CN116206827A - 一种阻燃电缆的生产方法 - Google Patents

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徐志敏
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Abstract

本发明公开了一种阻燃电缆的生产方法，属于电缆技术领域，包括如下步骤：将丁腈橡胶、聚氯乙烯树脂、乙烯‑甲基丙烯酸甲酯共聚物、阻燃助剂、稳定剂和交联敏化剂混合，混合温度达到145‑160℃后出料，再采用双螺杆挤出机进行造粒，得外护套粒料；将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，再经风冷、收卷后，获得阻燃电缆。本发明的电缆护套以丁腈橡胶和聚氯乙烯树脂作为基料，共混后具有良好的力学机械性能、耐磨性能和耐老化性能；并加入了阻燃助剂，该阻燃助剂不仅能够实现在基料中的均匀分散，而且能参与基料的交联、聚合反应，增强护套料的耐磨性和力学强度，赋予电缆安全高效、稳定持久的阻燃防火性能。

Description

一种阻燃电缆的生产方法
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体地，涉及一种阻燃电缆的生产方法。
背景技术
电缆是建筑物中用于电力连接的线路，而随着当今社会电力的迅速发展，对电力的需求也在不断提高，在此情况下因电而产生的火灾数量也在不断增加，其原因是电缆在输电过程中阻燃性较差，一旦出现过负荷、短路、接触电阻过大或外部热源过高的情况时，极易引起电缆起火现象，进而导致火灾的产生，由此可知阻燃防火电缆的设计及生产具有较好的应用前景。现有技术中多采用具备阻燃性能的绝缘护套或者导线与保护套之间均填充耐火材料，以此达到防火效果；后者相对来说，由于需要保证填充的均匀性和致密性，因此，制备工艺相对前者来说更加麻烦。因此，绝缘护套阻燃性能以及力学性能的改进，对于阻燃型电缆来说具备十分重要的意义。
公开号为CN108047517A的中国发明专利公开了一种防火防鼠蚁电缆护套材料，由下列重量份的成分组成：丁苯橡胶40份、氢化丁腈橡胶30份、乙丙橡胶20份、聚乙烯20份、氢氧化硅10份、固体钙锌稳定剂5份、碳酸钙5份、再生胶10份、导电炭黑4份、滑石粉4份、聚烯烃5份、白炭黑4份、氯化镁4份、硅烷偶联剂3份、滑石粉10份、樟脑10份、除虫菊酯10份。该专利通过氯化镁、氢氧化硅等材质的加入，能够对护套的阻燃性起到提升作用，但是该类材料属于无机料，难以实现在聚合物基料中的均匀分散，影响阻燃效果的发挥。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种阻燃电缆的生产方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种阻燃电缆的生产方法，该电缆包括导电芯层和包覆于导电芯层的外护套层，生产方法包括如下步骤：
第一步、按比例将丁腈橡胶、聚氯乙烯树脂、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、阻燃助剂、稳定剂和交联敏化剂混合，混合温度达到145-160℃后出料，再采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在150-160℃，经造粒、冷却制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，再经风冷、收卷后，获得阻燃电缆。
进一步地，第二步中辐照交联参数：控制电子的能量为1.8-2.1Mev，电子束流为25-30mA，电缆的线速度为60-80m/min，辐照交联2-3次。
进一步地，外护套的原料按照重量份计为：丁腈橡胶40-50份、聚氯乙烯树脂25-30份、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物12-15份、阻燃助剂7-10份、稳定剂2-3份、交联敏化剂0.8-1份。
进一步地，所述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照任意比例的混合。
进一步地，所述交联敏化剂为三烯丙基异氰脲酸酯或三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯。
进一步地，所述阻燃助剂通过如下步骤制备：
S1、向装有搅拌装置、冷凝回流装置以及氮气导管的干燥三口烧瓶中加入2-羧乙基苯基次磷酸、三乙胺和无水二氯甲烷，通入氮气，持续通10min后，再加入三聚氰胺的DMSO(二甲基亚砜)溶解液和DIC(N,N-二异丙基碳二亚胺，脱水剂)，加完后，在室温以及N2保护下搅拌反应3h，反应结束后用热的蒸馏水(温度60-70℃)萃取三次，取有机层，无水硫酸镁干燥，过滤，最后旋蒸(除去二氯甲烷和DMSO)，得到中间体；2-羧乙基苯基次磷酸、三乙胺、无水二氯甲烷、三聚氰胺、DIC的用量之比为21.4g:10.1g:300mL:0.105mol:12.6g；三聚氰胺的DMSO溶解液的浓度为2.1mol/L；
在三乙胺和DIC的作用下，2-羧乙基苯基次磷酸分子上的-COOH与三聚氰胺分子上的-NH2发生酰胺化反应，通过控制二者的摩尔比接近1:1且三聚氰胺略微过量，在位阻的作用影响下，使三聚氰胺只有一个-NH2参与到反应，获得中间产物，反应过程如下所示：
Figure BDA0004135442890000031
S2、将中间体与二氯甲烷置于三口烧瓶中，使温度保持在25-30℃，搅拌使其完全溶解；将6-氯-1-己烯、碳酸钠与THF(四氢呋喃)混匀后采用恒压滴液漏斗缓慢滴入三口烧瓶中，边滴加边搅拌，滴加完毕后继续于25-30℃条件下搅拌反应3h，反应结束后，旋蒸除去大部分溶剂(二氯甲烷和THF)，加入蒸馏水混匀，然后利用二氯甲烷萃取，有机相用饱和NaCl水溶液洗涤多次后用无水Na2SO4干燥，抽滤，最后减压蒸馏除去二氯甲烷，得到阻燃助剂；中间体、6-氯-1-己烯和碳酸钠的用量之比为8.1g:0.11mol:10.6g；
在碳酸钠作用下，中间体分子上的-NH2与6-氯-1-己烯分子上的-Cl发生亲核取代反应，通过控制二者的摩尔比接近1:4，发生如下所示的化学反应，得到阻燃助剂：
Figure BDA0004135442890000041
获得的阻燃助剂含有含N杂环、磷酸酯基团、苯环以及呈枝状分布的若干条脂肪链，含N杂环和磷酸酯基团属于P-N协效阻燃成分，具备高效、环保、多重协效机制的阻燃效果，因此，能够赋予电缆护套料安全高效的阻燃性能；若干条脂肪链与护套基料(丁腈橡胶和聚氯乙烯树脂)具备良好的相似相容性，因此，能够促进阻燃助剂于护套基料中的均匀分散，且脂肪链末端为不饱和碳碳双键，在护套基料熔融共混以及辐照交联的过程中，能够参与基料的交联、聚合反应，提高护套料的交联密度，进而能够增强护套料的耐磨性和力学强度，此外，还能增强阻燃助剂与聚合物基料的相互作用力，改善阻燃成分易于迁移和渗出的缺陷，进而赋予电缆安全高效、稳定持久的阻燃防火性能。
本发明的有益效果：
本发明的电缆护套以丁腈橡胶和聚氯乙烯树脂作为基料，二者具有较好的相容性，共混后具有良好的力学机械性能、耐磨性能和耐老化性能；并加入了阻燃助剂，该阻燃助剂不仅能够实现在基料中的均匀分散，而且能参与基料的交联、聚合反应，提高护套料的交联密度，进而能够增强护套料的耐磨性和力学强度，此外，还能增强阻燃助剂与聚合物基料的相互作用力，改善阻燃成分易于迁移和渗出的缺陷，进而赋予电缆安全高效、稳定持久的阻燃防火性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备阻燃助剂：
S1、向装有搅拌装置、冷凝回流装置以及氮气导管的干燥三口烧瓶中加入21.4g的2-羧乙基苯基次磷酸、10.1g三乙胺和300mL无水二氯甲烷，通入氮气，持续通10min后，再加入50mL三聚氰胺的DMSO溶解液(浓度为2.1mol/L)和12.6g的DIC，加完后，在室温以及N2保护下搅拌反应3h，反应结束后用热的蒸馏水(温度60℃)萃取三次，取有机层，无水硫酸镁干燥，过滤，最后旋蒸(除去二氯甲烷和DMSO)，得到中间体；
S2、将8.1g中间体与100mL二氯甲烷置于三口烧瓶中，使温度保持在25℃，搅拌使其完全溶解；将0.11mol的6-氯-1-己烯、10.6g碳酸钠与40mL的THF混匀后采用恒压滴液漏斗缓慢滴入三口烧瓶中，边滴加边搅拌，滴加完毕后继续于25℃条件下搅拌反应3h，反应结束后，旋蒸除去大部分溶剂(二氯甲烷和THF)，加入蒸馏水混匀，然后利用二氯甲烷萃取，有机相用饱和NaCl水溶液洗涤多次后用无水Na2SO4干燥，抽滤，最后减压蒸馏除去二氯甲烷，得到阻燃助剂。
实施例2
制备阻燃助剂：
S1、向装有搅拌装置、冷凝回流装置以及氮气导管的干燥三口烧瓶中加入42.8g的2-羧乙基苯基次磷酸、20.2g三乙胺和600mL无水二氯甲烷，通入氮气，持续通10min后，再加入100mL三聚氰胺的DMSO溶解液(浓度为2.1mol/L)和12.6g的DIC，加完后，在室温以及N2保护下搅拌反应3h，反应结束后用热的蒸馏水(温度70℃)萃取三次，取有机层，无水硫酸镁干燥，过滤，最后旋蒸(除去二氯甲烷和DMSO)，得到中间体；
S2、将16.2g中间体与200mL二氯甲烷置于三口烧瓶中，使温度保持在30℃，搅拌使其完全溶解；将0.22mol的6-氯-1-己烯、21.2g碳酸钠与80mL的THF混匀后采用恒压滴液漏斗缓慢滴入三口烧瓶中，边滴加边搅拌，滴加完毕后继续于30℃条件下搅拌反应3h，反应结束后，旋蒸除去大部分溶剂(二氯甲烷和THF)，加入蒸馏水混匀，然后利用二氯甲烷萃取，有机相用饱和NaCl水溶液洗涤多次后用无水Na2SO4干燥，抽滤，最后减压蒸馏除去二氯甲烷，得到阻燃助剂。
实施例3
一种阻燃电缆，该电缆包括导电芯层和包覆于导电芯层的外护套层，生产方法包括如下步骤：
第一步、按照重量份计将40份丁腈橡胶、25份聚氯乙烯树脂、12份乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、7份实施例1制得的阻燃助剂、2份稳定剂、0.8份三烯丙基异氰脲酸酯混合，混合温度达到145℃后出料，再采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在150℃，经造粒、冷却制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，控制电子的能量为1.8Mev，电子束流为25mA，电缆的线速度为60m/min，辐照交联2次，再经风冷、收卷后，获得阻燃电缆。
上述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照1:1的质量比混合物。
实施例4
一种阻燃电缆，该电缆包括导电芯层和包覆于导电芯层的外护套层，生产方法包括如下步骤：
第一步、按照重量份计将45份丁腈橡胶、28份聚氯乙烯树脂、13.5份乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、8.5份实施例2制得的阻燃助剂、2.5份稳定剂、0.9份三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯混合，混合温度达到152℃后出料，再采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在155℃，经造粒、冷却制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，控制电子的能量为2Mev，电子束流为28mA，电缆的线速度为70m/min，辐照交联3次，再经风冷、收卷后，获得阻燃电缆。
上述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照1:2的质量比混合物。
实施例5
一种阻燃电缆，该电缆包括导电芯层和包覆于导电芯层的外护套层，生产方法包括如下步骤：
第一步、按照重量份计将50份丁腈橡胶、30份聚氯乙烯树脂、15份乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、10份实施例1制得的阻燃助剂、3份稳定剂、1份三烯丙基异氰脲酸酯混合，混合温度达到160℃后出料，再采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在160℃，经造粒、冷却制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，控制电子的能量为2.1Mev，电子束流为30mA，电缆的线速度为80m/min，辐照交联3次，再经风冷、收卷后，获得阻燃电缆。
上述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照2:1的质量比混合物。
对比例
将实施例3中的阻燃助剂换成聚磷酸铵，其余原料及制备过程不变，所获得的电缆。
对实施例3-5和对比例获得的电缆，进行如下性能测试：
力学性能：按照GB/T 2951《电线和电缆绝缘和护套材料通用测试方法》对电缆进行测试拉伸强度和断裂伸长率；
老化性能：按照GB/T 2951《电线和电缆绝缘和护套材料通用测试方法》，测试185℃/120h空气箱热老化后断裂伸长率保持率；
燃烧性能：参照GB 8624-1997《建筑材料燃烧性能分级方法》中6.3“电线电缆套管类塑料材料”对电缆的外护套层材料进行燃烧性能测试，测试外护套层的氧指数和燃烧性能级别；
测得的结果如下表所示：
Figure BDA0004135442890000081
由上表数据可知，本发明获得的电缆具备良好的耐火阻燃性能和力学性能，以及较高的耐老化性能；结合对比例的数据可知，阻燃助剂的加入不仅能有效提升电缆的阻燃性能，而且也能一定程度上提升电缆的力学性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种阻燃电缆的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、按比例将丁腈橡胶、聚氯乙烯树脂、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、阻燃助剂、稳定剂和交联敏化剂混合，混合温度达到145-160℃后出料，再采用双螺杆挤出机进行造粒，挤出温度控制在150-160℃，经造粒、冷却制得外护套粒料；
第二步、将外护套粒料通过挤出设备包覆于导电芯层表面，采用电子加速器辐照交联，再经风冷、收卷后，获得防火型电缆。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃电缆的生产方法，其特征在于，第二步中辐照交联参数：控制电子的能量为1.8-2.1Mev，电子束流为25-30mA，电缆的线速度为60-80m/min，辐照交联2-3次。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃电缆的生产方法，其特征在于，外护套的原料按照重量份计为：丁腈橡胶40-50份、聚氯乙烯树脂25-30份、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物12-15份、阻燃助剂7-10份、稳定剂2-3份、交联敏化剂0.8-1份。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃电缆的生产方法，其特征在于，所述稳定剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢基喹啉聚合体与硬脂酸金属盐按照任意比例的混合。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃电缆的生产方法，其特征在于，所述交联敏化剂为三烯丙基异氰脲酸酯或三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃电缆的生产方法，其特征在于，所述阻燃助剂通过如下步骤制备：
S1、向装有搅拌装置、冷凝回流装置以及氮气导管的干燥三口烧瓶中加入2-羧乙基苯基次磷酸、三乙胺和无水二氯甲烷，通入氮气，持续通10min后，再加入三聚氰胺的DMSO溶解液和DIC，加完后，在室温以及N2保护下搅拌反应3h，反应结束后用热的蒸馏水萃取三次，取有机层，无水硫酸镁干燥，过滤，最后旋蒸，得到中间体；
S2、将中间体与二氯甲烷置于三口烧瓶中，使温度保持在25-30℃，搅拌使其完全溶解；将6-氯-1-己烯、碳酸钠与THF混匀后采用恒压滴液漏斗缓慢滴入三口烧瓶中，边滴加边搅拌，滴加完毕后继续于25-30℃条件下搅拌反应3h，反应结束后，旋蒸除去大部分溶剂，加入蒸馏水混匀，然后利用二氯甲烷萃取，有机相用饱和NaCl水溶液洗涤多次后用无水Na2SO4干燥，抽滤，最后减压蒸馏除去二氯甲烷，得到阻燃助剂。
7.根据权利要求6所述的一种阻燃电缆的生产方法，其特征在于，步骤S1中2-羧乙基苯基次磷酸、三乙胺、无水二氯甲烷、三聚氰胺、DIC的用量之比为21.4g:10.1g:300mL:0.105mol:12.6g；三聚氰胺的DMSO溶解液的浓度为2.1mol/L。
8.根据权利要求6所述的一种阻燃电缆的生产方法，其特征在于，步骤S2中中间体、6-氯-1-己烯和碳酸钠的用量之比为8.1g:0.11mol:10.6g。
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