耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料的製作方法
2023-09-22 01:51:00 8
本發明涉及低煙無滷阻燃電纜料領域，尤其涉及一種耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料。
背景技術：
隨著2012年中國首座自主設計、建造的「第六代深水半潛式鑽井平臺」海洋石油981的正式開鑽，標誌著中國海洋石油工業的深水戰略邁出了實質性的步伐，國內建造大型深水平臺的技術已成熟，同時對與之配套的石油平臺用用電纜也提出了更高的技術要求。石油平臺用的特種電纜，因其使用環境的特殊性，要求其具有耐油、耐泥漿、耐高溫、耐低溫、耐磨、高機械強度、無滷、低煙等性能。對於石油平臺用電纜，更苛刻的耐油要求和耐油泥要求一直是電纜行業研究的主要難題。
目前國內不僅生產石油平臺用特種電纜的廠家少，而且具備耐泥漿護套材料生產能力的廠家更是少之又少，並且在耐泥漿性能方面很不穩定，所以電纜和材料主要依賴於進口。
國內公開的有關石油平臺用耐泥漿電纜專利，大多只提出護套採用的是低煙無滷耐泥漿材料，並沒有指出材料的製備技術。如何解決成本高、燃燒時發煙量大、設備投入大、工藝繁瑣的技術問題，成為本領域普通技術人員努力的方向。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料，該耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料低煙無毒、委託輻照加工簡便、投入成本低，並且可以生產滿足挪威nek606海上平臺用無滷/防泥漿電纜標準的無滷阻燃耐泥漿護套料。
為達到上述發明目的，本發明採用的技術方案是：一種耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料，原料配方由下列重量份的材料組成：乙烯醋酸乙烯共聚物25～45份、乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物12～18份、高密度聚乙烯30～45份、聚乙烯接枝馬來酸酐的共聚物5～15份、炭黑8~10份、氫氧化鋁阻燃劑115份、氫氧化鎂阻燃劑35份、偶聯劑0.7~1.8份、交聯敏化劑1.5~3份、抗氧劑1.4~2.4份、矽酮3～4份、潤滑劑0.5～1份；
所述輻照交聯耐阻燃電纜材料通過以下步驟獲得：
第一步：將按配方重量計量的乙烯醋酸乙烯共聚物eva、乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物、聚乙烯和聚乙烯接枝馬來酸酐的共聚物在高速混合機中高速混合30秒鐘，然後經雙螺杆造粒機混合塑化造粒，加工溫度為：輸送段120～130℃，熔融段140～155℃，混煉段160～170℃，排氣段155～165℃，均化段155～165℃，機頭160～170℃；
第二步：將上述材料再加入按配方重量計量的炭黑、氫氧化鋁阻燃劑、氫氧化鎂阻燃劑、矽烷偶聯劑、交聯敏化劑三甲代烯丙基異氰酸酯tmaic預聚物、抗氧劑1010、抗氧劑dltp、矽酮母粒和潤滑劑，在高速混合機中混合30秒鐘，再在雙階機中捏合塑化造粒，雙階機包括雙螺杆的加工溫度為：輸送段100～115℃，熔融段120～135℃，混煉段140～150℃，排氣段145～155℃，均化段145～155℃，機頭150～160℃，包括單螺杆溫度為：第一區120～135℃，第二區120～135℃，第三區120～135℃，機頭130～145℃，切粒風冷後包裝；
第三步：將第二步所得材料在電線電纜擠線機生產線上，在一區110～120℃，二區120～140℃，三區135～155℃，四區135～155℃，機頭130～150℃的溫度下擠出，包覆在導體線芯上，再進行輻照加工，輻照後熱延伸15%～25%；
其中，所述乙烯醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯va含量為33%，此乙烯醋酸乙烯共聚物的熔體指數為0.2g/10min；
所述乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物中一氧化碳含量為8～12%，乙烯醋酸乙烯共聚物eva中的醋酸乙烯va含量為24～30%，所述乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物的熔體指數為35g/10min；
所述聚乙烯為高密度聚乙烯，熔體指數為0.08g/10min；
所述聚乙烯接枝馬來酸酐的共聚物的接枝率為0.6%～1.2%；
所述炭黑為爐法生成的炭黑，粒徑為12～30nm，吸油值為50～80cc/100g；
所述無滷阻燃劑為氫氧化鋁和氫氧化鎂按照2~3：1質量比復配形成的混合物，且其平均粒徑皆為0.8～1.5μm；
所述偶聯劑為矽烷偶聯劑a-172或z-6173；
所述交聯敏化劑為三甲代烯丙基異氰酸酯tmaic預聚物，分子結構如下式所示，聚合度n為2～10，其單體為三甲代烯丙基異氰酸酯tmaic，分子量為291.35；
所述抗氧劑為1010和dltp按照0.8~1：1~1.2的質量比復配的混合物。
上述技術方案進一步改進的技術方案如下：
1.上述方案中，所述矽酮母粒中有效成分矽酮的質量含量為50%。
2.上述方案中，所述潤滑劑為pe蠟、eva蠟、硬脂酸鈣或硬脂酸鋅中的至少一種。
3.上述方案中，所述氫氧化鋁阻燃劑平均粒徑為0.8~1.5μm。
4.上述方案中，所述氫氧化鎂阻燃劑平均粒徑為0.8~1.5μm。
由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：
1.本發明耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料，選用乙烯醋酸乙烯共聚物eva、乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物、聚乙烯和聚乙烯接枝馬來酸酐的共聚物作為基材樹脂，添加氫氧化鋁和氫氧化鎂阻燃劑，及爐法炭黑，並在矽烷偶聯劑、交聯敏化劑tmaic預聚物和抗氧劑等助劑作用下採用雙階機，即有雙螺杆和單螺杆組成的設備，經兩步法技術，可以提高共混材料中填料和基材的相容性，提高材料的機械性能；最終製得符合挪威nek606海上平臺用無滷/防泥漿電纜標準的耐泥漿電纜用的無滷阻燃護套材料，經輻照加工後成為石油平臺用輻照交聯耐泥漿低煙無滷阻燃電纜。
2.本發明耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料，基材選用乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物是本發明的特點之一，該共聚物可以在保持va含量較低的情況下，耐油性能相當於高va含量的evm；與eva共聚物、高密度聚乙烯及pe接枝馬來酸酐共聚物進行合理復配，不僅消除了高va含量evm在生產過程中存在發粘、結塊等缺點，保持了令人滿意的耐熱性和低溫性能；更重要的是，在爐法炭黑（3.3%～3.5%比例）的補強作用下，取得了優越的高耐油性能及耐泥漿性能，輻照後，通過挪威標準nek606的耐油耐泥漿性能要求。
3.本發明耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料，採用三甲代烯丙基異氰酸酯tmaic預聚物作為交聯敏化劑，是本發明的另一大特點，將tmaic預聚物使用到配方中後，大幅提高了產品的輻照交聯效果，在相同熱延伸率（10%）的要求下，輻照劑量從原來的25mrad降低到目前的15mrad，大大降低了輻照的加工難度與加工成本，保證其容易達到高耐油耐泥漿所需的低熱延伸率的輻照交聯要求，進一步促成高耐油耐泥漿方案的實現。
4.本發明耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料，使用氫氧化鋁、氫氧化鎂，賦予產品無滷阻燃特性，與潤滑劑矽酮母粒配合使用，具有明顯的協效作用，可以提高複合阻燃體系的結殼、耐滴落等阻燃效果。同時添加矽烷偶聯劑對無機填料進行改性，能夠提高無機阻燃劑與基料之間的相容性，這樣，對於提高材料老化性能、耐油性及耐泥漿性能都是有益的。抗氧化體系採用抗氧劑1010和dltp配合使用的方式，具有明顯協同效果，使得產品在明顯減少抗氧劑用量的同時，仍可滿足一定的老化性能要求，即經一定的高溫老化後，材料結構和性能具有一定的保持性，同時也保證了產品的耐油性和耐泥漿性能；對常規低煙無滷阻燃電纜料的配方進行技術改進，通過添加乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物與炭黑補強配合，以及高效的交聯敏化劑tmaic預聚物對交聯效果的促進，有效地提高了無滷阻燃護套料的耐油性能和耐泥漿性能，最終可以很好地滿足挪威nek606海上平臺用無滷/防泥漿電纜標準的要求。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述：
實施例：一種耐油耐泥漿輻照交聯阻燃電纜材料，材料配方：
製備工藝
第一步：將按配方重量計量的乙烯醋酸乙烯共聚物eva、乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物、聚乙烯和聚乙烯接枝馬來酸酐的共聚物在高速混合機中高速混合30秒鐘，然後經雙螺杆造粒機混合塑化造粒，加工溫度為：輸送段120～130℃，熔融段140～155℃，混煉段160～170℃，排氣段155～165℃，均化段155～165℃，機頭160～170℃。
第二步：將上述材料再加入按配方重量計量的炭黑、氫氧化鋁阻燃劑、氫氧化鎂阻燃劑、矽烷偶聯劑、交聯敏化劑三甲代烯丙基異氰酸酯tmaic預聚物、抗氧劑1010、抗氧劑dltp、矽酮母粒和潤滑劑，在高速混合機中混合30秒鐘，再在雙階機中捏合塑化造粒，雙階機包括雙螺杆的加工溫度為：輸送段100～115℃，熔融段120～135℃，混煉段140～150℃，排氣段145～155℃，均化段145～155℃，機頭150～160℃，包括單螺杆溫度為：第一區120～135℃，第二區120～135℃，第三區120～135℃，機頭130～145℃，切粒風冷後包裝。
第三步：將第二步所得材料在電線電纜擠線機生產線上，在一區110～120℃，二區120～140℃，三區135～155℃，四區135～155℃，機頭130～150℃的溫度下擠出，包覆在導體線芯上，再進行輻照加工，輻照後熱延伸15%～25%，即成為滿足挪威nek606海上平臺用無滷/防泥漿電纜標準的電纜，按照電纜標準對各項指標進行檢測。
2、技術指標
由上述實施例可以看出，本發明在材料配方中通過添加乙烯-醋酸乙烯-一氧化碳三元共聚物及高效交聯敏化劑tmaic預聚物，使得材料可以發生更充分均勻有效的交聯反應，既而具有更高的耐油性和耐泥漿性能；使用該電纜護套料製得的產品可以滿足挪威nek606海上平臺用無滷/防泥漿電纜標準的要求。
上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。