一種可陶瓷化的聚氯乙烯電線電纜料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電纜料，尤其設(shè)及一種可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料及其制備 方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電線電纜在各個(gè)行業(yè)、領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用。電線電纜 用量不斷增大的同時(shí)，電氣火災(zāi)的事故也隨之增加，電線電纜產(chǎn)品的安全性、環(huán)保性、使用 壽命也有了更高的要求，電線電纜的阻燃問題逐漸引起了世界各國(guó)的重視。傳統(tǒng)電線電纜 中的聚合物阻燃添加劑，存在釋放毒煙和腐蝕性氣體，添加劑量大，有害環(huán)境等污染，還有 部分無機(jī)成份的填料，在著火時(shí)隨著聚合物的燃燒，只留下粉末，阻燃效果不理性。而國(guó)內(nèi) 外相繼開發(fā)了阻燃電纜，運(yùn)些阻燃電纜雖有一定的阻燃效果，但還存在不少缺陷。有些電纜 料大量無機(jī)材料的加入，影響了電纜料的物理機(jī)械性能和加工工藝性能，其在常溫下的強(qiáng) 度、柔軟性能、耐氣候性差、耐油性、耐低溫性能都不是很好，耐高溫性能不強(qiáng)，不能在高溫 下作業(yè)；耐老化性不夠，使用壽命短，極易引起火災(zāi)；在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，燃燒的電線電纜會(huì)產(chǎn) 生有毒氣體和煙霧，運(yùn)不僅會(huì)影響救災(zāi)工作，還會(huì)對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成"第二次災(zāi)害"。鑒于不少 工業(yè)部口和地鐵、高層建筑等市政民用設(shè)施對(duì)電纜的安全性和可靠性的要求越來越高，迫 切要求開發(fā)新一代的耐高溫阻燃電纜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種物理性能好，阻燃性能 好的可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料。
[0004] 本發(fā)明的上述目的是通過W下技術(shù)方案來實(shí)施：一種可陶瓷化的聚氯乙締電線電 纜料，該電線電纜料包括如下成分及其重量份數(shù)：
[0005] 納米晶聚氯乙稀 100份，： 増塑劑 30-60份， 阻燃劑 15-30份， 穩(wěn)定劑 5-10份， 陶瓷化填料 20-50份， 其他助劑 1-5汾，
[0006] 其中，所述陶瓷化填料為納米二氧化娃、娃灰石和棚酸鋒按1 :2-4 :4-10的重量比 通過硅烷偶聯(lián)劑處理混合配制而成。
[0007] 納米二氧化娃無毒、無味、無污染，顆粒尺寸小，比表面積大，表面存在大量不飽和 鍵及不同鍵合狀態(tài)的徑基，由于納米粒子的表面能高，吸附作用強(qiáng)，容易集聚，難W均勻、穩(wěn) 定地分散，所W先將納米二氧化娃和助烙劑棚酸鋒混合，將納米二氧化娃融入到體系中，再 加入娃灰石，通過偶聯(lián)劑的作用混合配制。娃灰石的主要成分偏娃酸巧，呈針狀，易成膠 質(zhì)結(jié)構(gòu)，在高溫下燃燒時(shí)，納米二氧化娃會(huì)和娃灰石發(fā)生反應(yīng)，在填料邊緣形成低共烙混合 物，此低共烙混合物會(huì)在納米二氧化娃粒子和填料粒子之間產(chǎn)生橋接作用，從而在著火溫 度下使之固化，冷卻時(shí)形成凝聚的陶瓷化產(chǎn)物。由于娃灰石本身的烙點(diǎn)很高，燃燒后陶瓷化 的溫度相應(yīng)也很高，因此要在較低溫度下進(jìn)行陶瓷化。同時(shí)為了更好的發(fā)揮其阻燃防火能 力，需要加入助烙劑棚酸鋒，而棚酸鋒既有助烙劑的功能，本身也有較強(qiáng)的阻燃抑煙能力， 將運(yùn)=種成分按1 :2-4 :4-10的重量比混合分散配制成一種具有陶瓷化能力的填料，可降 低燒結(jié)溫度，提高燒結(jié)化合物的機(jī)械強(qiáng)度。使本發(fā)明聚氯乙締電線電纜料可陶瓷化，在火焰 中燃燒時(shí)能夠形成堅(jiān)硬的自支撐陶瓷體，具有一定的強(qiáng)度，并且能夠阻止明火二次燃燒，能 保持制品的完整性，降低產(chǎn)品燃燒時(shí)的煙密度。
[000引本發(fā)明中納米晶聚氯乙締具有易極化和粘結(jié)性都較好的特點(diǎn)，同時(shí)又具有一定得 潔凈度，具有較低烙點(diǎn)，烙點(diǎn)在130°C左右，可有效降低加工溫度，提高耐熱性能，從而改善 制品的剛度。本發(fā)明W納米晶聚氯乙締為基體材料，將納米二氧化娃、娃灰石和棚酸鋒=者 配制成的填料加入到納米晶聚氯乙締中，并配合其他原料的作用，形成陶瓷骨架，結(jié)構(gòu)比較 致密，顆粒大小分布均勻，孔隙率相對(duì)較低的材料，進(jìn)而制備出具有較好力學(xué)性能，又具有 較好阻燃性能的可陶瓷化聚氯乙締電線電纜料。
[0009] 作為優(yōu)選，所述納米二氧化娃、娃灰石和棚酸鋒的重量比為按1 :2-3 :5-10。若其 中納米二氧化娃過多會(huì)導(dǎo)致物料分散不均，造成團(tuán)聚現(xiàn)象，降低產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。 若娃灰石過多不僅會(huì)造成團(tuán)聚現(xiàn)象，降低產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，還會(huì)導(dǎo)致烙點(diǎn)太高，無 法在較低的溫度陶瓷化。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述納米二氧化娃的粒徑為20-30nm。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述娃灰石的粒徑為10-30ym。
[0012] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料中，所述的納米晶聚氯乙締采用聚氯乙締 樹脂先結(jié)晶再粉碎制備而成，其微粉粒子為5-10ym，結(jié)晶相粒子尺寸為60-90nm。經(jīng)不斷 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚乙締的側(cè)基氨原子被氯原子取代形成聚氯乙締時(shí)，碳-氨共價(jià)鍵呈現(xiàn)極性， 電子云移向氯原子，使氯原子部分帶負(fù)電荷，碳原子部分帶正電荷，從而產(chǎn)生較大的偶極 矩，使柔性鏈變成剛性鏈，使氯原子失去結(jié)晶能力。但是聚氯乙締并非完全是無定形聚合 物，它也具有一定得結(jié)晶度。通過聚氯乙締樹脂結(jié)晶，其結(jié)晶度可達(dá)10%左右。本發(fā)明通過 聚氯乙締樹脂結(jié)晶再粉碎成納米晶聚氯乙締大幅度增強(qiáng)電線電纜料的耐熱性，大幅度提高 其力學(xué)剛度。
[0013] 作為優(yōu)選，所述聚氯乙締樹脂的聚合度為1000-1300。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選擇聚合度在 此范圍內(nèi)的聚氯乙締樹脂結(jié)晶有利于提高電線電纜料的拉伸強(qiáng)度。
[0014] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料中，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二異癸醋、 偏苯S酸S辛醋、對(duì)苯二甲酸二辛醋中的一種或多種。
[0015] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料中，所述阻燃劑為=氧化二錬、氨氧化侶、 氨氧化儀中的一種或多種。氨氧化侶、氨氧化儀受熱分解時(shí)不產(chǎn)生有毒氣體，也不產(chǎn)生腐蝕 性燃燒產(chǎn)物，僅釋放出結(jié)晶水，且是個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng)，吸熱量很大，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對(duì)所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w進(jìn)行冷卻的作用。反應(yīng)產(chǎn) 生的水蒸氣可稀釋可燃?xì)怏w，抑制燃燒的蔓延，同時(shí)新生的耐火金屬氧化物（Al2化、MgO)具 有較高的活性，它會(huì)催化聚合物的熱氧交聯(lián)反應(yīng)，在聚合物表面形成一層炭化膜，炭化膜會(huì) 減弱燃燒時(shí)的傳熱、傳質(zhì)效應(yīng)，從而起到阻燃的作用，進(jìn)一步提高電線電纜料的抗火性能。 此外，此類氧化物還能吸附煙塵顆粒，起到抑煙作用。而=氧化二錬在燃燒初期，首先是烙 融，在材料表面形成保護(hù)膜隔絕空氣，通過內(nèi)部吸熱反應(yīng)，降低燃燒溫度。在高溫狀態(tài)下= 氧化二錬被氣化，稀釋了空氣中氧濃度，從而起到阻燃作用。通常，=氧化二錬屬于添加型 阻燃劑，常與其他阻燃劑、消煙劑并用，各組分間可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。因此，進(jìn)一步優(yōu)選，所述 阻燃劑為=氧化二錬與氨氧化侶按重量比1:1-2的混合物，或=氧化二錬與氨氧化儀按重 量比1:2-3的混合物，或=氧化二錬、氨氧化侶、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電線電纜料中，所述穩(wěn)定劑為巧鋒穩(wěn)定劑。
[0017] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料中，所述其他助劑為聚乙締蠟、硬脂酸、娃 酬粉中的一種或多種。
[0018] 本發(fā)明還提成一種上述可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料的制備方法，所述的制備 方法包括如下步驟：
[0019]Sl、按重量比稱取納米二氧化娃、娃灰石和棚酸鋒，先將納米二氧化娃和和棚酸鋒 加入高混機(jī)中，高速攬拌3-5分鐘，邊攬拌邊升溫至50-70°C，加入硅烷偶聯(lián)劑，使偶聯(lián)劑呈 霧狀噴出，再攬拌3-5分鐘后停止，然后靜置5-10分鐘，并控制高混機(jī)的溫度在50-7(TC，最 后加入娃灰石，攬拌5-10分鐘后從出料口排出制得陶瓷化填料；
[0020] S2、按照重量比稱取納米晶聚氯乙締、增塑劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑、其他助劑，將稱 取好的納米晶聚氯乙締倒入高混機(jī)內(nèi)，邊攬拌邊加熱至90-100°C，再加入增塑劑，攬拌 6-8min;然后依次加入阻燃劑、穩(wěn)定劑、陶瓷化填料W及其他助劑，高速攬拌混合均勻；
[0021]S3、將步驟S2中混合均勻的物料從混料機(jī)排出，投入雙螺桿擠出機(jī)的喂料料斗 中，由喂料機(jī)均勻加入雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)的溫度為140°C-160°C，喂料頻率為 10-30赫茲，主機(jī)轉(zhuǎn)速為200-300轉(zhuǎn)/分，經(jīng)過螺桿擠出機(jī)高速剪切、混煉，再通過機(jī)頭的切 料機(jī)造料，即可制得本發(fā)明可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料。
[0022] 由于納米二氧化娃粒徑小，比表面積大，吸附能力強(qiáng)，加入納米二氧化娃質(zhì)量份 4-10倍的棚酸鋒進(jìn)行稀釋，通過高速攬拌，納米二氧化娃吸附于棚酸鋒表面，然后再加入娃 燒偶聯(lián)劑處理，使偶聯(lián)劑充分浸潤(rùn)到粉體，防止團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。由于納米二氧化娃的粒子 質(zhì)量非常輕，高速攬拌后會(huì)引起粉體在高混機(jī)中彌漫飄散，不宜立刻打開蓋子加入娃灰石， 需要靜置一段時(shí)間，讓里面的粉體都穩(wěn)定下來，再放入娃灰石，與娃灰石反應(yīng)制成陶瓷化填 料。然后將納米晶聚氯乙締先與增塑劑混合，再與其他物料混合均勻后擠出造粒。
[0023] 在上述可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料的制備方法中，作為優(yōu)選，步驟Sl制備陶 瓷化填料中加入的硅烷偶聯(lián)劑用量為納米二氧化娃、娃灰石和棚酸鋒=者混合物總重量的 0. 5-1%。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[00巧]1、本發(fā)明可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料在具有高阻燃性的同時(shí)具有較高的物 理性能，抗拉強(qiáng)度> 16. 2MPa，斷裂伸長(zhǎng)率> 205 %，煙密度（無焰215,煙密度（有 焰）《128。
[0026] 2、本發(fā)明可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料的制備方法簡(jiǎn)單，成本低，擠出速度快， 工藝流程短，生產(chǎn)效益高，且環(huán)保，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] W下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并 不限于運(yùn)些實(shí)施例。
[0028] 表1:本發(fā)明的實(shí)施例中可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料的各成分及其重量份數(shù)
[00引]實(shí)施例1
[0032] 將聚合度為1000-1300的聚氯乙締樹脂先結(jié)晶，再粉碎得微粉粒子為5-10ym，結(jié) 晶相粒子尺寸為60-90nm的納米晶聚氯乙締；
[003引按表1實(shí)施例1中所述的重量比稱取納米二氧化娃（粒徑為20-30nm)、娃灰石 (粒徑為10-30ym)和棚酸鋒，先將納米二氧化娃和和棚酸鋒加入高混機(jī)中，高速攬拌5分 鐘，邊攬拌邊升溫至50°C，加入硅烷偶聯(lián)劑（用量為納米二氧化娃、娃灰石和棚酸鋒=者混 合物總重量的1 % )，使偶聯(lián)劑呈霧狀噴出，再攬拌3分鐘后停止，然后靜置10分鐘，并控制 高混機(jī)的溫度在50°C，最后加入娃灰石，攬拌10分鐘后從出料口排出制得陶瓷化填料；
[0034] 按照表1實(shí)施例1中所述的重量比稱取納米晶聚氯乙