电导率8.1yS/mm
[0107]使用寿命超过70年。
[0?08]齒酸气体释出量4.3mg/g
[0109]体积电阻率(20°C)5.0*1014Ω.cm
[0110]阻燃性老化后通过单根垂直燃烧。
[0111]实施例4
[0112]—种新型低烟无卤建筑电缆绝缘材料，包括以下重量百分比的组分:
[0113]10%的聚乙烯
[0114]2%的聚丙烯
[0115]2%的热塑性弹性体(POE)
[0116]10%的三元乙丙橡胶(EPDM)
[0117]33%的氢氧化铝
[0118]37%的氢氧化镁
[0119]4%的相容剂
[0120]0.5%的安定剂
[0121]I %的硅酮母粒
[0122]0.5%的硅烷偶联剂。
[0123]相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为1.5%;安定剂由以下重量百分比的组分组成:50%的硬脂酸钙、10%的硬脂酸锌以及40%的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
[0124]机械性能:抗张强度12.9MPa，断裂伸长率200%。
[0125]氧指数OI35，
[0126]烟密度透光率96 %。
[0127]烟密度:无焰Dmw 370
[0128]有焰Dmy 160
[0129]PH值 6.1
[0130]电导率8.2yS/mm
[0131]使用寿命超过70年。
[0132]齒酸气体释出量4.lmg/g
[0133]体积电阻率(20°C)3.6*1014Ω.cm
[0134]阻燃性老化后通过单根垂直燃烧。
[0135]对比例I
[0136]—种低烟无卤建筑电缆绝缘材料，包括以下重量百分比的组分:
[0137]12%的聚乙烯
[0138]2%的聚丙烯
[0139]2%的热塑性弹性体(POE)
[0140]10%的三元乙丙橡胶(EPDM)
[0141]35%的氢氧化铝
[0142]37%的氢氧化镁
[0143]0.5%的安定剂
[0144]I %的硅酮母粒
[0145]0.5%的硅烷偶联剂。
[0146]安定剂由以下重量百分比的组分组成:50%的硬脂酸钙、10%的硬脂酸锌以及40%的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
[0147]机械性能:抗张强度:10.6MPa，断裂伸长率100%。
[0148]氧指数OI35，
[0149]烟密度透光率96 %。
[0150]烟密度:无焰Dmw 368
[0151]有焰Dmy 158
[0152]PH值 6.1
[0153]电导率8.1yS/mm
[0154]使用寿命超过70年。
[0155]卤酸气体释出量4.2mg/g
[0156]体积电阻率(20°C)3.9*1014Ω.cm
[0157]阻燃性老化后通过单根垂直燃烧。
[0158]上述对比例中未加相容剂，材料的力学性能不合格。
[0159]对比例2
[0160]—种低烟无卤建筑电缆绝缘材料，包括以下重量百分比的组分:
[0161]10%的聚乙烯
[0162]2%的聚丙烯
[0163]2%的热塑性弹性体(POE)
[0164]10%的三元乙丙橡胶(EPDM)
[0165]33%的氢氧化铝
[0166]37%的氢氧化镁
[0167]4%的相容剂
[0168]0.5%的安定剂
[0169]I %的娃酮母粒
[0170]0.5%的硅烷偶联剂。
[0171]相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为0.5%;安定剂由以下重量百分比的组分组成:50%的硬脂酸钙、50%的硬脂酸锌。
[0172]机械性能:抗张强度:8.6MPa，断裂伸长率135 %。
[0173]氧指数OI34，
[0174]烟密度透光率96%。
[0175]烟密度:无焰Dmw 354
[0176]有焰Dmy 156
[0177]PH值 5.8
[0178]电导率6.9yS/mm
[0179]使用寿命超过70年。
[0180]齒酸气体释出量3.6mg/g
[0181]体积电阻率(20Γ)3.2*101()Ω.cm
[0182]阻燃性老化后通过单根垂直燃烧。
[0183]上述对比例中相容剂及安定剂不在本发明限定的范围内，则材料的力学性能不合格。
[0184]
【申请人】声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【主权项】
1.一种低烟无卤建筑电缆绝缘材料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分:5%?40%的聚乙烯，I %?20%的聚丙烯，I %?20%的热塑性弹性体，O?20%的三元乙丙橡胶，10%?50%的氢氧化铝，10%?50%的氢氧化镁，0.5%?10%的相容剂，0.5%?5%的安定剂，0.5 %?5 %的硅酮母粒以及0.5 %?4%的硅烷偶联剂。2.根据权利要求1所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述聚乙烯为低密度聚乙烯，熔融指数2-5，优选线性低密度聚乙烯； 优选地，所述聚丙烯为无规聚丙烯，熔融指数1-3; 优选地，所述热塑性弹性体为乙烯-辛烯共聚物，熔融指数2-5，硬度80-90A; 优选地，所述三元乙丙橡胶的第三单体为乙叉降冰片烯，门尼粘度50-80。3.根据权利要求1或2所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述氢氧化铝的目数为5000-8000 目； 优选地，所述氢氧化镁的目数为3000-5000目。4.根据权利要求1-3任一项所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯，优选接枝率为I?2% ； 优选地，所述安定剂由以下重量百分比的组分组成:30%?55%的硬脂酸钙、5%?35%的硬脂酸锌以及30%?60%的四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。5.根据权利要求1-4任一项所述的电缆绝缘材料，其特征在于，所述硅酮母粒的硅氧烷的含量为40%; 优选地，所述硅烷偶联剂为ΚΗ550。6.权利要求1-5任一项所述的低烟无卤新型建筑绝缘材料的制备方法，包括如下步骤: (1)将聚乙烯、聚丙烯、热塑性弹性体、三元乙丙橡胶、氢氧化铝、的氢氧化镁、相容剂、安定剂、硅酮母粒以及硅烷偶联剂混合； (2)将步骤(I)混合后的组分熔融共混后制成颗粒； (3)将步骤(2)所得颗粒制成线材后辐照交联。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混通过密炼机进行； 优选地，所述密炼机熔融的温度为160?175 °C，时间为15?25分钟。8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述颗粒通过挤出机，优选单螺杆挤出机制成； 优选地，所述单螺杆挤出机包括依次连接的第一区、第二区、第三区、第四区、第五区、第六区和第七区，熔融共混后的组分依次通过各区，其中，第一区的工作温度为110?115°C，第二区的工作温度为115?120 °C，第三区的工作温度为115?120 °C，第四区的工作温度为120?125°C，第五区的工作温度为120?125°C，第六区的工作温度为120?130°C，第七区的工作温度为125?130°C。9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述线材通过线材挤出机制成； 优选地，所述线材挤出机包括依次连接的A区、B区、C区以及D区，颗粒依次通过A区、B区、C区和D区，其中，A区的工作温度为150?160°C，B区的工作温度为165?175°C，C区的工作温度为165?175°C，0区的工作温度为170?180°C ；优选地，所述辐照交联通过电子加速器进行，辐照剂量为12-15M。
【文档编号】C08K5/134GK105860247SQ201610443703
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】范伟伟, 刘洁, 罗顺, 范魏魏
【申请人】江苏达胜高聚物股份有限公司