一種高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電纜料及其制備方法，尤其涉及一種高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴 電纜料及其制備方法，屬于新材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟的迅速發展，電線電纜在各個行業、領域中都得到廣泛的應用。電線電纜 用量不斷增大的同時，電氣火災的事故也隨之增加，電線電纜產品的安全性、環保性、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的重視。早在70年代， 國內外相繼開發了阻燃電纜，這些阻燃電纜雖有一定的阻燃效果，但還存在不少缺陷。有些 電纜料大量無機材料的加入，影響了電纜料的物理機械性能和加工工藝性能，其在常溫下 的強度、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，不能在 高溫下作業；耐老化性不夠，使用壽命短，極易引起火災；在火災發生時，燃燒的電線電纜 會產生有毒氣體和煙霧，這不僅會影響救災工作，還會對生命財產造成"第二次災害"。鑒 于不少工業部門和地鐵、高層建筑等市政民用設施對電纜的安全性和可靠性的要求越來越 高，迫切要求開發新一代的耐高溫阻燃電纜。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于針對現有技術中存在的缺陷，提供一種物理性能好，阻燃性能 好的高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料。
[0004] 本發明的上述目的是通過以下技術方案來實施：一種高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴 電纜料，該電纜料由以下重量份的成分組成：
[0005] 基體樹脂A: 10-20份，
[0006] 基體樹脂B:5-10份，
[0007] 相容劑：5-10份，
[0008] 阻燃劑A:50-70 份，
[0009] 阻燃劑B:10-20 份，
[0010]偶聯劑：0.5-2 份，
[0011] 潤滑劑：0.5-2 份，
[0012] 抗氧劑：0.5-2 份，
[0013] 抗滴落劑：0· 05-0. 1 份。
[0014] 本發明主要通過對基體樹脂的選用和制備方法的創新，將大量的無機填充成分加 入到低煙無鹵聚烯烴材料中。首先從基體樹脂上入手，選用EPM(乙烯丙烯共聚物）作為無 機填充的主要載體，它的無機填充能力高于其他聚烯烴類化合物，且本身物理性能優異，碳 酸鈣鎂石和氫氧化鎂在無機填充材料中屬于阻燃能力較強的產品，但是在聚烯烴中的分散 效果并不是很好，而且容易團聚導致制得的產品物性下降嚴重。因此，先用一部分的EPM作 為載體將碳酸鈣鎂石和氫氧化鎂由粉體狀制成阻燃母粒，然后再和其他主體基材進行混合 密煉，這樣可以有效的提高無機填充物的分散效果，和保持優異的物理性能。
[0015] 在上述高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料中，作為優選，所述的基體樹脂A為乙 烯丙烯共聚物（EPM)，其中乙烯的含量為9%-16%。選用乙烯含量為9-16%的乙烯丙烯共 聚物做基體樹脂A-方面可以增加電纜料的柔軟度，另一方面可以賦予電纜料較高的極限 氧指數。（不知道這樣解釋是否合理）
[0016] 在上述高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料中，作為優選，所述的基體樹脂B為乙 烯醋酸乙烯共聚物（EVA)、乙烯辛烯共聚物（Ρ0Ε)和線性低密度聚乙烯（LLDPE)中的一種或 多種。其中，EVA、P0E、LLDPE的熔融指數均大于8g/10min。EVA、P0E、LLDPE均具有一定的 韌性，能提高樹脂基體的整體熔融指數，易于加工。其中線性低密度聚乙烯（LLDPE)的加入 即可大大提高電纜料的耐高溫性能，又不會像添加高密度聚乙烯那樣大幅度降低電纜料的 柔軟度。
[0017] 在上述高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料中，作為優選，所述的阻燃劑A為碳酸 鈣鎂石、氫氧化鎂和乙烯丙烯共聚物（EPM)按重量比1-3 :2_3 :1的比例通過表面活化后混 合制得的阻燃母粒。經不斷試驗發現，碳酸鈣鎂石、氫氧化鎂和乙烯丙烯共聚物按上述比例 混合時，三者之間的協效效果最好。若EPM的比例過小，就無法將無機填充物充分分散制得 阻燃母粒，會有部分無機填充依然以粉體的形式存在，若EPM的比例過大，其阻燃效果將大 大減弱。氫氧化鎂是集阻燃、抑煙、填充三大功能于一體的阻燃劑，且無毒、無腐蝕、穩定性 好、高溫下不產生有毒氣體，當吸熱能力較強的氫氧化鎂與結炭能力較強的碳酸鈣鎂石復 配使用時，具有較好的協同阻燃作用。另外，碳酸鈣鎂石和氫氧化鎂在無機填充材料中屬于 阻燃能力較強的產品，但是在聚烯烴中的分散效果并不是很好，而且容易團聚導致制得的 產品物性下降嚴重。因此，需要先用一部分EPM作為載體將碳酸鈣鎂石和氫氧化鎂由粉體 狀制成阻燃母粒，再與其他組分密煉。
[0018] 在上述高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料中，作為優選，所述的阻燃劑B為硼酸 鋅、氫氧化鋁、三聚氰胺氰尿酸鹽中的一種或多種。進一步優選，阻燃劑B為氫氧化鋁與三 聚氰胺氰尿酸鹽的混合物，或氫氧化鋁與硼酸鋅的混合物，其中，氫氧化鋁與三聚氰胺氰尿 酸鹽的重量比為2-4:1，氫氧化鋁與硼酸鋅的重量比為0. 8-2. 5:1。硼酸鋅的熱穩定性好， 毒性低，在高溫下會分解生產三氧化二硼等含硼物質，該物質覆蓋在聚合物表面會形成一 層玻璃狀物質，可起到抑制余輝、凝聚相阻燃的作用。分解產生的鋅化合物不但能提高成 炭量、降低成煙量，還可阻止燃燒繼續進行。氫氧化鋁、氫氧化鎂受熱分解時不產生有毒氣 體，也不產生腐蝕性燃燒產物，僅釋放出結晶水，且是個強吸熱反應，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所產生的可燃氣體進行冷卻 的作用。反應產生的水蒸氣可稀釋可燃氣體，抑制燃燒的蔓延，同時新生的耐火金屬氧化 物（Al203、Mg0)具有較高的活性，它會催化聚合物的熱氧交聯反應，在聚合物表面形成一 層炭化膜，炭化膜會減弱燃燒時的傳熱、傳質效應，從而起到阻燃的作用，進一步提高電纜 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。三聚氰胺氰尿酸鹽 (MCA)是一種含氮無鹵環保阻燃劑，具有無毒、熱穩定性好、適合材料加工、阻燃效率高等優 點；MCA在燃燒時會升華吸熱，分解產生大量惰性氣體形成保護層，使電纜料燃燒程度有所 減緩，提高其阻燃性。另外，MCA具有沿三維方向擴張的巨大氫鍵網絡，在剪切力作用下，這 種網絡層狀結構可自由滑移，使MCA具有優異的潤滑性。本發明阻燃劑B中的硼酸鋅、氫氧 化鋁、三聚氰胺氰尿酸鹽可以單獨與阻燃劑A協同作用，也可以是三者中的多種一起與阻 燃劑A共同作用。此外，本發明中復配阻燃劑還可以進一步改善電纜料的力學性能，其原因 在于，三聚氰胺氰尿酸鹽、阻燃劑A中的碳酸鈣鎂石、EPM的潤滑劑作用，可以進一步改善阻 燃劑與基體樹脂的相容性，提高電纜料的力學性能和加工性能。
[0019] 在上述高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料中，作為優選，所述的相容劑為馬來酸 酐接乙烯-醋酸乙烯（EVA-g-MAH)、馬來酸酐接乙烯辛烯共聚物（POE-g-MAH)中的一種或兩 種。相容劑的加入提高了阻燃劑與基體樹脂的結合力，改善了復配阻燃劑（即阻燃劑A和阻 燃劑B)在基體樹脂中的分散，充分發揮阻燃作用，提高阻燃性，同時增加電纜料的柔軟度， 提高電纜料的物理機械性能，尤其是提高電纜料的耐高溫性能。
[0020] 在上述高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料中，作為優選，所述的偶聯劑為硅烷偶 聯劑中的一種或多種。進一步優選，所述的偶聯劑為乙烯基-三（2-甲氧基乙氧基）硅烷。
[0021] 在上述高填充低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料中，作為優選，所述的潤滑劑為聚硅氧 烷、芥酸酰胺、硬脂酸鋅中的一種或多種。
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