一種抗壓阻燃電纜料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗壓阻燃電纜料，它是由下述重量份的原料組成的：磷酸氫二鈉0.6?1、氨基磺酸胍6?7、碳納米管20?23、N，N'?二環(huán)己基碳酰亞胺0.3?0.4、六氯環(huán)三磷腈4?5、氫氧化鈉0.2?0.4、硫脲1?2、聚氧化丙烯二醇2?3、飽和十八碳酰胺1?2、硅酸鎂鋁3?4、辛癸酸甘油酯4?5、聚丙烯酰胺2?3、硬脂酸鈣1?2、叔丁基對二苯酚0.6?1、尼龍17?20、聚氯乙烯120?130。本發(fā)明的電纜料表面強度高，韌性好，抗沖擊、抗壓性好。
【專利說明】
一種抗壓阻燃電纜料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電纜料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抗壓阻燃電纜料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米技術(shù)于上世紀(jì)八十年代興起，并在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，在聚合物中添加納米粒子后，可大幅提離材料的性能。例如當(dāng)向聚合物中添加少量的石墨巧、碳納米管、二硫化鉬等納米粒子時，材料的力學(xué)強度將會顯著提升IWI。研究發(fā)現(xiàn)，僅添加極少量的納米材料就可大幅降低材料燃燒的熱釋放速率，同時還會提離復(fù)合材料的力學(xué)強度。目前研究比較多的納米阻燃體系主要有幾種:(I)無機納米粒子，如納米氨氧化鎮(zhèn)、納米氨氧化鉛和納米二氧化硅等。這類阻燃劑由于其自身阻燃效率較低，阻燃機理也同其他的納米粒子不同，在實際應(yīng)用時需要較大的添加量，因此不能完全歸為納米阻燃材料。而且填料的髙填充還會對材料自身的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。(2)層狀無機物，如納米粘土、水滑石、可膨脹石墨等。(3)管碳及針狀納米粒子，如碳納米管，埃洛石納米管和海泡石等。在21世紀(jì)的最初十年，有大量關(guān)于聚合物/碳納米管阻燃體系的報道近年來埃洛石和海泡石逐漸成為了研究的熱點納米阻燃技術(shù)出現(xiàn)二十多年來，雖然逐漸成長并取得了一系列的研究成果，但是納米化燃的聚合物材料從研究到廣泛應(yīng)用，尚有漫長的路要走；
有關(guān)納米阻燃技術(shù)在聚合物中的應(yīng)用，目前主要有以下幾點問題需要解決:①納米阻燃添加劑最顯著的優(yōu)勢是對于錐形量熱測試中熱釋放速率的降低對于很多的納米粒子，僅需要添加極少的量就可W大幅降低材料燃燒的熱釋放速率。但是對于傳統(tǒng)的阻燃測試手段，如氧指數(shù)和垂直燃燒測試效果并不顯著，有時候還會起到負面作用。因此，需考慮對納米粒子進行改性或者通過與傳統(tǒng)阻燃劑復(fù)配使用達到協(xié)同阻燃的效果。②近幾年，對納米粒子改性的研究越來越多，特別是對納米粘土的插層改性。但是現(xiàn)在常用的納米粘土的插層改性劑大多是長鏈的燒基胺鹽，缺乏專門用于阻燃改性的插層劑或表面改性劑。而且大多數(shù)的改性劑本身不具有阻燃性，有些自身還可燃;熱穩(wěn)定性普遍較差，初始分解溫度低，難適用于工程塑料等烙融溫度較高的聚合物。因此，對于兼具阻燃性和熱穩(wěn)定性的納米粒子改性劑是未來研究的一個方向。③與鹵素阻燃劑、磷氮阻燃劑等阻燃劑具有明確的阻燃機理不同，現(xiàn)階段對納米阻燃的機理缺乏系統(tǒng)的解釋。目前被認(rèn)可的機理主要有納米粘土的自由基捕捉機理、固相的阻隔機理;與膨脹阻燃劑的協(xié)效催化機理;碳納米管的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)阻隔機理和燃燒過程中對體系流變性的影響等。因此，對于納米粒子在聚合物燃燒過程中的阻燃機理的闡述將是未來研究的方向，同時碳納米管由于表面缺少極性官能團，與聚合物基體的相容性較差；高長徑比的結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致在加工過程中的纏繞、聚集，從而難以很好的分散。此外，碳納米管僅對降低熱釋放速率有明顯的效果，卻不能有效的提髙材料的氧指數(shù)和垂直燃燒等級。為了改善碳納米管在聚合物中的相容性和分散性，可采用偶聯(lián)劑、表面活性劑或者聚合物等對碳納米管進行表面改，但是類改性方法往往難提窩其阻燃性能，有些甚至?xí)茐脑械淖枞夹裕弧?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種抗壓阻燃電纜料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種抗壓阻燃電纜料，它是由下述重量份的原料組成的:
磷酸氫二鈉0.6-1、氨基磺酸胍6-7、碳納米管20-23、N，N’_二環(huán)己基碳酰亞胺0.3-0.4、六氯環(huán)三磷腈4-5、氫氧化鈉0.2-0.4、硫脲1-2、聚氧化丙烯二醇2-3、飽和十八碳酰胺1-2、硅酸鎂鋁3-4、辛癸酸甘油酯4-5、聚丙烯酰胺2-3、硬脂酸鈣1-2、叔丁基對二苯酚0.6-1、尼龍17-20、聚氯乙烯120-130。
[0005]—種所述的抗壓阻燃電纜料的制備方法，它是由下述重量份的原料組成的:
(1)將上述碳納米管加入到其重量80-100倍的混酸溶液中，所述的混酸是由質(zhì)量比為3-4: I的96-98%的硫酸和87-90%的鹽酸溶液組成，在50-60 °C下超聲17_20分鐘，過濾，將沉淀水洗2-3次，70-76 0C下真空干燥30-40分鐘，得酸化碳納米管；
(2)將上述叔丁基對二苯酚加入到其重量10-14倍的無水乙醇中，升高溫度為50-60°C，保溫攪拌3-7分鐘，加入上述聚丙烯酰胺，攪拌均勻，得酰胺溶液；
(3)取上述酸化碳納米管重量的47-50%，與氨基磺酸胍、N，N’_二環(huán)己基碳酰亞胺混合，加入到混合料重量70-80倍的N，N-二甲基甲酰胺中，超聲1.6-2小時，送入反應(yīng)釜中，通入氮氣，升高溫度為120-127 0C，保溫反應(yīng)35-40小時，出料，與上述酰胺溶液混合，攪拌均勻，抽濾，用丙酮洗滌3-4次，置于70-80°C的烘箱中干燥至恒重，得磺酸胍接枝碳納米管；
(4)將上述硬脂酸鈣加入到聚氧化丙烯二醇中，升高溫度為60-70°C，加入混合料重量8-10倍的四氫呋喃，保溫攪拌10-15分鐘，得呋喃醇液；
(5)將剩余的酸化碳納米管、六氯環(huán)三磷腈、氫氧化鈉混合，加入到混合料重量60-70倍的四氫呋喃中，加入上述呋喃醇液，超聲100-110分鐘，送入反應(yīng)釜中，通入氮氣，升高溫度為68-70°C，保溫反應(yīng)35-40小時，出料，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮洗滌3_4次，置于70-80°C的烘箱中干燥至恒重，得環(huán)三磷腈接枝碳納米管；
(6)取上述尼龍重量的10-16%，加入其重量20-27倍的、17-20%的甲醛溶液中，攪拌混合20-30分鐘，滴加濃度為3-6mol/l的鹽酸，調(diào)節(jié)pH為2_3，通入氮氣，加熱至沸騰，保持沸騰57-60分鐘，出料，冷卻至常溫，得羥基化尼龍液；
(7 )將上述飽和十八碳酰胺、羥基化尼龍液混合，100-200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-5分鐘，加入上述磺酸胍接枝碳納米管、環(huán)三磷腈接枝碳納米管，在87-90 V下預(yù)熱4-6分鐘，升高溫度為155-160°C，保溫攪拌3-4分鐘，加入上述硅酸鎂鋁，攪拌均勻，過濾，將沉淀用四氫呋喃洗滌2-3次，置于70-80 V下真空干燥30-40分鐘，得尼龍改性碳納米管；
(8)將上述尼龍改性碳納米管與剩余各原料混合，攪拌均勻，烘干，投入螺桿擠出機熔融擠出，冷卻、過篩，即得所述電纜料。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明的電纜料具有很好的阻燃防火性能，本發(fā)明先用氨基磺酸胍、氯環(huán)三磷腈分別接枝的碳納米管預(yù)尼龍共混，經(jīng)過羥基化出料后的尼龍可以與接枝后的碳納米管有很好的相容性，也進一步提高該復(fù)合材料在成品電纜料中的分散性，該復(fù)合材料的阻燃機理為:當(dāng)尼龍在燃燒過程中，碳納米管在聚合物熔體表面聚集，并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的炭層，這些網(wǎng)狀碳層致密且?guī)缀鯚o孔洞，有效的防止了在燃燒時外部熱量和氧氣的進入，從而可以有效的降低熱釋放速率和質(zhì)量損失速率，而接枝的氨基磺酸胍可以包覆在碳納米管表面，其分解產(chǎn)物有助于碳納米管形成更為致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)炭層，氨基磺酸胍自身分解可產(chǎn)生氨氣，氨氣又能與尼龍反應(yīng)促進尼龍的降解，兩者共同產(chǎn)生大量的氨氣、水蒸氣和二氧化碳等不燃氣體，稀釋燃燒區(qū)中的氧氣和可燃氣體，起到氣相阻燃的效果;接枝的氯環(huán)三磷腈起到類似補丁的作用，填充碳納米管形成的網(wǎng)狀炭層的網(wǎng)孔，此外其中的氯原子燃燒過程中可以形成Cl-，并捕捉燃燒產(chǎn)生的自由基，從而終止燃燒過程的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，提高成品材料的阻燃性能。本發(fā)明的電纜料表面強度高，韌性好，抗沖擊、抗壓性好。
【具體實施方式】
[0007]一種抗壓阻燃電纜料，它是由下述重量份的原料組成的:
磷酸氫二鈉0.6、氨基磺酸胍6、碳納米管20、N，N’二環(huán)己基碳酰亞胺0.3、六氯環(huán)三磷腈
4、氫氧化鈉0.2、硫脲1、聚氧化丙烯二醇2、飽和十八碳酰胺1、硅酸鎂鋁3、辛癸酸甘油酯4、聚丙烯酰胺2、硬脂酸鈣1、叔丁基對二苯酚0.6、尼龍17、聚氯乙烯120。
[0008]—種所述的抗壓阻燃電纜料的制備方法，它是由下述重量份的原料組成的:
(1)將上述碳納米管加入到其重量80倍的混酸溶液中，所述的混酸是由質(zhì)量比為3:1的96%的硫酸和87%的鹽酸溶液組成，在50 °C下超聲17分鐘，過濾，將沉淀水洗2次，70 °C下真空干燥30分鐘，得酸化碳納米管；
(2)將上述叔丁基對二苯酚加入到其重量10倍的無水乙醇中，升高溫度為50°C，保溫攪拌3分鐘，加入上述聚丙烯酰胺，攪拌均勻，得酰胺溶液；
(3)取上述酸化碳納米管重量的47%，與氨基磺酸胍、N，N’二環(huán)己基碳酰亞胺混合，加入到混合料重量70倍的N，N二甲基甲酰胺中，超聲1.6小時，送入反應(yīng)釜中，通入氮氣，升高溫度為120°C，保溫反應(yīng)35小時，出料，與上述酰胺溶液混合，攪拌均勻，抽濾，用丙酮洗滌3次，置于70°C的烘箱中干燥至恒重，得磺酸胍接枝碳納米管；
(4)將上述硬脂酸鈣加入到聚氧化丙烯二醇中，升高溫度為60°C，加入混合料重量8倍的四氫呋喃，保溫攪拌1分鐘，得呋喃醇液；
(5)將剩余的酸化碳納米管、六氯環(huán)三磷腈、氫氧化鈉混合，加入到混合料重量60倍的四氫呋喃中，加入上述呋喃醇液，超聲100分鐘，送入反應(yīng)釜中，通入氮氣，升高溫度為68°C，保溫反應(yīng)35小時，出料，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮洗滌3次，置于70°C的烘箱中干燥至恒重，得環(huán)三磷腈接枝碳納米管；
(6)取上述尼龍重量的10%，加入其重量20倍的、17%的甲醛溶液中，攪拌混合20分鐘，滴加濃度為3mol/l的鹽酸，調(diào)節(jié)pH為2，通入氮氣，加熱至沸騰，保持沸騰57分鐘，出料，冷卻至常溫，得羥基化尼龍液；
(7)將上述飽和十八碳酰胺、羥基化尼龍液混合，100轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，加入上述磺酸胍接枝碳納米管、環(huán)三磷腈接枝碳納米管，在87°C下預(yù)熱4分鐘，升高溫度為155°C，保溫攪拌3分鐘，加入上述硅酸鎂鋁，攪拌均勻，過濾，將沉淀用四氫呋喃洗滌2次，置于70°C下真空干燥30分鐘，得尼龍改性碳納米管；
(8)將上述尼龍改性碳納米管與剩余各原料混合，攪拌均勻，烘干，投入螺桿擠出機熔融擠出，冷卻、過篩，即得所述電纜料。
[0009]性能測試:
拉伸強度:19.6 MPa；
低溫脆化沖擊溫度(0C ): -30 °C通過；
阻燃級別:V-0;
100C X 240h熱空氣老化后:拉伸強度變化率(％)_7.5; 斷裂伸長變化率(％)_7.9。
【主權(quán)項】
1.一種抗壓阻燃電纜料，其特征在于，它是由下述重量份的原料組成的: 磷酸氫二鈉0.6-1、氨基磺酸胍6-7、碳納米管20-23、N，N ’ -二環(huán)己基碳酰亞胺0.3-0.4、六氯環(huán)三磷腈4-5、氫氧化鈉0.2-0.4、硫脲1-2、聚氧化丙烯二醇2-3、飽和十八碳酰胺1-2、硅酸鎂鋁3-4、辛癸酸甘油酯4-5、聚丙烯酰胺2-3、硬脂酸鈣1-2、叔丁基對二苯酚0.6-1、尼龍17-20、聚氯乙烯120-130。2.—種如權(quán)利要求1所述的抗壓阻燃電纜料的制備方法，其特征在于，它是由下述重量份的原料組成的: (1)將上述碳納米管加入到其重量80-100倍的混酸溶液中，所述的混酸是由質(zhì)量比為3-4: I的96-98%的硫酸和87-90%的鹽酸溶液組成，在50-60 °C下超聲17_20分鐘，過濾，將沉淀水洗2-3次，70-76 0C下真空干燥30-40分鐘，得酸化碳納米管； (2)將上述叔丁基對二苯酚加入到其重量10-14倍的無水乙醇中，升高溫度為50-60°C，保溫攪拌3-7分鐘，加入上述聚丙烯酰胺，攪拌均勻，得酰胺溶液； (3)取上述酸化碳納米管重量的47-50%，與氨基磺酸胍、N，N’_二環(huán)己基碳酰亞胺混合，加入到混合料重量70-80倍的N，N-二甲基甲酰胺中，超聲1.6-2小時，送入反應(yīng)釜中，通入氮氣，升高溫度為120-127 0C，保溫反應(yīng)35-40小時，出料，與上述酰胺溶液混合，攪拌均勻，抽濾，用丙酮洗滌3-4次，置于70-80°C的烘箱中干燥至恒重，得磺酸胍接枝碳納米管； (4)將上述硬脂酸鈣加入到聚氧化丙烯二醇中，升高溫度為60-70°C，加入混合料重量8-10倍的四氫呋喃，保溫攪拌10-15分鐘，得呋喃醇液； (5)將剩余的酸化碳納米管、六氯環(huán)三磷腈、氫氧化鈉混合，加入到混合料重量60-70倍的四氫呋喃中，加入上述呋喃醇液，超聲100-110分鐘，送入反應(yīng)釜中，通入氮氣，升高溫度為68-70°C，保溫反應(yīng)35-40小時，出料，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮洗滌3_4次，置于70-80°C的烘箱中干燥至恒重，得環(huán)三磷腈接枝碳納米管； (6)取上述尼龍重量的10-16%，加入其重量20-27倍的、17-20%的甲醛溶液中，攪拌混合20-30分鐘，滴加濃度為3-6mol/l的鹽酸，調(diào)節(jié)pH為2_3，通入氮氣，加熱至沸騰，保持沸騰57-60分鐘，出料，冷卻至常溫，得羥基化尼龍液； (7)將上述飽和十八碳酰胺、羥基化尼龍液混合，100-200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-5分鐘，加入上述磺酸胍接枝碳納米管、環(huán)三磷腈接枝碳納米管，在87-90 V下預(yù)熱4-6分鐘，升高溫度為155-160°C，保溫攪拌3-4分鐘，加入上述硅酸鎂鋁，攪拌均勻，過濾，將沉淀用四氫呋喃洗滌2-3次，置于70-80 V下真空干燥30-40分鐘，得尼龍改性碳納米管； (8)將上述尼龍改性碳納米管與剩余各原料混合，攪拌均勻，烘干，投入螺桿擠出機熔融擠出，冷卻、過篩，即得所述電纜料。
【文檔編號】C08K9/04GK106009402SQ201610522001
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】荔建榮, 董文鋒, 洪生華, 吳永志
【申請人】安徽吉安特種線纜制造有限公司