本發(fā)明涉及復(fù)合材料，具體涉及一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代社會(huì)，電纜作為電力傳輸和通信的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到各個(gè)領(lǐng)域的正常運(yùn)行。高密度聚乙烯(hdpe)作為一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂，不僅具有良好的物理機(jī)械性能，還具備優(yōu)異的電絕緣性能，非常適合用于電纜的絕緣層和護(hù)套，在電纜制造中得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著安全標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，電纜材料的阻燃性能成為了關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的鹵素阻燃劑在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒、腐蝕性氣體和大量煙霧，不僅威脅環(huán)境安全，還可能對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害。因此，隨著環(huán)保意識(shí)的提升和法規(guī)的嚴(yán)格化，無鹵阻燃劑逐漸成為市場上的主流選擇。無鹵阻燃劑在燃燒過程中不會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢，并且其阻燃效果同樣優(yōu)異，為電纜材料的安全性能提供了有力保障。

2、目前，無鹵阻燃劑主要分為有機(jī)磷系阻燃劑和無機(jī)阻燃劑等，有機(jī)磷系阻燃劑阻燃效果好，但是小分子類型的磷系阻燃劑會(huì)在使用過程中伴隨著揮發(fā)和遷移，難以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的阻燃改性效果，無機(jī)阻燃劑雖然不會(huì)出現(xiàn)遷移揮發(fā)等現(xiàn)象，但是阻燃效果較差，一般需要較大的添加量才能達(dá)到可觀的改性效果，但是添加量的提升會(huì)造成無機(jī)阻燃劑與高密度聚乙烯之間產(chǎn)生嚴(yán)重的界面問題，導(dǎo)致機(jī)械力學(xué)性能受損，基于此，本發(fā)明提供了一種hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料，具有優(yōu)異的阻燃等綜合性能，可直接應(yīng)用于電纜制造中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中提到的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料及其制備方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，所述復(fù)合材料采用包括以下重量份數(shù)的原料制成：

4、

5、所述制備方法包括以下步驟：

6、第一步、將各個(gè)原料按照重量份數(shù)稱取，備用；

7、第二步、將高密度聚乙烯、親和劑、無鹵阻燃因子、無機(jī)改性因子、抗氧劑、紫外吸收劑和潤滑劑加入至混料釜中，控制溫度為80-100℃，轉(zhuǎn)速為1000-2000r/min，機(jī)械攪拌混合30-40min，得到混合型物料；

8、第三步、將混合型物料喂入雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)喔熔融擠出工藝，可得到復(fù)合材料。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述親和劑的制備方法如下所示：

10、將天然橡膠、甲基丙烯酸異氰基乙酯和引發(fā)劑過氧化苯甲酰混合，置于轉(zhuǎn)矩流變儀中，將溫度設(shè)置為170-180℃，轉(zhuǎn)速設(shè)置為50-60rpm，進(jìn)行熔融接枝5-10min后，出料，經(jīng)后處理過程，即可得到親和劑。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述無鹵阻燃因子的制備方法包括以下步驟：

12、步驟一、向充滿氮?dú)獾姆磻?yīng)釜中加入螺環(huán)磷酰二氯和四氫呋喃，開啟攪拌，待形成均勻溶液后，再將3-(1h-咪唑-1-基)丙烷-1,2-二醇加入至反應(yīng)釜中，開啟加熱，將溫度控制為60-65℃，保溫6-9h，降溫出料，制得氮磷交聯(lián)中間料；

13、步驟二、將絲瓜烙分散在體積分?jǐn)?shù)為60％的乙醇中，然后加入氮磷交聯(lián)劑和傅酸劑，將溫度逐漸升高至60-65℃，保溫?cái)嚢?-12h后，將其倒入模具中，靜置成膠，然后置于冷凍干燥機(jī)中，于-50℃的溫度環(huán)境中經(jīng)2-4次凍融循環(huán)，即可得到無鹵阻燃因子。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，步驟一中，所述螺環(huán)磷酰二氯和3-(1h-咪唑-1-基)丙烷-1,2-二醇的摩爾比為2:1。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，步驟二中，所述傅酸劑為三乙胺或者吡啶。

16、在上述技術(shù)方案中，首先以螺環(huán)磷酰二氯和3-(1h-咪唑-1-基)丙烷-1,2-二醇為反應(yīng)單體，通過控制彼此的用量，制得結(jié)構(gòu)中含量兩當(dāng)量磷酰氯基團(tuán)的氮磷交聯(lián)中間料，再以其為交聯(lián)劑，對(duì)絲瓜絡(luò)進(jìn)行交聯(lián)，接著通過冷凍干燥工藝，對(duì)形成的交聯(lián)物進(jìn)行冷凍干燥，可制得以絲瓜絡(luò)為骨架，且結(jié)構(gòu)中含有大量氮磷阻燃元的氣凝膠型物料，即無鹵阻燃因子。

17、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述無機(jī)改性因子的制備方法如下所示：

18、將伊利石超聲分散在甲苯溶劑中，然后向形成的均勻分散液中添加聚谷氨酸和相轉(zhuǎn)移催化劑，加完后，將溫度緩慢升高至90-100℃，于該溫度條件下不斷攪拌8-12h，停止加熱，降溫出料，離心分離收集固體料，經(jīng)洗滌和真空干燥處理，即可得到無機(jī)改性因子。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述聚谷氨酸的數(shù)均分子量為10000。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述相轉(zhuǎn)移催化劑為對(duì)甲苯磺酸或者三氟甲磺酸。

21、在上述技術(shù)方案中，在相轉(zhuǎn)移催化劑的作用下，伊利石表面的羥基能夠與聚谷氨酸結(jié)構(gòu)中的活性取代羧基進(jìn)行酯化縮合，從而將大分子物質(zhì)聚谷氨酸修飾在伊利石表面，制得無機(jī)改性因子。

22、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述抗氧劑為抗氧劑168或者抗氧劑1010；所述紫外吸收劑為紫外線吸收劑uv-234或者紫外吸收劑uv-120；所述潤滑劑為聚乙烯蠟或者硬脂酸鈣。

23、一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料，采用上述制備方法制得。

24、本發(fā)明的有益效果：

25、(1)本發(fā)明首先通過制備以絲瓜絡(luò)為骨架，且結(jié)構(gòu)中含有大量氮磷阻燃元的氣凝膠型物料作為無鹵阻燃因子，其結(jié)構(gòu)中的絲瓜絡(luò)可作為碳源，氮磷阻燃元素可提供酸源和氣源，因此該無鹵阻燃因子可作為自成一體膨脹型阻燃劑，能夠在復(fù)合材料發(fā)生燃燒時(shí)迅速形成膨脹碳層，阻止燃燒的持續(xù)進(jìn)行，另外，氣凝膠富有的特殊孔隙結(jié)構(gòu)還能對(duì)燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行吸收，減少燃燒產(chǎn)生的煙霧。

26、(2)本發(fā)明通過制備表面修飾有聚谷氨酸大分子物質(zhì)的伊利石作為無機(jī)改性因子，聚谷氨酸能夠在高溫熔融過程中與親和劑結(jié)構(gòu)中的異氰酸酯取代基產(chǎn)生相互作用，因此能夠大幅改善伊利石在高密度聚乙烯中的分散效果，進(jìn)而高效發(fā)揮自身的增強(qiáng)效果，不僅能夠改善復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度，均勻分散還能使伊利石發(fā)揮自身層狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，阻止燃燒時(shí)的熱量和氧氣的傳遞，從而進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合材料的阻燃性能。

27、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合材料采用包括以下重量份數(shù)的原料制成：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述親和劑的制備方法如下所示：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述無鹵阻燃因子的制備方法包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述螺環(huán)磷酰二氯和3-(1h-咪唑-1-基)丙烷-1,2-二醇的摩爾比為2:1。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述傅酸劑為三乙胺或者吡啶。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)改性因子的制備方法如下所示：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述聚谷氨酸的數(shù)均分子量為10000。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述相轉(zhuǎn)移催化劑為對(duì)甲苯磺酸或者三氟甲磺酸。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述抗氧劑為抗氧劑168或者抗氧劑1010；所述紫外吸收劑為紫外線吸收劑uv-234或者紫外吸收劑uv-120；所述潤滑劑為聚乙烯蠟或者硬脂酸鈣。

10.一種用于電纜的hdpe無鹵阻燃復(fù)合材料，其特征在于，采用如權(quán)利要求1所述的制備方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于電纜的HDPE無鹵阻燃復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料是以高密度聚乙烯為基料，以無鹵阻燃因子和無機(jī)改性因子為主要添加劑，經(jīng)混合、熔融擠出工藝制成，無鹵阻燃因子可作為自成一體膨脹型阻燃劑，能夠在復(fù)合材料發(fā)生燃燒時(shí)迅速形成膨脹碳層，阻止燃燒的持續(xù)進(jìn)行，還能對(duì)燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行吸收，減少燃燒產(chǎn)生的煙霧，無機(jī)改性因子的添加不僅能夠改善復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度，均勻分散還能使伊利石發(fā)揮自身層狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，阻止燃燒時(shí)的熱量和氧氣的傳遞，從而進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合材料的阻燃性能。

技術(shù)研發(fā)人員：梁健,林齊興,鐘建平,肖建文,林明松,嚴(yán)松洲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：高蘭德（廣東）新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5