一种聚烯烃组合物及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于通用塑料领域，特别涉及一种聚烯烃组合物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前，由于经济的快速发展，国家政策对消防安全越来越重视，要求高层建筑的电力电缆必须具有防火耐火功能，尤其是具有消防安全功能的线缆，以保证在火灾事故发生时，电缆燃烧中间层必须有高耐火燃烧的性能，以保证线缆内层绝缘层及芯层不受到较大破坏，甚至需要在火灾现场仍能保证正常的电力、信号传输。现在的绝大部分防火电线电缆大多采用氧化镁矿物绝缘或云母带绕包实现耐火的功能，但是这个方式大大增加了电缆整体成缆的工序和难度，提高了电缆总体质量，且成本极高；另外近年全球范围类在大规模开展碳中和的行动，这种云母带不利于回收再利用，所以急需一种热塑性耐火隔层的材料。
3.现有陶瓷化耐火材料均存在低温成瓷能力差，高温成瓷强度偏低的缺陷。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种陶瓷化、耐火聚烯烃组合物及其制备方法和应用。
5.本发明的一种聚烯烃组合物，按重量份数，组分包括：
[0006][0007]
其中成瓷骨架材料为二氧化硅和氮化硅晶须的混合物，其中二氧化硅和氮化硅晶须的质量比为1：(2～5)。
[0008]
二氧化硅与氮化硅拥有相近的电势，在聚合物中二者会形成良好的分散和相互依附，协同作用较好。
[0009]
优选地，所述聚乙烯为茂金属线性低密度聚乙烯。
[0010]
优选地，所述相容剂为pe接枝马来酸酐或/和pe接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯。
[0011]
优选地，所述三氧化二锑和低熔点玻璃粉的质量比为(7-1)：1，进一步优选地，所述三氧化二锑和低熔点玻璃粉的质量比为(4-2)：1；三氧化二锑和低熔点玻璃粉复配能较好的兼顾陶瓷化材料在高温和低温下的成瓷强度，比例过低，低温成瓷强度不够，比例过高，高温成瓷强度不够。
[0012]
所述低熔点玻璃粉的熔点为400-500℃，熔点测试方法：将玻璃粉置于400～900℃
(每50℃作为一个温度点，如400℃、450℃、500℃、550℃、600℃
…
900℃)不同温度的马弗炉中煅烧2min，煅烧的同时观察玻璃粉是否熔融，如果玻璃粉在2min内熔融则判断该温度点为玻璃粉的熔点。低熔点玻璃粉的熔点可以为400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃等。
[0013]
优选地，所述二氧化硅和氮化硅晶须的质量比为1：(3～4)，氮化硅晶须作为主要的成瓷骨架，比例太少会导致成瓷强度过低，而二氧化硅作为协同成瓷填料，其分散、依附于氮化硅晶须附近，形成弱无机网络结构，支撑成瓷，含量太少无法与氮化硅晶须形成弱网络结构，于成瓷强度不利。
[0014]
优选地，所述氮化硅晶须的长径比≥30。长径比按jg/t 472-2015测试。进一步优选地，所述氮化硅晶须的长径比为40-50，长径比太大会导致晶须过于脆弱，加工易断裂，长径比太小无法起到骨架成分的强支撑作用，均会导致成瓷强度降低。
[0015]
氮化硅晶须的长径比可以为32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60等。
[0016]
优选地，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂(如抗氧剂3114、抗氧剂1010)、亚磷酸酯类抗氧剂(如pep-36、抗氧剂168)、硫醚类抗氧剂(如irganox ps 802fd、抗氧剂dstdp)、受阻胺类抗氧剂(如chimassorb 944fdl、naugard 445)中的一种或几种。
[0017]
优选地，按重量份数，组分包括：
[0018][0019]
本发明的一种所述聚烯烃组合物的制备方法，包括：
[0020]
按重量配比称取各组分，混合，然后投入密炼机中，通过密炼后经挤出机挤出造粒，得到聚烯烃组合物。
[0021]
优选地，所述密炼机温度控制在120-140℃，单螺杆挤出机温度控制在140-150℃。
[0022]
本发明的一种所述聚烯烃组合物在电缆材料中的应用，如耐火聚烯烃电缆。
[0023]
本发明中选择低熔点玻璃粉的情况下，搭配三氧化二锑(熔点600-700℃)作为另一种成瓷粉组分，弥补了低熔点玻璃粉在高温下(800℃以上)太容易流动而与成瓷骨架氧化硅与氮化硅结合不够的缺陷；成瓷骨架选取二氧化硅与氮化硅晶须复配使用，这两者拥有相近的电势，拥有较好的分散性，且选择特定长径比的氮化硅晶须为成瓷后的弯曲强度提供了大量保障，兼具良好的韧性。
[0024]
有益效果
[0025]
本发明聚烯烃组合物低温下能够完整成瓷、高温下成瓷强度极高，是一种优异的陶瓷化聚烯烃电缆料。
具体实施方式
[0026]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
[0027]
一、原料来源
[0028]
聚乙烯：茂金属线性低密度聚乙烯，lldpe engage 3518pa，产自埃克森美孚；
[0029]
相容剂：pe接枝马来酸酐：mc-218，产自能之光；
[0030]
三氧化二锑：s-05n，常德辰州锑品有限责任公司；
[0031]
锑酸钠：sa-f，成都开飞高能化学工业有限公司；
[0032]
低熔点玻璃粉：fr0135，安米微纳，熔点450℃；
[0033]
二氧化硅：sylobloc 45，美国grace；
[0034]
氮化硅晶须-1：长径比为50；ube sn-e10，日本宇部
[0035]
氮化硅晶须-2：长径比为40；p95n；瑞典vesta
[0036]
氮化硅晶须-3：长径比为60；日本宇部；sn-e10
[0037]
氮化硅晶须-4：长径比为20；德国赛琅泰克sl 200bg抗氧剂：抗氧剂1010。
[0038]
成瓷骨架材料-1：二氧化硅和氮化硅晶须-1的质量比为1:3；
[0039]
成瓷骨架材料-2：二氧化硅和氮化硅晶须-1的质量比为1:4；
[0040]
成瓷骨架材料-3：二氧化硅和氮化硅晶须-1的质量比为1:2；
[0041]
成瓷骨架材料-4：二氧化硅和氮化硅晶须-1的质量比为1:5；
[0042]
成瓷骨架材料-5：二氧化硅和氮化硅晶须-2的质量比为1:3；
[0043]
成瓷骨架材料-6：二氧化硅和氮化硅晶须-3的质量比为1:3；
[0044]
成瓷骨架材料-7：二氧化硅和氮化硅晶须-1的质量比为1:1；
[0045]
成瓷骨架材料-8：二氧化硅和氮化硅晶须-1的质量比为1:8；
[0046]
成瓷骨架材料-9：二氧化硅和氮化硅晶须-4的质量比为1:3；
[0047]
平行实施例和对比例采用的抗氧剂均为同一市售产品。
[0048]
二、实施例和对比例的制备方法
[0049]
按重量配比称取各组分，混合，然后投入密炼机中，通过密炼后经双阶单螺杆挤出机挤出造粒，得到聚烯烃组合物；密炼机温度控制在120-140℃，单螺杆挤出机温度控制在140-150℃。
[0050]
三、测试标准和方法
[0051]
将所得聚烯烃组合物在平板硫化机上经180℃*10min压片，压力为15mpa，样片厚度1mm，在室温下放置16h后，将样片裁成60*10*1mm的样条，置于600和900℃的马弗炉中5-10min，将陶瓷化后的样条取出测试：
[0052]
(1)敲击陶瓷化样条，听敲击声音，分为清脆、沉闷、哑淡，越清脆表明成瓷越好；
[0053]
(2)观察成瓷表面，分为完整、扭曲、发泡、断裂。
[0054]
(3)将成瓷样条测试宽度和厚度后置于跨距为30mm的弯曲试验机上，以2mm/min的速率进行弯曲压缩试验，最终得到成瓷样条的弯曲强度，强度越大，表明成瓷强度越高，成瓷效果越好。
[0055]
表1实施例的配比(重量份)
[0056][0057][0058]
表2对比例的配比(重量份)
[0059] 对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5对比例6对比例7聚乙烯30303030303030相容剂6666666三氧化二锑20202020205 锑酸钠
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20低熔点玻璃粉10101010101010成瓷骨架材料-1
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85成瓷骨架材料-785
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成瓷骨架材料-8 85
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成瓷骨架材料-9
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85
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二氧化硅
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85
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氮化硅晶须-1
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85
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抗氧剂3333333
[0060]
表3实施例的性能效果数据
[0061][0062][0063]
表4对比例的性能效果数据
[0064] 对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5对比例6对比例7600℃成瓷声音哑淡沉闷哑淡沉闷沉闷哑淡哑淡600℃成瓷外观断裂扭曲、发泡断裂扭曲、发泡扭曲、发泡断裂断裂600℃成瓷弯曲强度(mpa)2无法测试2.5无法测试1.52无法测试900℃成瓷声音清脆清脆清脆沉闷沉闷沉闷沉闷900℃成瓷外观断裂完整扭曲断裂断裂断裂断裂900℃成瓷弯曲强度(mpa)55.54.554.145
[0065]
本发明实施例在600℃成瓷都能保证完整，600℃低温成瓷强度全部＞4mpa，说明材料在600℃左右就具有较好的成瓷性；而900℃成瓷时，所有实施例成瓷完整，且成瓷声音清脆，成瓷强度全部＞9mpa，拥有优异的高温成瓷性能。
[0066]
对比例中600℃成瓷时的成瓷强度均为2mpa以下，且发生扭曲、断裂的现象较多，说明根本不具备低温成瓷的效果；而900℃时虽然成瓷形状有所改善，但其成瓷强度最高只有5mpa，远远达不到实施例的9-11mpa。

技术特征：
1.一种聚烯烃组合物，其特征在于，按重量份数，组分包括：其中成瓷骨架材料为二氧化硅和氮化硅晶须的混合物，其中二氧化硅和氮化硅晶须的质量比为1：(2～5)。2.根据权利要求1所述聚烯烃组合物，其特征在于，所述聚乙烯为茂金属线性低密度聚乙烯；所述相容剂为pe接枝马来酸酐或/和pe接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯。3.根据权利要求1所述聚烯烃组合物，其特征在于，所述低熔点玻璃粉的熔点为400-500℃；所述氮化硅晶须的长径比≥30。4.根据权利要求3所述聚烯烃组合物，其特征在于，所述氮化硅晶须的长径比为40-50。5.根据权利要求1所述聚烯烃组合物，其特征在于，所述三氧化二锑和低熔点玻璃粉的质量比为(7-1)：1；所述二氧化硅和氮化硅晶须的质量比为1：(3～4)。6.根据权利要求5所述聚烯烃组合物，其特征在于，所述三氧化二锑和低熔点玻璃粉的质量比为(4-2):1。7.根据权利要求1所述聚烯烃组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂中的一种或几种。8.根据权利要求1所述聚烯烃组合物，其特征在于，按重量份数，组分包括：9.一种权利要求1所述聚烯烃组合物的制备方法，包括：按重量配比称取各组分，混合，然后投入密炼机中，通过密炼后经挤出机挤出造粒，得到聚烯烃组合物。10.一种权利要求1所述聚烯烃组合物在制备陶瓷化防火耐火电缆和线缆材料中的应用。

技术总结
本发明涉及一种聚烯烃组合物及其制备方法和应用，组分包括：聚乙烯、相容剂、三氧化二锑、低熔点玻璃粉、成瓷骨架材料、抗氧剂。本发明聚烯烃组合物低温下能够完整成瓷、高温下成瓷强度极高，是一种优异的陶瓷化聚烯烃电缆料。料。


技术研发人员：刘惠文 陈平绪 叶南飚 付晓
受保护的技术使用者：金发科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/20