一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法
技术领域
本申请涉及电线电缆技术领域，更具体地说，它涉及一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料及其制备方法。
背景技术
根据国家对电线电缆主要应用领域-电力、轨道交通、航空航天、海洋工程等规划来看，未来我国电线电缆行业前景向好，行业产品升级趋势明显，预计到2024年行业需求规模有望超过1.9万亿元。而在高端电缆特别是5G通信使用的电缆，其要求更加严格，电缆产品的收缩率的变动将直接影响产品的精确性和性能的稳定性。
35KV及以下的高压电缆由电缆芯和护套构成，目前护套主要由聚烯烃材料制成，聚烯烃材料护套在环境温度偏高时，会有比较大的收缩，一般市面上现有的电缆料的收缩率为4.3％左右，有的耐高温性差的甚至超过7％，而国家对于电缆料热缩收缩率的标准要求为5％，因此，行业内关于电缆料热收缩性能还待改善，电缆发热及环境的散热条件影响会使电缆护套产生低热收缩，护套热缩值越大，护套越容易与缆芯脱离，从而对电缆的保护效果越差。因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对上述相关技术中存在的现电缆料收缩率高的问题，本申请的目的一在于提供一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料，其具有低收缩率、高阻燃性的优点。
本申请的目的二在于提供一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，其具有操作简单、适合工业化生产的优点。
为实现上述目的一，本申请提供了如下技术方案：
一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料，包括如下重量份数的组分：
线性低密度聚乙烯：100份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物：5-15份；
乙烯-丙烯共聚物：5-10份；
乙烯-辛烯共聚物：1-5份；
马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物：20-50份；
过氧化叔丁醇：0.01-0.1份；
无机阻燃剂：80-100份；
抗氧剂：0.5-1份；
硅油：2-5份。
通过采用上述技术方案，相比较常规的聚乙烯等聚烯烃基材，本申请优选采用线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物作为基体树脂，利用聚合物之间的玻璃化转化温度的差异性，得到的基体树脂的结晶度大大降低，以其制成的电缆料具有较低的收缩率。
本申请优选的相容剂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物，能够改善上述不同树脂之间的相容性，间接的增加电缆料的力学等宏观性能。无机阻燃剂的加入可赋予电缆料较好的阻燃性。此外，还加入了过氧化叔丁醇作为催化剂，其与马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物相互配合使用，可在大幅度降低树脂结晶速度的同时，降低树脂的结晶度，得到的聚烯烃电缆料具有较低的收缩率。
进一步优选为，低收缩高阻燃聚烯烃电缆料包括如下重量份数的组分：
线性低密度聚乙烯：100份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物：10份；
乙烯-丙烯共聚物：7份；
乙烯-辛烯共聚物：2份；
马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物：35份；
过氧化叔丁醇：0.05份；
无机阻燃剂：90份；
抗氧剂：0.7份；
硅油：4份。
通过采用上述技术方案，优选上述用量的原料组分，得到的聚烯烃电缆料具有较低的收缩率和较高的阻燃性。
进一步优选为，所述线性低密度聚乙烯的密度为0.9230-0.9235g/m3，熔融指数为5-10g/10min。
通过采用上述技术方案，选用上述密度和熔融指数的线性低密度聚乙烯，其与其他树脂之间的相容性好，得到的电缆料具有较好的耐热性能，相应的收缩率较低。
进一步优选为，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的单体含量为20-30wt％，熔融指数为5-10g/10min。
通过采用上述技术方案，优选上述单体含量和熔融指数的乙烯-醋酸乙烯共聚物，其与其他树脂间的相容性好，得到的电缆料具有较好的耐热性能和较高的力学性能，且使用过程中不易发生开裂现象。
进一步优选为，所述乙烯-丙烯共聚物的熔融指数为3-6g/10min，所述乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为5-8g/10min。
通过采用上述技术方案，优选上述熔融指数的乙烯-丙烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物，其与其他树脂间的相容性好，得到的电缆料具有较好的耐热性能，相应的收缩率较低。
进一步优选为，所述无机阻燃剂选自氢氧化镁和氢氧化铝中的一种或两种。
通过采用上述技术方案，电缆料燃烧时，氢氧化镁、氢氧化铝会释放出结晶水，吸收大量热量，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制电缆料分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。
进一步优选为，所述无机阻燃剂还经过改性处理，其具体改性步骤为：将无机阻燃剂加入到硅烷偶联剂中，在经过过滤、干燥后粉碎，即得硅烷偶联剂改性的无机阻燃剂粉体。
通过采用上述技术方案，采用硅烷偶联剂对无机阻燃剂表面进行修饰处理，使其与聚烯烃之间有良好的亲和性，保证阻燃性能的情况下，解决了无机颗粒在基体中的分散，而且增强了两者之间的界面作用，提高了电缆料的力学性能。
进一步优选为，所述氢氧化镁的粒径为50-80nm，氢氧化铝的粒径为80-100nm。
通过采用上述技术方案，氢氧化镁、氢氧化铝的粒径越小，阻燃性能越好，但是分散性也越差，导致聚合物电缆料力学性能较差，本申请采用纳米级的无机阻燃剂，并对其进行改性处理，从而改善无机阻燃剂在聚烯烃中的分散性，使其与聚烯烃有良好的亲和性，从而在保证电缆料具有高阻燃性的基础上不易发生变形，即收缩率较低。
为实现上述目的二，本申请提供了如下技术方案：
一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、无机阻燃剂在300-500rpm转速下均匀混合5-10min，得到混合料A；
S2，在混合料A中加入过氧化叔丁醇、抗氧剂和硅油，在300-500rpm转速下继续混合5-10min，得到混合料B；
S3，将混合料B投入到密炼机中，在温度60-75℃下密炼15-25min；
S4，将上述密炼后的物料投入到工作温度为120-130℃的双螺杆挤出机中进行挤出造粒、冷却、切粒，即得低收缩高阻燃聚烯烃电缆料。
综上所述，与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
(1)本申请优选采用线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物作为基体树脂，利用聚合物之间的玻璃化转化温度的差异性，得到的基体树脂的结晶度大大降低，以其制成的电缆料具有较低的收缩率；
(2)本申请优选的相容剂为马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物，能够改善上述不同树脂之间的相容性，间接的增加电缆料的力学等宏观性能；采用过氧化叔丁醇与马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物相互配合使用，可在大幅度降低树脂结晶速度的同时，降低树脂的结晶度，得到的聚烯烃电缆料具有较低的收缩率
(3)本申请还加入了自制的改性无机阻燃剂，改善了无机阻燃剂的分散性，提高了无机阻燃剂与树脂之间的相容性，从而在提高电缆料阻燃性的同时，降低了电缆料的收缩率。
附图说明
图1为本申请中低收缩高阻燃聚烯烃电缆料的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请进行详细描述。
本申请中实施例中的抗氧剂均采用氧剂1010，购自上海汽巴高桥化学有限公司。
马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物购自南京塑泰高分子科技有限公司。
其他原料组分均采用普通市售购得。
实施例1：一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料，各组分及其相应的重量份数如表1所示，参见图1，并通过如下步骤制备获得：
S1，将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、无机阻燃剂在300rpm转速下均匀混合10min，得到混合料A；
S2，在混合料A中加入过氧化叔丁醇、抗氧剂和硅油，在300rpm转速下继续混合10min，得到混合料B；
S3，将混合料B投入到密炼机中，在温度60℃下密炼25min；
S4，将上述密炼后的物料投入到五段控温为120℃，120℃，125℃，125℃，130℃的双螺杆挤出机中进行挤出造粒，然后采用20℃冷水冷却，切粒，即得低收缩高阻燃聚烯烃电缆料。
本实施例中，线性低密度聚乙烯的密度为0.9230g/m3，熔融指数为5g/10min。
乙烯-醋酸乙烯共聚物的单体含量为20wt％，熔融指数为5g/10min。
乙烯-丙烯共聚物的熔融指数为3g/10min，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为5g/10min。
无机阻燃剂采用平均粒径为60nm的改性氢氧化镁，其改性步骤为：将100mg氢氧化镁加入到1000mL硅烷偶联剂KH570中，浸泡2h后过滤、40℃的烘箱中干燥，粉碎即得实施例2-6：一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。
表1实施例1-6中各组分及其重量份数
实施例7：一种低收缩高阻燃聚烯烃电缆料，与实施例1的不同之处在于，通过如下步骤制备获得：
S1，将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、无机阻燃剂在500rpm转速下均匀混合5min，得到混合料A；
S2，在混合料A中加入过氧化叔丁醇、抗氧剂和硅油，在500rpm转速下继续混合5min，得到混合料B；
S3，将混合料B投入到密炼机中，在温度75℃下密炼15min；
S4，将上述密炼后的物料投入到五段控温为120℃，120℃，125℃，125℃，130℃的双螺杆挤出机中进行挤出造粒，然后采用25℃冷水冷却，切粒，即得低收缩高阻燃聚烯烃电缆料。
本实施例中，线性低密度聚乙烯的密度为0.9235g/m3，熔融指数为10g/10min。
乙烯-醋酸乙烯共聚物的单体含量为30wt％，熔融指数为10g/10min。
乙烯-丙烯共聚物的熔融指数为6g/10min，乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为8g/10min。
无机阻燃剂采用平均粒径为90nm的改性氢氧化铝，其改性步骤为：将100mg氢氧化铝加入到1000mL硅烷偶联剂KH570中，浸泡2h后过滤、40℃的烘箱中干燥，粉碎即得对比例1：一种聚烯烃电缆料，与实施例1的不同之处在于，未加入乙烯-醋酸乙烯共聚物。
对比例2：一种聚烯烃电缆料，与实施例1的不同之处在于，未加入乙烯-丙烯共聚物和乙烯-辛烯共聚物。
对比例3：一种聚烯烃电缆料，与实施例1的不同之处在于，未加入线性低密度聚乙烯。
对比例4：一种聚烯烃电缆料，与实施例1的不同之处在于，采用马来酸酐接枝聚乙烯替代实施例1中的马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物。
对比例5：一种聚烯烃电缆料，与实施例1的不同之处在于，未加入过氧化叔丁醇。
对比例6：一种聚烯烃电缆料，与实施例1的不同之处在于，抗氧剂采用未改性的氢氧化镁。
性能测试
分别对实施例1-7和对比例1-6制得的聚烯烃电缆料进行性能测试，测试结果计入下表2中。
其中拉伸强度按照GB/T1040.3-2006标准进行；
极限氧指数按照GB/T2406-2009标准进行；
收缩率按照GB/T15585-1995标准进行，温度为130℃，持续1h。
由表2中测试数据可以看出，相比较于对比例1-5，实施例1-7采用复合树脂作为基体树脂，并加入马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物和过氧化叔丁醇，得到的电缆料具有较低的收缩率，最低可达到1.9％。相比较于对比例6，实施例1-7采用改性的无机阻燃剂，并严格控制粒径，得到的电缆料具有较高的阻燃性，极限氧指数最高可达到42％。此外本申请制备的聚烯烃电缆料还具有较好的力学性能，拉伸强度达到17.6MPa以上。
表2性能测试结果
以上所述仅是本申请的优选实施方式，本申请的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本申请思路下的技术方案均属于本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
