一種可陶瓷化的聚氯乙烯電線電纜料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種電纜料，尤其設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。傳統電線電纜 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，有害環境等污染，還有 部分無機成份的填料，在著火時隨著聚合物的燃燒，只留下粉末，阻燃效果不理性。而國內 外相繼開發了阻燃電纜，運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，運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 工業部口和地鐵、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 好的可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料。
[0004] 本發明的上述目的是通過W下技術方案來實施：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：
[0005] 納米晶聚氯乙稀 100份，： 増塑劑 30-60份， 阻燃劑 15-30份， 穩定劑 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 鍵及不同鍵合狀態的徑基，由于納米粒子的表面能高，吸附作用強，容易集聚，難W均勻、穩 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 質結構，在高溫下燃燒時，納米二氧化娃會和娃灰石發生反應，在填料邊緣形成低共烙混合 物，此低共烙混合物會在納米二氧化娃粒子和填料粒子之間產生橋接作用，從而在著火溫 度下使之固化，冷卻時形成凝聚的陶瓷化產物。由于娃灰石本身的烙點很高，燃燒后陶瓷化 的溫度相應也很高，因此要在較低溫度下進行陶瓷化。同時為了更好的發揮其阻燃防火能 力，需要加入助烙劑棚酸鋒，而棚酸鋒既有助烙劑的功能，本身也有較強的阻燃抑煙能力， 將運=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 低燒結溫度，提高燒結化合物的機械強度。使本發明聚氯乙締電線電纜料可陶瓷化，在火焰 中燃燒時能夠形成堅硬的自支撐陶瓷體，具有一定的強度，并且能夠阻止明火二次燃燒，能 保持制品的完整性，降低產品燃燒時的煙密度。
[000引本發明中納米晶聚氯乙締具有易極化和粘結性都較好的特點，同時又具有一定得 潔凈度，具有較低烙點，烙點在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，結構比較 致密，顆粒大小分布均勻，孔隙率相對較低的材料，進而制備出具有較好力學性能，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導致物料分散不均，造成團聚現象，降低產品的拉伸強度和伸長率。 若娃灰石過多不僅會造成團聚現象，降低產品的拉伸強度和伸長率，還會導致烙點太高，無 法在較低的溫度陶瓷化。
[0010] 進一步優選，所述納米二氧化娃的粒徑為20-30nm。
[0011] 進一步優選，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 樹脂先結晶再粉碎制備而成，其微粉粒子為5-10ym，結晶相粒子尺寸為60-90nm。經不斷 試驗發現，當聚乙締的側基氨原子被氯原子取代形成聚氯乙締時，碳-氨共價鍵呈現極性， 電子云移向氯原子，使氯原子部分帶負電荷，碳原子部分帶正電荷，從而產生較大的偶極 矩，使柔性鏈變成剛性鏈，使氯原子失去結晶能力。但是聚氯乙締并非完全是無定形聚合 物，它也具有一定得結晶度。通過聚氯乙締樹脂結晶，其結晶度可達10%左右。本發明通過 聚氯乙締樹脂結晶再粉碎成納米晶聚氯乙締大幅度增強電線電纜料的耐熱性，大幅度提高 其力學剛度。
[0013] 作為優選，所述聚氯乙締樹脂的聚合度為1000-1300。經試驗發現，選擇聚合度在 此范圍內的聚氯乙締樹脂結晶有利于提高電線電纜料的拉伸強度。
[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（Al2化、MgO)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膜隔絕空氣，通過內部吸熱反應，降低燃燒溫度。在高溫狀態下= 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，各組分間可產生協同效應。因此，進一步優選，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，所述穩定劑為巧鋒穩定劑。
[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，加入硅烷偶聯劑，使偶聯劑呈 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、穩定劑、其他助劑，將稱 取好的納米晶聚氯乙締倒入高混機內，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排出，投入雙螺桿擠出機的喂料料斗 中，由喂料機均勻加入雙螺桿擠出機中，雙螺桿擠出機的溫度為140°C-160°C，喂料頻率為 10-30赫茲，主機轉速為200-300轉/分，經過螺桿擠出機高速剪切、混煉，再通過機頭的切 料機造料，即可制得本發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，加入納米二氧化娃質量份 4-10倍的棚酸鋒進行稀釋，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 燒偶聯劑處理，使偶聯劑充分浸潤到粉體，防止團聚現象的發生。由于納米二氧化娃的粒子 質量非常輕，高速攬拌后會引起粉體在高混機中彌漫飄散，不宜立刻打開蓋子加入娃灰石， 需要靜置一段時間，讓里面的粉體都穩定下來，再放入娃灰石，與娃灰石反應制成陶瓷化填 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，作為優選，步驟Sl制備陶 瓷化填料中加入的硅烷偶聯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] 與現有技術相比，本發明具有W下優點：
[00巧]1、本發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具有較高的物 理性能，抗拉強度> 16. 2MPa，斷裂伸長率> 205 %，煙密度（無焰215,煙密度（有 焰）《128。
[0026] 2、本發明可陶瓷化的聚氯乙締電線電纜料的制備方法簡單，成本低，擠出速度快， 工藝流程短，生產效益高，且環保，適合大規模工業化生產。
【具體實施方式】
[0027] W下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并 不限于運些實施例。
[0028] 表1:本發明的實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
[00引]實施例1
[0032] 將聚合度為1000-1300的聚氯乙締樹脂先結晶，再粉碎得微粉粒子為5-10ym，結 晶相粒子尺寸為60-90nm的納米晶聚氯乙締；
[003引按表1實施例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中，高速攬拌5分 鐘，邊攬拌邊升溫至50°C，加入硅烷偶聯劑（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實施例1中所述的重量比稱取納米晶聚氯乙