一种阻燃电缆及其生产工艺

技术领域

本申请涉及电缆材料的技术领域，尤其是涉及一种阻燃电缆及其生产工艺。

背景技术

阻燃电缆是一种具有阻燃性能的电缆材料。目前常用的阻燃电缆是塑料阻燃电缆，如聚乙烯护套电缆材料，聚氟乙烯护套电缆材料、聚氯乙烯电缆材料等等，这些电缆材料具有以下特点：自身具有阻燃性，阻燃同时可以保证良好的力学性能及加工性能等，有较低的发烟量和毒性。

但聚氯乙烯在燃烧时会产生氯化氢和二噁英等有害物质，且具有很大的毒性和腐蚀性，同时产生的浓烟较多，有待改进。

发明内容

为了提高电缆材料的阻燃性能，本申请提供一种阻燃电缆及其生产工艺。

第一方面，本申请提供一种阻燃电缆采用如下技术方案：

一种阻燃电缆，由包括如下重量份的组分制成：聚四氟乙烯50-60份；三元乙丙橡胶40-50份；普通增塑剂5-15份；阻燃增塑剂10-20份；阻燃剂20-30份；抑烟剂20-50份；稳定剂5-10份；增韧改性剂30-40份；

所述阻燃剂的制备过程如下：按重量份计，将3-6份20-30wt％植酸水溶液和1-2份甘油混合后，加热至130-150℃后，反应2-3h，得到中间产物后，降温至110-115℃，再将2-3份甲酸铵加入上述混合溶液中，继续反应1.5-2h，得到植酸新型阻燃剂。

通过采用上述技术方案，植酸是一种天然富磷化合物，它的富磷结构使其可以作为良好的阻燃剂的制备原料。植酸既作为反应原料，又作为酸催化剂，与甘油发生酯化反应，甘油分子同时会与三元乙丙橡胶中的不饱和双键发生加成反应，使得植酸与三元乙丙橡胶之间交联在一起，提高阻燃剂和原料体系的相容性。同时阻燃剂中再加入甲酸铵，植酸分子中的羟基会与甲酸铵分子中的羰基发生化学键合，从而将甲酸铵接枝在植酸分子中。高温下甲酸铵分解后产生二氧化碳气体，二氧化碳气体能够覆盖在电缆材料的表面，阻止电缆的进一步燃烧，是一种良好的阻燃剂。

植酸新型阻燃剂是一种生物兼容型、环境友好型有机磷酸化合物，具有良好的阻燃性能。

可选的，按重量份计，电缆材料的原料体系中还包括6-8份1,2,3-丙三胺。

通过采用上述技术方案，丙三胺具有较多的活性胺基，胺基既能和植酸分子中的羟基发生化学键合，又能和三元乙丙橡胶中的不饱和键发生加成反应，使得植酸和三元乙丙橡胶的结合能力，从而提高了植酸的阻燃作用效果。

可选的，按重量份计，电缆材料的原料体系中还包括10-15份纤维素和2-3份金属氧化物。

通过采用上述技术方案，纤维素分子中具有较多的羟基，将纤维素和金属氧化物一起加入在原料体系中。当电缆材料受热时，金属氧化物能够催化纤维素的脱水成炭，电缆材料的表面会生成一层蓬松多孔密闭的炭质层，炭质层不仅具有阻燃性，还具有隔热、隔氧的作用，从而阻挡热源传向炭质层内部，使得电缆材料具有良好的阻燃性能。

此外，由于1,2,3-丙三胺分子中的羟基上具有多个孤对电子，而金属氧化物中金属原子中具有空轨道，则1,2,3-丙三胺分子与金属氧化物之间会发生孤电子对配位，从而提高金属氧化物与三元乙丙橡胶的界面结合能力。

可选的，所述纤维素的粒度为200-300目。

通过采用上述技术方案，纤维素粒度太大会影响其自身与原料体系的相容性，颗粒太小，纤维素分子容易发生团聚，经过试验，纤维素的粒度为200-300目时，制得的电缆材料的阻燃性能最佳。

可选的，所述金属氧化物是氧化铜、氧化锌、氧化镍中的一种。

通过采用上述技术方案，氧化铜、氧化锌和氧化镍均为过渡金属氧化物，过渡金属氧化物更容易与1,2,3-丙三胺之间发生孤对电子配位反应。

可选的，所述纤维素经过如下改性处理：将质量比为3-5:10-15:4-6的纤维素、四氢呋喃以及浓硫酸依次放入反应釜中，通入氮气后，升温至250-570℃，反应30-50min，冷却至室温后，排气后取出反应液，然后蒸馏出四氢呋喃后，制得改性纤维素。

通过采用上述技术方案，纤维素经过改性处理后，大分子量的纤维素会被降解为小分子量的纤维素，被降解为小分子的纤维素更容易发生脱水反应后形成炭质层，从而提高了电缆材料的阻燃性能。

第二方面，本申请提供一种阻燃电缆的生产工艺采用如下技术方案：

一种阻燃电缆的生产工艺包括如下步骤：

S1、按配方所需重量份，将聚四氟乙烯、三元乙丙橡胶、普通增塑剂、阻燃增塑剂、阻燃剂、抑烟剂、稳定剂和增韧改性剂加入反应釜中，在温度为100-120℃、搅拌速度为200-300r/min的条件下搅拌20-30min，得到混合料；

S2、将混合料经熔融造粒后挤出，得到聚四氟乙烯母料；

S3、将聚四氟乙烯母料经挤出成型后得到管材，将管材经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管。

可选的，按重量份计，在S1过程中，原料体系中一并添加6-8份1,2,3-丙三胺、10-15份纤维素和2-3份金属氧化物。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.植酸既作为反应原料，又作为酸催化剂，与甘油发生酯化反应，甘油分子同时会与三元乙丙橡胶中的不饱和双键发生加成反应，使得植酸与三元乙丙橡胶之间交联在一起，提高阻燃剂和原料体系的相容性；同时阻燃剂中再加入甲酸铵，植酸分子中的羟基会与甲酸铵分子中的羰基发生化学键合，从而将甲酸铵接枝在植酸分子中；高温下甲酸铵分解后产生二氧化碳气体，二氧化碳气体能够覆盖在电缆材料的表面，阻止电缆的进一步燃烧，是一种良好的阻燃剂；

2.丙三胺具有较多的活性胺基，胺基既能和植酸分子中的羟基发生化学键合，又能和三元乙丙橡胶中的不饱和键发生加成反应，使得植酸和三元乙丙橡胶的结合能力，从而提高了植酸的阻燃作用效果；

3.金属氧化物能够催化纤维素的脱水成炭，电缆材料的表面会生成一层蓬松多孔密闭的炭质层，炭质层不仅具有阻燃性，还具有隔热、隔氧的作用。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

制备例1：

阻燃剂的制备过程如下：将3kg的20wt％植酸水溶液和1kg甘油混合后，加热至130℃后，反应2h，得到中间产物后，降温至110℃，再将2kg甲酸铵加入上述混合溶液中，继续反应1.5h，得到植酸新型阻燃剂。

制备例2：

阻燃剂的制备过程如下：将4.5kg 25wt％植酸水溶液和1.5kg甘油混合后，加热至140℃后，反应2.5h，得到中间产物后，降温至112℃，再将2.5kg甲酸铵加入上述混合溶液中，继续反应1.7h，得到植酸新型阻燃剂。

制备例3：

所述阻燃剂的制备过程如下：将6kg 30wt％植酸水溶液和2kg甘油混合后，加热至150℃后，反应3h，得到中间产物后，降温至115℃，再将3kg甲酸铵加入上述混合溶液中，继续反应2h，得到植酸新型阻燃剂。

实施例1：

一种阻燃电缆的生产工艺包括如下步骤：

S1、将聚四氟乙烯、三元乙丙橡胶、偏苯三酸三辛酯、磷酸二苯酯、制备例1制得的阻燃剂、硫酸铜、钙锌稳定剂和钼酸铵加入反应釜中，在温度为100℃、搅拌速度为200r/min的条件下搅拌20min，得到混合料；

S2、将混合料经熔融造粒后挤出，得到混合母料；

S3、将S2制得的混合母料经挤出成型后得到管材，将管材经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管。

实施例2：

S1、将聚四氟乙烯、三元乙丙橡胶、偏苯三酸三辛酯、磷酸二苯酯、制备例2制得的阻燃剂、硫酸铜、钙锌稳定剂和钼酸铵加入反应釜中，在温度为110℃、搅拌速度为250r/min的条件下搅拌25min，得到混合料；

S2、将混合料经熔融造粒后挤出，得到混合母料；

S3、将S2制得的混合母料经挤出成型后得到管材，将管材经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管。

实施例3：

S1、将聚四氟乙烯、三元乙丙橡胶、偏苯三酸三辛酯、磷酸二苯酯、制备例3制得的阻燃剂、硫酸铜、钙锌稳定剂和钼酸铵加入反应釜中，在温度为120℃、搅拌速度为300r/min的条件下搅拌30min，得到混合料；

S2、将混合料经熔融造粒后挤出，得到混合母料；

S3、将S2制得的混合母料经挤出成型后得到管材，将管材经过牵引、冷却定型以及切割后，得到阻燃电缆管。

实施例4：

与实施例2的区别在于，S1的原料中再加入1，2，3-丙三胺。

实施例5：

与实施例2的区别在于，S1的原料中再加入纤维素和氧化铜，纤维素的粒度约为250目，氧化铜的粒度约为350目。

实施例6：

与实施例4的区别在于，S1的原料中再加入纤维素和氧化铜，纤维素的粒度约为250目，氧化铜的粒度约为350目。

实施例7：

与实施例6的区别在于，纤维素等质量替换为改性纤维素，

改性纤维素的制备过程如下：将4kg纤维素、12.5kg四氢呋喃以及5kg 85wt％的浓硫酸水溶液依次放入反应釜中，通入氮气后，升温至410℃，反应40min，冷却至室温后，排气后取出反应液，然后蒸馏出四氢呋喃后，制得改性纤维素。

对比例1：

与实施例2的区别在于，原料体系中未添加阻燃剂。

对比例2：

与实施例2的区别在于，原料体系中阻燃剂为四氯邻苯二甲酸酐。

实施例1-7以及对比例1-2中原料配比如表1所示。

表1原料表

电缆性能测试：

根据GB/T 1040-2006中记录的测试方法测定实施例1-7和对比例1-2的阻燃电缆材料的抗张强度和断裂伸长率。阻燃级别测试调节如下：取13mm*120mm*3mm的样条，在温度25℃、相对湿度50％±5％的条件下调节48h，在垂直燃烧仪上做阻燃性能测试评估阻燃级别。根据GB/T 2406-2009中记载的方法测得阻燃电缆材料的极限氧指数，所得结果记录在表2。

表2电缆性能测试结果记录表

从表1可以看出：

1、实施例1-3及对比例1的测试数据对比可得，原料体系中加入植酸新型阻燃剂使得电缆材料的阻燃性能显著提高。

2、实施例1-3及对比例2的测试数据对比可得，相较于四氯邻苯二甲酸杆阻燃剂，植酸新型阻燃剂的阻燃性能明显更好。

3、实施例1-3及实施例4的测试数据对比可得，原料体系中加入丙三胺，原料体系中加入1,2,3-丙三胺，制得的电缆材料的极限氧指数、抗拉强度和断裂伸长率均有明显提高。

4、实施例1-3和实施例5的测试数据对比可得，原料体系中加入纤维素和氧化铜，制得的电缆材料的极限氧指数明显提高，阻燃性能明显提高。

5、实施例6和实施例5的测试数据对比可得，当原料体系中均加入纤维素和氧化铜时，原料体系中1,2,3-丙三胺的加入使制得的阻燃电缆材料的抗拉强度和断裂伸长率明显提高，说明1,2,3-丙三胺的加入有利于纤维素和氧化铜在原料体系中的分散，提高纤维素和氧化铜与电缆基底材料的界面结合能力。

6、实施例7和实施例6的测试数据对比可得，纤维素经过改性处理后，制得的电缆材料的抗老强度、断裂伸长率和极限氧指数均有明显的提高。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。