一种用于电缆的HDPE无卤阻燃复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，具体涉及一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、在现代社会，电缆作为电力传输和通信的重要基础设施，其安全性和稳定性直接关系到各个领域的正常运行。高密度聚乙烯(hdpe)作为一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，不仅具有良好的物理机械性能，还具备优异的电绝缘性能，非常适合用于电缆的绝缘层和护套，在电缆制造中得到了广泛应用。然而，随着安全标准和环保法规的日益严格，电缆材料的阻燃性能成为了关注的焦点。传统的卤素阻燃剂在燃烧时会产生有毒、腐蚀性气体和大量烟雾，不仅威胁环境安全，还可能对人体健康造成严重危害。因此，随着环保意识的提升和法规的严格化，无卤阻燃剂逐渐成为市场上的主流选择。无卤阻燃剂在燃烧过程中不会产生有毒有害物质，具有显著的环保优势，并且其阻燃效果同样优异，为电缆材料的安全性能提供了有力保障。

2、目前，无卤阻燃剂主要分为有机磷系阻燃剂和无机阻燃剂等，有机磷系阻燃剂阻燃效果好，但是小分子类型的磷系阻燃剂会在使用过程中伴随着挥发和迁移，难以实现持续的阻燃改性效果，无机阻燃剂虽然不会出现迁移挥发等现象，但是阻燃效果较差，一般需要较大的添加量才能达到可观的改性效果，但是添加量的提升会造成无机阻燃剂与高密度聚乙烯之间产生严重的界面问题，导致机械力学性能受损，基于此，本发明提供了一种hdpe无卤阻燃复合材料，具有优异的阻燃等综合性能，可直接应用于电缆制造中。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的问题，本发明的目的在于提供一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，所述复合材料采用包括以下重量份数的原料制成：

4、

5、所述制备方法包括以下步骤：

6、第一步、将各个原料按照重量份数称取，备用；

7、第二步、将高密度聚乙烯、亲和剂、无卤阻燃因子、无机改性因子、抗氧剂、紫外吸收剂和润滑剂加入至混料釜中，控制温度为80-100℃，转速为1000-2000r/min，机械搅拌混合30-40min，得到混合型物料；

8、第三步、将混合型物料喂入双螺杆挤出机中，经喔熔融挤出工艺，可得到复合材料。

9、作为本发明的进一步方案，所述亲和剂的制备方法如下所示：

10、将天然橡胶、甲基丙烯酸异氰基乙酯和引发剂过氧化苯甲酰混合，置于转矩流变仪中，将温度设置为170-180℃，转速设置为50-60rpm，进行熔融接枝5-10min后，出料，经后处理过程，即可得到亲和剂。

11、作为本发明的进一步方案，所述无卤阻燃因子的制备方法包括以下步骤：

12、步骤一、向充满氮气的反应釜中加入螺环磷酰二氯和四氢呋喃，开启搅拌，待形成均匀溶液后，再将3-(1h-咪唑-1-基)丙烷-1,2-二醇加入至反应釜中，开启加热，将温度控制为60-65℃，保温6-9h，降温出料，制得氮磷交联中间料；

13、步骤二、将丝瓜烙分散在体积分数为60％的乙醇中，然后加入氮磷交联剂和傅酸剂，将温度逐渐升高至60-65℃，保温搅拌8-12h后，将其倒入模具中，静置成胶，然后置于冷冻干燥机中，于-50℃的温度环境中经2-4次冻融循环，即可得到无卤阻燃因子。

14、作为本发明的进一步方案，步骤一中，所述螺环磷酰二氯和3-(1h-咪唑-1-基)丙烷-1,2-二醇的摩尔比为2:1。

15、作为本发明的进一步方案，步骤二中，所述傅酸剂为三乙胺或者吡啶。

16、在上述技术方案中，首先以螺环磷酰二氯和3-(1h-咪唑-1-基)丙烷-1,2-二醇为反应单体，通过控制彼此的用量，制得结构中含量两当量磷酰氯基团的氮磷交联中间料，再以其为交联剂，对丝瓜络进行交联，接着通过冷冻干燥工艺，对形成的交联物进行冷冻干燥，可制得以丝瓜络为骨架，且结构中含有大量氮磷阻燃元的气凝胶型物料，即无卤阻燃因子。

17、作为本发明的进一步方案，所述无机改性因子的制备方法如下所示：

18、将伊利石超声分散在甲苯溶剂中，然后向形成的均匀分散液中添加聚谷氨酸和相转移催化剂，加完后，将温度缓慢升高至90-100℃，于该温度条件下不断搅拌8-12h，停止加热，降温出料，离心分离收集固体料，经洗涤和真空干燥处理，即可得到无机改性因子。

19、作为本发明的进一步方案，所述聚谷氨酸的数均分子量为10000。

20、作为本发明的进一步方案，所述相转移催化剂为对甲苯磺酸或者三氟甲磺酸。

21、在上述技术方案中，在相转移催化剂的作用下，伊利石表面的羟基能够与聚谷氨酸结构中的活性取代羧基进行酯化缩合，从而将大分子物质聚谷氨酸修饰在伊利石表面，制得无机改性因子。

22、作为本发明的进一步方案，所述抗氧剂为抗氧剂168或者抗氧剂1010；所述紫外吸收剂为紫外线吸收剂uv-234或者紫外吸收剂uv-120；所述润滑剂为聚乙烯蜡或者硬脂酸钙。

23、一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料，采用上述制备方法制得。

24、本发明的有益效果：

25、(1)本发明首先通过制备以丝瓜络为骨架，且结构中含有大量氮磷阻燃元的气凝胶型物料作为无卤阻燃因子，其结构中的丝瓜络可作为碳源，氮磷阻燃元素可提供酸源和气源，因此该无卤阻燃因子可作为自成一体膨胀型阻燃剂，能够在复合材料发生燃烧时迅速形成膨胀碳层，阻止燃烧的持续进行，另外，气凝胶富有的特殊孔隙结构还能对燃烧产生的烟气进行吸收，减少燃烧产生的烟雾。

26、(2)本发明通过制备表面修饰有聚谷氨酸大分子物质的伊利石作为无机改性因子，聚谷氨酸能够在高温熔融过程中与亲和剂结构中的异氰酸酯取代基产生相互作用，因此能够大幅改善伊利石在高密度聚乙烯中的分散效果，进而高效发挥自身的增强效果，不仅能够改善复合材料的力学强度，均匀分散还能使伊利石发挥自身层状结构的优势，阻止燃烧时的热量和氧气的传递，从而进一步增强复合材料的阻燃性能。

27、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料采用包括以下重量份数的原料制成：

2.根据权利要求1所述的一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述亲和剂的制备方法如下所示：

3.根据权利要求1所述的一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述无卤阻燃因子的制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述螺环磷酰二氯和3-(1h-咪唑-1-基)丙烷-1,2-二醇的摩尔比为2:1。

5.根据权利要求3所述的一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述傅酸剂为三乙胺或者吡啶。

6.根据权利要求1所述的一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机改性因子的制备方法如下所示：

7.根据权利要求6所述的一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚谷氨酸的数均分子量为10000。

8.根据权利要求6所述的一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述相转移催化剂为对甲苯磺酸或者三氟甲磺酸。

9.根据权利要求1所述的一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168或者抗氧剂1010；所述紫外吸收剂为紫外线吸收剂uv-234或者紫外吸收剂uv-120；所述润滑剂为聚乙烯蜡或者硬脂酸钙。

10.一种用于电缆的hdpe无卤阻燃复合材料，其特征在于，采用如权利要求1所述的制备方法制得。

技术总结
本发明涉及复合材料技术领域，公开了一种用于电缆的HDPE无卤阻燃复合材料及其制备方法，该复合材料是以高密度聚乙烯为基料，以无卤阻燃因子和无机改性因子为主要添加剂，经混合、熔融挤出工艺制成，无卤阻燃因子可作为自成一体膨胀型阻燃剂，能够在复合材料发生燃烧时迅速形成膨胀碳层，阻止燃烧的持续进行，还能对燃烧产生的烟气进行吸收，减少燃烧产生的烟雾，无机改性因子的添加不仅能够改善复合材料的力学强度，均匀分散还能使伊利石发挥自身层状结构的优势，阻止燃烧时的热量和氧气的传递，从而进一步增强复合材料的阻燃性能。

技术研发人员：梁健,林齐兴,钟建平,肖建文,林明松,严松洲
受保护的技术使用者：高兰德（广东）新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5