一种成炭性良好的低烟无卤阻燃电缆料，其制备方法以及电缆
技术领域
本发明涉及电缆材料技术领域，具体涉及一种成炭性良好的低烟无卤阻燃电缆料，其制备方法以及电缆。
背景技术
随着人们环保意识以及线缆行业的环保要求的提出，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的需求量逐渐增加。EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)是一种无卤极性聚合物，由于其具有良好的电学性能、物理性能以及加工性能，被认为是最有前途的护套料、隔氧料以及屏蔽料的基料之一。然而EVA的阻燃性能并不优异，目前的EVA阻燃体系大多采用无机阻燃剂如金属氢氧化物、石墨作为填充料，也有采取相对高效的膨胀型阻燃剂如磷-氮系填充，这使得EVA阻燃性能明显得到提升。
然而，在添加阻燃填充料后，EVA阻燃性能得到提升的同时，也存在明显的缺陷，并且这种缺陷是无法避免的。由于EVA本身是具有极性线性链状分子，而一般的阻燃剂是非极性或弱极性的，这就导致基材与阻燃剂之间相容性差，机械性能也随之下降。除了相容性问题，电缆料的成炭效果也是难点，无机金属氢氧化物本身不含碳，剩余残炭量少而石墨虽然含碳量高但单独作为阻燃剂，阻燃效果并不理想，且由于尺寸效应的存在，粒度越小，阻燃效果越差。至于高效的磷-氮阻燃剂除了易吸湿，其成炭效果也并不理想，并不能保证炭层的连续性和致密性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基材与阻燃剂相容性好、成炭性良好的低烟无卤阻燃电缆料。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下所述的技术方案：
本发明提供了一种成炭性良好的低烟无卤阻燃电缆料，包括按重量份计的以下组分：基体树脂40份、阻燃剂50-60份、抗氧剂0.5-1.5份、润滑剂1-5份；
其中，所述基体树脂由EVA和相容剂组成，所述EVA中的VA含量为0.28；所述阻燃剂包括按重量份计的以下组分：Ⅱ型聚磷酸铵35-40份，纤维素纳米纤维7-10份，分散剂1-5份，层状石墨5-10份，溶剂35-50份，所述纤维素纳米纤维的结晶度≥75％。
纤维素纳米纤维，又称为纳米纤维素，是一种新型绿色纳米材料。除了储量丰富、循环可再生的天然优势外，纳米纤维素还具有纳米级结构、良好的力学强度和较低的热膨胀系数等优点。因此，纤维素纳米纤维一般用于金属离子电池、超级电容器等储能器件中，作为隔膜和电极材料。
本发明中，发明人将纤维素纳米纤维引入到电缆料领域，将其与聚磷酸铵、层状石墨混合作为阻燃剂，其目的是：一方面，纤维素纳米纤维的极性与EVA基材的极性接近，同时其纤维结构能够更好地分散于基材中，从而提高了阻燃剂与EVA基材的相容性，有利于提升电缆料的机械性能；另一方面，纤维素纳米纤维的含碳量高，成炭速率快且稳定，与聚磷酸铵、层状石墨通过氢键结合后，提升了阻燃料的成炭性能，能够形成连续且致密的炭层。此外，由于纤维素纳米纤维与聚磷酸铵形成氢键，也能够减小聚磷酸铵的吸湿程度，进一步地提高了阻燃效果。
本发明中，优选的方案为所述相容剂为POE-g-MAH、EVA-g-MAH、PE-g-MAH中的至少一种。
本发明中，优选的方案为所述阻燃剂中，Ⅱ型聚磷酸铵、纤维素纳米纤维、层状石墨的重量比为10:2:1。
本发明中，优选的方案为所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂300和抗氧剂168中的至少一种。
本发明中，优选的方案为所述分散剂为脂肪酸酰胺类分散剂、表面活性剂中的至少一种。
本发明中，优选的方案为所述润滑剂为硬脂酸钙、硅酮、二氧化硅中的至少一种。
本发明中，优选的方案为所述溶剂为去离子水与无水乙醇的混合溶液，两者的质量比为3:1。
本发明还提供了所述的一种成炭性良好的低烟无卤阻燃电缆料的制备方法，包括以下步骤：
将层状石墨分散于溶剂中，搅拌，接着加入分散剂，搅拌5-10min后加入纤维素纳米纤维，再搅拌10-20min后加入Ⅱ型聚磷酸铵，继续搅拌20-30min；去除溶剂后，得到阻燃剂；
将EVA、相容剂、抗氧剂、润滑剂以及阻燃剂搅拌3-5min，将得到的混合料加入密炼机中，经150-160℃单螺杆挤出造粒，干燥后得到低烟无卤电缆料。
本发明中，先将纤维素纳米纤维与聚磷酸铵先做成母粒，是为了能让它们之间形成的氢键更充分，有利于减小聚磷酸铵的吸湿程度，确保阻燃效果。
本发明还提供了由所述的成炭性良好的低烟无卤阻燃电缆料制得的电缆。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过纤维素纳米纤维与聚磷酸铵以及层状石墨的预交联制备出一种与EVA基材相容性好的阻燃剂，该阻燃剂成炭速率快、致密，成炭性能好，兼顾优异的力学性能与阻燃性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
1.将3.5份层状石墨分散于去离子水和无水乙醇混合液中(水的质量90份，乙醇质量30份)，在持续搅拌的情况下，加入1份分散剂，持续搅拌6min。接着将7份纤维素纳米纤维加入混合液中，继续搅拌12min后加入35份Ⅱ型聚磷酸铵35份。搅拌20min后，蒸去溶剂，得到阻燃剂。
2.称取35份EVA树脂(牌号：2803)、5份相容剂EVA-g-MAH、54份阻燃剂，1份抗氧剂1010和5份润滑剂二氧化硅，加入到高速搅拌机搅拌5min，然后将混合料置于密炼机中混炼，混炼至料温为150℃时出料后，经单螺杆挤出机挤出造粒，充分干燥后得到低烟无卤阻燃电缆料。
对比例1
1.将3.5份层状石墨分散于去离子水和无水乙醇混合液中(水的质量90份，乙醇质量30份)，在持续搅拌的情况下，加入1份分散剂，持续搅拌6min。接着加入35份Ⅱ型聚磷酸铵35份，搅拌20min后，蒸去溶剂，得到阻燃剂。
2.称取35份EVA树脂(牌号：2803)、5份相容剂EVA-g-MAH、54份阻燃剂，1份抗氧剂1010和5份润滑剂二氧化硅，加入到高速搅拌机搅拌5min，然后将混合料置于密炼机中混炼，混炼至料温为150℃时出料后，经单螺杆挤出机挤出造粒，充分干燥后得到低烟无卤阻燃电缆料。
性能测试
分别对实施例1、对比例1制备的低烟无卤阻燃电缆料进行性能测试，测试指标包括拉伸强度、断裂伸长率、氧指数、UL-94、剩余残炭量和成炭情况。其中，拉伸强度和断裂伸长率按照GB/T 1040.1-2018标准测试，氧指数按照GB/T 2406.2-2009标准测试，UL-94按照GB/T 2951.41-2008标准测试，剩余残炭量按照GB/T 2408-2008标准测试。具体测试结果如表1所示。
表1实施例和对比例的电缆料的性能测试结果
从上表的结果可以看出，实施例1中的电缆料中由于添加了纤维素纳米纤维，其剩余残炭量和成炭情况明显优于对比例1的电缆料，并且在拉伸强度、断裂伸长率、氧指数等指标上也优于对比例1。
综上，本发明的低烟无卤阻燃电缆料，EVA基材与阻燃剂相容性良好，且成炭速率快、致密，成炭性能好，兼顾了优异的力学性能与阻燃性能。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
