一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电线电缆技术领域，更具体地说，它涉及一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料及其制备方法。
背景技术
我国发生的电气火灾中，大多数是由电线电缆的老化和过载使用引起的，同时，火灾时引燃电线电缆中可燃绝缘和护套材料，致使火灾事故进一步扩大。电线电缆绝缘和护套材料的燃烧散发出的有毒气体会造成大量的人员伤亡，并阻碍消防人员的灭火。低烟无卤阻燃的主要特征为所有的材料中不含卤素，且在燃烧时释放的烟雾量很少。聚氯乙烯材料在30min发出可致人死亡的气体浓度为致死气体浓度的15倍，而无卤聚烯烃散发的可使人致死的气体浓度仅为聚氯乙烯材料的5％，透光率为70％时，人的裸视分辨物象的能力只有5m左右。聚氯乙烯燃烧时所发出的烟的透光率在15％以下，即人在此浓度的烟里，其裸视距离仅为2m左右。因此推广使用阻燃电缆及光缆对建筑防火安全具有重要意义。
基于上述背景，现在各大电缆厂都对线缆阻燃耐火性能提高了要求，然而低烟无卤绝缘电缆料方面关于燃烧发烟量和发热量的问题仍有待解决。因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料，其具有达到B1级阻燃标准、机械性能高、加工性能优良的优点。
本发明的目的二在于提供一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料的制备方法，其具有制备方法简单、适合大规模化生产的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料，包括如下重量份数的组分：
线性低密度聚乙烯：25-50份；
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：50-100份；
氢氧化铝：100-150份；
改性纳米二氧化硅：10-25份；
蒙脱石：5-10份；
抗氧剂：1-5份；
相容剂：5-10份；
润滑剂：5-10份；
所述改性纳米二氧化硅的制备方法为：将纳米二氧化硅加入无水乙醇中，搅拌分散均匀，然后加入硅烷偶联剂，升温反应3-4h，反应完毕后将纳米二氧化硅烘干并研磨，得到改性纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅本身并不是有效的阻燃剂，单独依靠其极少的用量进行阻燃，难以达到实用的要求，本发明通过对纳米二氧化硅进行改性处理，提高其在原料组分中的分散性，再复配使用蒙脱石，从而代替了部分氢氧化铝，获得了高阻燃高性能的低烟无卤阻燃料。蒙脱石是由颗粒及细的含水铝硅酸盐构成的层状矿物，也称胶岭石、微晶高岭石，它是由火山凝结岩等火成岩在碱性环境中蚀变而成的膨润土的主要组成部分，在聚烯烃电缆料中加入少量的蒙脱石可提高材料炭层完整度和强度，并大幅度降低热释放速率。通过加入一定量的改性纳米二氧化硅和蒙脱石，代替一部分氢氧化铝，不仅提升了电缆料的阻燃效果，而且使得电缆料具有较高的物理-机械性能，使其满足使用要求，且具有良好的加工性能。
进一步优选为，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-20g/min。
通过采用上述技术方案，采用该熔融指数的低密度聚乙烯可保证产品具有较好的耐热性和力学性能。
进一步优选为，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数为2-10g/10min，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的醋酸乙烯酯单体含量为18-33wt％。
通过采用上述技术方案，可提高产品的强度等力学性能，提高产品的耐热性和避免开裂。
进一步优选为，所述抗氧剂为硫代二丙酸双月桂酯和三(2,4-二叔丁基-4-羟基苯基)亚磷酸酯按照重量比1:(1-1.5)组合而成。
通过采用上述技术方案，抗氧剂可抑制或延长聚合物的氧化反应，其原理在于能消除氧化反应中生成的过氧化游离基，还原烷氧基或羟基游离基，以及分解过氧化物，从而使氧化链反应终止，以达到防止聚合物氧化的目的。
进一步优选为，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
通过采用上述技术方案，马来酸酐接枝聚乙烯的加入可改善树脂之间的相容性，间接的增加材料的力学等宏观性能。
进一步优选为，所述润滑剂采用硬脂酸锌、硅油或PE蜡。
通过采用上述技术方案，润滑剂可降低原料之间及原料与加工设备表面的摩擦力，从而降低熔体的流动阻力，降低熔体粘度，提高熔体的流动性，避免熔体与设备的粘附，提高制品表面的光洁度等。
进一步优选为，所述氢氧化铝的粒径为80-100nm，表面采用硅烷偶联剂处理。
通过采用上述技术方案，采用硅烷偶联剂对氢氧化铝表面进行修饰处理，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，解决了氢氧化铝颗粒在原料组分中的分散，并且增强了两者之间界面作用，提高了电缆料的力学性能。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、氢氧化铝、改性纳米二氧化硅和蒙脱石加入到高混机中，高速搅拌3-5min，得到混合料A；
S2，在混合料A中加入抗氧剂、相容剂和润滑剂，高速搅拌混合3-5min，得到混合料B；
S3，将混合料B于捏炼机中捏炼，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，捏炼机出料温度为140-165℃，捏炼时间为12-15min，双螺杆挤出机的温度为110-145℃。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过对纳米二氧化硅进行改性处理，提高其在原料组分中的分散性，再复配使用蒙脱石，从而代替了部分氢氧化铝，不仅提升了电缆料的阻燃效果，而且使得电缆料具有较高的物理-机械性能，使其满足使用要求，且具有良好的加工性能；
(2)本发明采用的氢氧化铝为纳米级别，且对氢氧化铝表面进行硅烷偶联剂修饰，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，解决了氢氧化铝颗粒在原料组分中的分散，并且增强了两者之间界面作用，提高了电缆料的力学性能。
附图说明
图1为本发明中B1级专用高阻燃低烟无卤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，对本发明进行详细描述。
本发明中，线性低密度聚乙烯的熔融指数为0.5-20g/min；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数为2-10g/10min，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的醋酸乙烯酯单体含量为18-33wt％。
硅烷偶联剂采用硅烷偶联剂KH570，购自上海耀华化工厂。
相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯并购自南京塑泰高分子科技有限公司。
蒙脱石购内蒙古宁城天宇膨润土科技有限公司。
其他原料组分均为普通市售购得。
实施例1：一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料，各组分及其相应的重量份数如表1所示，如图1，并通过如下步骤制备获得：
S1，将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、氢氧化铝、改性纳米二氧化硅和蒙脱石加入到高混机中，在600rpm转速下搅拌5min，得到混合料A；
S2，在混合料A中加入抗氧剂、相容剂和润滑剂，在600rpm转速下搅拌5min，得到混合料B；
S3，将混合料B于捏炼机中捏炼，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，捏炼机出料温度为165℃，捏炼时间为12min，双螺杆各段设定温度分别为110℃、120℃、120℃、120℃、1350℃、135℃、135℃、145℃，挤出过程中螺杆转速为200rpm。
本实施例中，改性纳米二氧化硅的制备方法为：将10份平均粒径为25nm的纳米二氧化硅加入100份无水乙醇中，加入50份硅烷偶联剂，升温至50℃反应3h，反应完毕后将纳米二氧化硅在110℃的温度下烘干，然后研磨得到改性纳米二氧化硅。
本实施例中，氢氧化铝的粒径为80nm且表面采用硅烷偶联剂处理。
抗氧剂为硫代二丙酸双月桂酯和三(2,4-二叔丁基-4-羟基苯基)亚磷酸酯按照重量比1:1组合而成。
润滑剂采用硬脂酸锌。
实施例2-6：一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料，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B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料，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-醋酸乙烯酯共聚物、氢氧化铝、改性纳米二氧化硅和蒙脱石加入到高混机中，在800rpm转速下搅拌3min，得到混合料A；
S2，在混合料A中加入抗氧剂、相容剂和润滑剂，在800rpm转速下搅拌3min，得到混合料B；
S3，将混合料B于捏炼机中捏炼，然后经双螺杆挤出机挤出造粒，捏炼机出料温度为140℃，捏炼时间为15min，双螺杆各段设定温度分别为110℃、120℃、120℃、120℃、1350℃、135℃、135℃、145℃，挤出过程中螺杆转速为200rpm。
实施例8：一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料，与实施例1的不同之处在于：
本实施例中，氢氧化铝的粒径为90nm且表面采用硅烷偶联剂处理。
抗氧剂为硫代二丙酸双月桂酯和三(2,4-二叔丁基-4-羟基苯基)亚磷酸酯按照重量比1:1.3组合而成。
润滑剂采用硅油。
实施例9：一种B1级专用高阻燃低烟无卤电缆料，与实施例1的不同之处在于：
本实施例中，氢氧化铝的粒径为100nm且表面采用硅烷偶联剂处理。
抗氧剂为硫代二丙酸双月桂酯和三(2,4-二叔丁基-4-羟基苯基)亚磷酸酯按照重量比1:1.5组合而成。
润滑剂采用PE蜡。
对比例1：一种电缆料，与实施例1的不同之处在于，纳米二氧化硅的平均粒径为25nm且未经改性处理。
对比例2：一种电缆料，与实施例1的不同之处在于，电缆料中未加入改性纳米二氧化硅。
对比例3：一种电缆料，与实施例1的不同之处在于，电缆料中未加入蒙脱石。
对比例4：一种电缆料，与实施例1的不同之处在于，氢氧化铝的平均粒径为80nm且未经硅烷偶联剂表面修饰处理。
对比例5：一种电缆料，与实施例1的不同之处在于，电缆料中未加入氢氧化铝。
性能测试
分别对实施例1-9和对比例1-5制得的电缆料进行性能测试，测试结果计入表2中。
由表2中测试数据可以看出，本发明中的电缆料的机械强度、耐热老化性和阻燃性均完全符合国家标准。对比例2、3和对比例5由于分别未加入改性纳米二氧化硅、蒙脱石和氢氧化铝，其燃烧试验均为通过，且氧指数较低，其他机械性能也较低，为最差对比例。综上说明本发明中电缆料采用改性纳米二氧化硅复配少量蒙脱石来替代部分氢氧化铝阻燃剂，得到的电缆料依然具有较好的阻燃性且机械性能有所提高。
表2性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明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发明的保护范围。
