[发明专利]一种可陶瓷化的聚氯乙烯电线电缆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电缆料，尤其涉及一种可陶瓷化的聚氯乙烯电线电缆料及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

随着经济的迅速发展，电线电缆在各个行业、领域中都得到广泛的应用。电线电缆用量不断增大的同时，电气火灾的事故也随之增加，电线电缆产品的安全性、环保性、使用寿命也有了更高的要求，电线电缆的阻燃问题逐渐引起了世界各国的重视。传统电线电缆中的聚合物阻燃添加剂，存在释放毒烟和腐蚀性气体，添加剂量大，有害环境等污染，还有部分无机成份的填料，在着火时随着聚合物的燃烧，只留下粉末，阻燃效果不理性。而国内外相继开发了阻燃电缆，这些阻燃电缆虽有一定的阻燃效果，但还存在不少缺陷。有些电缆料大量无机材料的加入，影响了电缆料的物理机械性能和加工工艺性能，其在常温下的强度、柔软性能、耐气候性差、耐油性、耐低温性能都不是很好，耐高温性能不强，不能在高温下作业；耐老化性不够，使用寿命短，极易引起火灾；在火灾发生时，燃烧的电线电缆会产生有毒气体和烟雾，这不仅会影响救灾工作，还会对生命财产造成“第二次灾害”。鉴于不少工业部门和地铁、高层建筑等市政民用设施对电缆的安全性和可靠性的要求越来越高，迫切要求开发新一代的耐高温阻燃电缆。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种物理性能好，阻燃性能好的可陶瓷化的聚氯乙烯电线电缆料。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实施：一种可陶瓷化的聚氯乙烯电线电缆料，该电线电缆料包括如下成分及其重量份数：

其中，所述陶瓷化填料为纳米二氧化硅、硅灰石和硼酸锌按1：2-4：4-10的重量比通过硅烷偶联剂处理混合配制而成。

纳米二氧化硅无毒、无味、无污染，颗粒尺寸小，比表面积大，表面存在大量不饱和键及不同键合状态的羟基，由于纳米粒子的表面能高，吸附作用强，容易集聚，难以均匀、稳定地分散，所以先将纳米二氧化硅和助熔剂硼酸锌混合，将纳米二氧化硅融入到体系中，再加入硅灰石，通过偶联剂的作用混合配制。硅灰石的主要成分偏硅酸钙，呈针状，易成胶质结构，在高温下燃烧时，纳米二氧化硅会和硅灰石发生反应，在填料边缘形成低共熔混合物，此低共熔混合物会在纳米二氧化硅粒子和填料粒子之间产生桥接作用，从而在着火温度下使之固化，冷却时形成凝聚的陶瓷化产物。由于硅灰石本身的熔点很高，燃烧后陶瓷化的温度相应也很高，因此要在较低温度下进行陶瓷化。同时为了更好的发挥其阻燃防火能力，需要加入助熔剂硼酸锌，而硼酸锌既有助熔剂的功能，本身也有较强的阻燃抑烟能力，将这三种成分按1：2-4：4-10的重量比混合分散配制成一种具有陶瓷化能力的填料，可降低烧结温度，提高烧结化合物的机械强度。使本发明聚氯乙烯电线电缆料可陶瓷化，在火焰中燃烧时能够形成坚硬的自支撑陶瓷体，具有一定的强度，并且能够阻止明火二次燃烧，能保持制品的完整性，降低产品燃烧时的烟密度。

本发明中纳米晶聚氯乙烯具有易极化和粘结性都较好的特点，同时又具有一定得洁净度，具有较低熔点，熔点在130℃左右，可有效降低加工温度，提高耐热性能，从而改善制品的刚度。本发明以纳米晶聚氯乙烯为基体材料，将纳米二氧化硅、硅灰石和硼酸锌三者配制成的填料加入到纳米晶聚氯乙烯中，并配合其他原料的作用，形成陶瓷骨架，结构比较致密，颗粒大小分布均匀，孔隙率相对较低的材料，进而制备出具有较好力学性能，又具有较好阻燃性能的可陶瓷化聚氯乙烯电线电缆料。

作为优选，所述纳米二氧化硅、硅灰石和硼酸锌的重量比为按1：2-3：5-10。若其中纳米二氧化硅过多会导致物料分散不均，造成团聚现象，降低产品的拉伸强度和伸长率。若硅灰石过多不仅会造成团聚现象，降低产品的拉伸强度和伸长率，还会导致熔点太高，无法在较低的温度陶瓷化。

进一步优选，所述纳米二氧化硅的粒径为20-30nm。

进一步优选，所述硅灰石的粒径为10-30μm。

在上述可陶瓷化的聚氯乙烯电线电缆料中，所述的纳米晶聚氯乙烯采用聚氯乙烯树脂先结晶再粉碎制备而成，其微粉粒子为5-10μm，结晶相粒子尺寸为60-90nm。经不断试验发现，当聚乙烯的侧基氢原子被氯原子取代形成聚氯乙烯时，碳-氢共价键呈现极性，电子云移向氯原子，使氯原子部分带负电荷，碳原子部分带正电荷，从而产生较大的偶极矩，使柔性链变成刚性链，使氯原子失去结晶能力。但是聚氯乙烯并非完全是无定形聚合物，它也具有一定得结晶度。通过聚氯乙烯树脂结晶，其结晶度可达10％左右。本发明通过聚氯乙烯树脂结晶再粉碎成纳米晶聚氯乙烯大幅度增强电线电缆料的耐热性，大幅度提高其力学刚度。