導電阻燃低煙乙烯-醋酸乙烯酯複合材料及其製備方法

2023-10-08 03:32:09 1

專利名稱：導電阻燃低煙乙烯-醋酸乙烯酯複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子材料領域，涉及一種高分子複合材料，尤其涉及一種具有導電 阻燃性能的乙烯-醋酸乙烯酯複合材料，主要用於電纜工業。本發明還涉及該乙烯-醋酸 乙烯酯複合材料的製備方法。
背景技術：
複合型高分子導電材料實質上是一種具有導電性能的高分子複合材料，通常是指 以高分子材料為基體，加入各種具有導電能力的物質，主要是一些無機填料，經過分散復 合、層積複合等方式處理後而具有導電功能的多相複合體系。複合型高分子導電材料與結 構型導電聚合物相比，具有加工簡單、成本低的優點，並且綜合了各組分的特性，既具有填 料的導電性，又具有高分子材料的各種優異特性，可以根據實際需求大範圍調節材料的電 學性能和力學性能，便於使用。因此，它在輕工，紡織，能源，電子，航空航天等領域得到了迅 速發展和廣泛應用。隨著科學技術的現代化和電子工業的迅速發展，這種新型材料的需求 量會越來越大。複合導電高分子材料可根據基體的不同，可分為導電橡膠，導電塑料，導電 纖維，導電粘合劑。根據材料功能的不同，可分為防靜電和除靜電材料，電極材料，發熱材 料，電磁屏蔽材料等。乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)是近年來發展迅速的塑料品種之一，它具有良好的耐衝 擊性、柔韌性、耐環境應力開裂性，同時與填料、阻燃劑有較好的混容性。EVA適合於擠出、 注射、吹塑、熱成型等多種加工方式，生產主要產品有管材、板材、建材、電氣配件、電纜絕緣 材料和日用品等多類產品。但EVA與聚烯烴一樣易燃，同時產生帶有毒性氣體的黑煙，限制 了其在家電、建築、建材、電纜絕緣等方而的應用，故在生產中，EVA的阻燃抑煙性越來越引 起人們的重視。以電纜工業為例，電纜對阻燃抑煙性和環保性的要求日益苛刻。對聚合物 的要求即要能夠阻燃抑煙，還要符合電性能和力學性能要求。因此，以乙烯-醋酸乙烯酯 (EVA)為基體，複合具有導電性能的填料，製備一種具有導電阻燃性能的乙烯_醋酸乙烯酯 複合材料，具有十分重要的意義。在諸多的導電填料中，炭黑是用量最大、應用範圍最廣的一種。炭黑作為一種納米 材料，不僅原料充足、價格便宜、導電性穩定，而且還具有納米級粒徑(可達IOnm量級)，同 時炭黑還具有優良的著色和補強作用。另外，炭黑工業的發展也比較完善，有各種各樣牌號 的炭黑品種供選擇和使用。因此，綜合填料的價格、電學性能和穩定性等多種因素，導電炭 黑是比較理想的一種導電填料，也是研究和生產中應用最多的一種導電填料。坡縷石是我國西部儲量豐富有待開發利用的重要資源。坡縷石晶體內有與其長 度方向一致的孔徑為0. 32X0. 73nm的微孔，孔內含有大量的阻燃元素鎂，鋁和不同性質的 水，如結晶水、羥基結構水、沸石分子水和包結水等，這些水在高溫下產生的水蒸氣特別對 磷系阻燃劑有利，並且坡縷石的多孔和中空結構對氣體有著強吸附作用，中空隔熱絕熱能 夠阻斷熱的傳遞，這些特點使其具有良好的阻燃性能。同時坡縷石具有不揮發、價格低廉、 兼有阻燃、抑煙和降低有毒氣體的功能，所以是理想的無公害阻燃劑。

發明內容
本發明的目的是提供一種導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料。本發明的另一目的是提供一種導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料的製備方法。本發明的導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料，是以乙烯_醋酸乙烯酯為基 體，以導電炭黑和坡縷石為填料，通過大分子熔融插層法，使填料均勻分散在乙烯_醋酸乙 烯酯基體中。所述乙烯-醋酸乙烯酯與填料的質量比為1 0. 1 1 0.5;所述填料中，導電 炭黑和坡縷石的質量比為1 1 1 0. 1。本發明導電阻燃低煙乙烯-醋酸乙烯酯複合材料的製備方法，是將乙烯-醋酸乙 烯酯顆粒於40 70°C下真空乾燥24 48h，置於雙輥筒煉塑機上加熱熔融至流動；加入乙 烯_醋酸乙烯酯顆粒質量0. 1 0. 5倍的導電炭黑和坡縷石填料(導電炭黑和坡縷石的質 量比為1 1 1 0.1)，於110 150°C混煉0.1 0.4小時，然後置於平板硫化機上， 於110 150°C，8 IOMpa下壓製成型。在加入填料的同時，加入乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量3. OX 10_3 5X 10_3倍的抗 氧化劑，還可加入乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量倍0. 01 0. 03的潤滑劑。本發明採用的抗氧化劑有2，2-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，(3，5- 二叔丁 基-4-羥基苯基)丙酸季戊四醇酯，亞磷酸三苯酯等；潤滑劑有乙撐基雙硬酯醯胺(EBS)， 硬脂酸單甘油酯(GMS)或三硬脂酸甘油酯(HTG)。本發明添加的導電碳黑有乙炔碳黑(如N220、N330、N339、N550、N660、MT)、油漆 油墨普通炭黑(R400R)和超導電炭黑(VXC-72)。下面通過紅外譜圖、電鏡掃描、熱重分析以及垂直燃燒儀、煙密度儀等手段，對本 發明製備的乙烯-醋酸乙烯酯複合材料的結構、性能作詳細說明。1、電鏡掃描圖1為本發明乙烯-醋酸乙烯酯複合材料的電鏡掃描圖。從圖1我們可以看出， 炭黑及坡縷石粘土在基體中具有一定的團聚現象，但整體分散比較均勻。2、熱重分析圖2為本發明乙烯_醋酸乙烯酯複合材料的熱重曲線。其中曲線a，b為複合材料 熱重曲線(其區別為複合材料所含填料百分含量不同)；(為純乙烯-醋酸乙烯酯熱重曲 線。通過熱重圖可以看出，複合材料在350°C 450°C之間熱穩定性相對純基體有所提高， 在500°C以後，複合材料熱失重趨於穩定，殘碳量相對純基體較高。3、導電性能3. 1測試儀器半導電橡塑電阻測試儀3. 2製作試樣用衝模機在試片上截取縱橫兩個方向的試樣各三塊。試樣為長方 形試片，長度110mm，寬度50mm，厚度2mm或4mm。厚度應沿試片長度大致等距離測量6點計 算取其平均值，每一點的測最值與平均值之差應不超過+5%。3. 3測試標準環境及要求溫度25°C，相對溼度50 % ；3. 4測試結果每試樣測六次，求其數據平均值，然後求每試片所有試樣數據的平均值。電阻率在0.7 45 Ω · cm範圍內。4、煙密度測試4. 1測試儀器JSC-I型煙密度測試儀4. 2製作試樣用衝模機在每個試片上截取試樣各五塊，試樣長度75mm，寬度 75mm，厚度1mm。試樣表面平整、厚度均勻，無飛邊和毛刺等缺陷。4. 3測試標準環境及要求在測試前，將試樣置於25°C、相對溼度為50%的環境中 40h。4. 4測試結果剔除最大值和最小值，取三次測試的平均值。煙密度值在100 150。5、阻燃性能測試5. 1測試儀器JF-4型氧指數測定儀5. 2製作試樣用衝模機在每個試片上截取試樣。每組試樣截取5個，其樣條規格 為長度150mm，寬度6mm，厚度3mm。試樣表面平整、厚度均勻，無飛邊和氣泡等缺陷。5. 3測試結果氧指數為28. 0 31. 2。綜上實驗結果表明，本發明製備的乙烯-醋酸乙烯酯複合材料，具有和良好的導 電性能，阻燃性能以及較低的煙密度值，熔體滴落速度降低，火焰強度降低，點燃時間延長， 滿足了該材料在電線電纜工業領域的應用指標和要求。


圖1為本發明乙烯-醋酸乙烯酯複合材料的電鏡掃描2為本發明乙烯_醋酸乙烯酯複合材料的熱重曲線。
具體實施例方式實施例1 將乙烯-醋酸乙烯酯顆粒置於乾燥箱中，於70°C下真空乾燥48h，然後 轉到雙輥筒煉塑機上加熱熔融至能流動；加入乙烯_醋酸乙烯酯顆粒質量0. 43倍的導電 炭黑和坡縷石填料(導電炭黑和坡縷石的質量比為1 1)，乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量 3. 0 X 10_3倍的抗氧化劑2，2-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，和乙烯-醋酸乙烯酯顆 粒質量0. 01倍的潤滑劑EBS，於115°C混煉7分鐘。充分混煉之後，將材料從棍上取下，置 於平板硫化機上，於115°C，10Mpa下壓製成型。將材料取出，製成所需形狀的樣品，待測。經測定，其電阻率為4. 495 Ω · cm，煙密度值在108，氧指數為28. 8。實施例2 將乙烯-醋酸乙烯酯顆粒置於乾燥箱中，於70°C下真空乾燥48h，然後 轉到雙輥筒煉塑機上加熱熔融至能流動；加入乙烯_醋酸乙烯酯顆粒質量0. 43倍的導電 炭黑和坡縷石填料(導電炭黑和坡縷石的質量比為3 1)，乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量 3. 5 X ΙΟ"3倍的抗氧化劑亞磷酸三苯酯和乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量0. 01倍的潤滑劑EBS。 於120°C混煉10分鐘。充分混煉之後，將材料從棍上取下，置於平板硫化機上，於120°C， IOMpa下壓製成型。將材料取出，製成所需形狀的樣品，待測。經測定，其電阻率為1.981 Ω · cm，煙密度值在114，氧指數為30.9。實施例3 將乙烯-醋酸乙烯酯顆粒置於乾燥箱中，於70°C下真空乾燥48h，然後 轉到雙輥筒煉塑機上加熱熔融至能流動；加入乙烯_醋酸乙烯酯顆粒質量0. 40倍的導電
5炭黑和坡縷石填料(導電炭黑和坡縷石的質量比為5 1)，乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量
3.8 X 10_3倍的抗氧化劑亞磷酸三苯酯，乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量0. 015倍的潤滑劑EBT。 於120°C混煉10分鐘。充分混煉之後，將材料從棍上取下，置於平板硫化機上，於125°C， IOMpa下壓製成型。將材料取出，製成所需形狀的樣品，待測。經測定，其電阻率為1. 124 Ω · cm，煙密度值為120，氧指數為28. 2。實施例4 將乙烯-醋酸乙烯酯顆粒置於乾燥箱中，於70°C下真空乾燥48h，然後 轉到雙輥筒煉塑機上加熱熔融至能流動；加入乙烯_醋酸乙烯酯顆粒質量0. 33倍的導電 炭黑和坡縷石填料(導電炭黑和坡縷石的質量比為4 1)，乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量
4.0 X 10_3倍的抗氧化劑2，2-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，和乙烯-醋酸乙烯酯顆 粒質量0.116倍的潤滑劑三硬脂酸甘油酯(HTG)。於125°C混煉15小時。充分混煉之後， 將材料從棍上取下，置於平板硫化機上，於120°C，IOMpa下壓製成型。將材料取出，製成所 需形狀的樣品，待測。經測定，其電阻率為0. 943 Ω · cm，煙密度值在113，燃燒指數為28。實施例5 將乙烯-醋酸乙烯酯顆粒置於乾燥箱中，於70°C下真空乾燥48h，然後 轉到雙輥筒煉塑機上加熱熔融至能流動；加入乙烯_醋酸乙烯酯顆粒質量0. 3倍的導電 炭黑和坡縷石填料(導電炭黑和坡縷石的質量比為5 1)，乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量 4 X ΙΟ"3倍的抗氧化劑2，2-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，和乙烯-醋酸乙烯酯顆粒 質量0.02倍的潤滑劑乙撐基雙硬酯醯胺(EBS)。於120°C混煉15分鐘。充分混煉之後，將 材料從棍上取下，置於平板硫化機上，於120°C，IOMpa下壓製成型。將材料取出，製成所需 形狀的樣品，待測。經測定，其電阻率為0. 723 Ω · cm，煙密度值在129，氧指數為29. 3。實施例6 將乙烯-醋酸乙烯酯顆粒置於乾燥箱中，於60°C下真空乾燥48h，然後 轉到雙輥筒煉塑機上加熱熔融至能流動；加入乙烯_醋酸乙烯酯顆粒質量0. 35倍的導電 炭黑和坡縷石填料(導電炭黑和坡縷石的質量比為5 1)，乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量 4. 5 X 10_3倍的抗氧化劑2，2-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，和乙烯-醋酸乙烯酯顆 粒質量0.03倍的潤滑劑乙撐基雙硬酯醯胺(EBS)。於150°C混煉25分鐘。充分混煉之後， 將材料從棍上取下，置於平板硫化機上，於150°C，IOMpa下壓製成型。將材料取出，製成所 需形狀的樣品，待測。經測定，其電阻率為44 Ω · cm，煙密度值在145，氧指數為30. 1。
權利要求
一種導電阻燃低煙乙烯 醋酸乙烯酯複合材料，是以乙烯 醋酸乙烯酯為基體，以導電炭黑和坡縷石粘土為填料，通過大分子熔融插層法，使填料均勻分散在乙烯 醋酸乙烯酯基體中。
2.如權利要求1所述導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料，其特徵在於所述乙 烯-醋酸乙烯酯與填料的質量比為1 0. 1 1 0.5。
3.如權利要求1所述導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料，其特徵在於所述填 料中，導電炭黑和坡縷石的質量比為1 1 1 0. 1。
4.如權利要求1所述導電阻燃低煙乙烯-醋酸乙烯酯複合材料的製備方法，是將乙 烯-醋酸乙烯酯顆粒於40 70°C下真空乾燥24 48h，置於雙輥筒煉塑機上加熱熔融至 流動；加入乙烯_醋酸乙烯酯顆粒質量0. 1 0. 5倍的導電炭黑和坡縷石填料，於110 150°C混煉0. 1 0. 4小時，然後置於平板硫化機上，於110 150°C，8 IOMpa下壓製成 型。
5.如權利要求1所述導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料的製備方法，其特徵在 於所述填料中，導電炭黑和坡縷石粘土的質量比為1 1 1 0. 1。
6.如權利要求1所述導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料的製備方法，其特徵在 於在加入填料的同時，加入乙烯_醋酸乙烯酯顆粒質量3. OX 10_3 5X 10_3倍的抗氧化 劑。
7.如權利要求1所述導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料的製備方法，其特徵在 於在加入填料的同時，加入乙烯-醋酸乙烯酯顆粒質量0. 01 0. 03倍的潤滑劑。
8.如權利要求6所述導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料的製備方法，其特徵在 於所述抗氧化劑為2，2-亞甲基雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯 基)丙酸季戊四醇酯或亞磷酸三苯酯。
9.如權利要求7所述導電阻燃低煙乙烯_醋酸乙烯酯複合材料的製備方法，其特徵在 於所述潤滑劑為乙撐基雙硬酯醯胺，硬脂酸單甘油酯或三硬脂酸甘油酯。
10.如權利要求1所述具有導電阻燃性能的乙烯-醋酸乙烯酯複合材料的製備方法，其 特徵在於所述導電炭黑為乙炔碳黑、油漆油墨普通炭黑或超導電炭黑。
全文摘要
本發明提供了一種導電阻燃低煙乙烯-醋酸乙烯酯複合材料及其製備方法，屬於高分子複合材料技術領域。本發明以乙烯-醋酸乙烯酯為基體，以導電炭黑和坡縷石粘土為填料，通過大分子熔融插層法，使填料均勻分散在乙烯-醋酸乙烯酯基體中。通過電鏡掃描、熱重分析、水平垂直燃燒儀、氧指數儀、半導電橡塑電阻測試儀及煙密度測試儀等手段檢測表明，本發明製備的乙烯-醋酸乙烯酯複合材料，具有和良好的導電性能，阻燃性能以及較低的煙密度值，熔體滴落速度降低，火焰強度降低，點燃時間延長，滿足了該材料在電線電纜工業領域的應用指標和要求。
文檔編號C08L31/04GK101906226SQ201010248018
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者張哲 , 楊堯霞, 王利民, 章頡, 許劍, 鄭秦生, 雷自強 申請人:西北師範大學;天水萬維電纜材料有限公司