本发明属于电缆材料技术领域，具体涉及一种电力电缆用新型PVC阻燃护套材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着人们对火灾危险性的认识不断加深，对建筑等行业的防火性能提出了更高的要求。在此背景下，作为国民经济重要配套产业的电线电缆行业，人们对电线电缆防火性能的要求也随之越来越高。因此加强电线电缆防火性能研究，对于提高电力系统防火水平、保障人身及生命财产安全具有十分重要的意义。
目前，为提高PVC阻燃护套材料的阻燃性能，配方体系多采用DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、DOTP(对苯二甲酸二辛酯)等常规增塑剂与CP-52(52#氯化石蜡)、TCEP(磷酸三氯乙酯)等阻燃增塑剂搭配，加入三氧化二锑、硼酸锌、氧化锌、氢氧化镁、氢氧化铝等无机阻燃剂得到需要的阻燃性能。但是阻燃增塑剂的加入不但会使PVC电缆材料的低温性能变差，而且对电缆材料的热稳定性能产生不利的影响，大量添加无机阻燃剂会降低PVC电缆料的物理机械性能，降低PVC电缆料的加工流动性并且对低温性能也产生不利的影响。所以，本发明舍弃添加阻燃增塑剂，并且通过采用价格更为便宜且环保的络合锑替代三氧化二锑，然后采用特殊的配伍材料获得PVC阻燃护套料，可以达到理想阻燃效果并且保证一定低温性能(本发明的电缆用PVC阻燃护套材料的低温脆化温度≤-20℃)的PVC电缆阻燃护套材料有重要意义。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电力电缆用PVC阻燃护套材料及其制备方法，其可以保证电力电缆用PVC阻燃护套料满足GB/T8815-2008对其物理机械性能要求，成本较低，氧指数达到32％以上，低温脆化温度≤-20℃，电缆料的挤出加工流动性好，低温性能较好。
为克服上述技术问题，本发明提供一种电力电缆用PVC阻燃护套材料， 其包括聚氯乙烯(PVC)、络合锑化合物助阻燃剂、环保增塑剂、碳酸钙、氢氧化镁、十溴二苯乙烷、氧化锌、硼酸锌、环保钙锌复合稳定剂、抗氧剂、润滑剂和成型剂。
其中，所述络合锑化合物结构式如下所示：
其中，R为甲基、乙基、乙烯基、丙基、异丙基、戊基或溴苯基。
其中，所述电力电缆用PVC阻燃护套材料中各原料的重量份分别为聚氯乙烯100重量份、环保增塑剂45～50重量份、碳酸钙10～30重量份、氢氧化镁15～30重量份、络合锑2～6重量份、溴系阻燃剂十溴二苯乙烷1～3重量份、硼酸锌4重量份、氧化锌1～3重量份、环保钙锌复合稳定剂4～8重量份、抗氧剂0.2～0.4重量份、润滑剂1.5～2.5重量份、成型剂1～3重量份、着色黑色浆2.4重量份。
其中，聚氯乙烯(PVC)选用分子量较高的SG-2型和SG-3型聚氯乙烯树脂。
其中，环保增塑剂选择添加DOTP(对苯二甲酸二辛酯)、聚酯类、DOS(癸二酸二辛酯)、ESBO(环氧大豆油，江苏南通海珥玛科技股份有限公司产品，型号：HM-01R)等环保增塑剂中的一种或几种混合。
其中，使用的抗氧剂是1010(中文名：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
其中，所述环保钙锌复合稳定剂由硬脂酸钙，硬脂酸锌，润滑剂，多元醇、亚磷酸酯与β-二酮等抗氧剂采用特殊复合工艺合成。
其中，润滑剂选择添加硬脂酸、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的一种或几种。
本发明还提供了PVC阻燃护套材料的制备方法，具体包括：
第一步，原料的预处理；
第二步，原料的混合；
第三步，基础造粒；
第四步，包装。
有益的技术效果
本发明研制的PVC阻燃护套料满足GB/T 8815-2008对其物理机械性能要求，氧指数达到32％以上，加工流动性好，用于线缆护层时，挤出速度较快，发烟量较小，对人身造成二次伤害小。
具体实施方式
本发明提供一种电力电缆用PVC阻燃护套材料，其包括聚氯乙烯(PVC)、络合锑化合物助阻燃剂、环保增塑剂、碳酸钙、氢氧化镁、十溴二苯乙烷、氧化锌、硼酸锌、环保钙锌复合稳定剂、抗氧剂、润滑剂、成型剂。
所述络合锑化合物结构式如下所示：
其中，R为甲基、乙基、乙烯基、丙基、异丙基、戊基或溴苯基。
众所周知，三氧化二锑在PVC软、硬制品中是一种最常用的助阻燃剂，本身几乎不具有阻燃效果，但是和卤素搭配具有良好的协同效应。添加在软质品中份数较少时，并且氧指数较难达到32％。三氧化二锑的价格高，添加份数较多时，会无形中增加配方成本。经过申请人长期的研究，发现了一种与溴系阻燃剂具有协同效应的，价格比国标锑便宜2000元/吨左右的新型络合锑化合物，其可以保证氧指数32％以上，同时降低配方成本，满足三氧化二锑所达不到的要求。
所述电力电缆用PVC阻燃护套材料中各原料的重量份分别为聚氯乙烯100重量份、环保增塑剂45～50重量份、碳酸钙10～30重量份、氢氧化镁15～30 重量份、络合锑2～6重量份、溴系阻燃剂十溴二苯乙烷1～3重量份、硼酸锌4重量份、氧化锌1～3重量份、环保钙锌复合稳定剂4～8重量份、抗氧剂0.2～0.4重量份、润滑剂1.5～2.5重量份、成型剂1～3重量份、着色黑色浆2.4重量份。
聚氯乙烯(PVC)具有优良的耐化学药品性、机械性能及电绝缘性良好，极限氧指数可达50％，并且具有优异的加工性能，在电线电缆行业得到广泛应用。考虑到加工性的难易及力学性能及电性能的要求，一般选用分子量较高的SG-2型和SG-3型聚氯乙烯树脂加工电缆料，本申请优选SG-3型聚氯乙烯树脂粉作为主体材料。
增塑剂的加入，可以降低聚氯乙烯份子链间的作用力、玻璃化温度；提高树脂的可塑性，使制品柔软、耐低温好、易于加工。但是，随着增塑剂添加量的增加，聚氯乙烯树脂的阻燃性能变差，故增塑剂的添加份数不易过多；本申请的增塑剂选择添加DOTP(对苯二甲酸二辛酯)、聚酯类、DOS(癸二酸二辛酯)、ESBO(环氧大豆油，江苏南通海珥玛科技股份有限公司产品，型号：HM-01R)等环保增塑剂中的一种或几种混合，而不添加CP-52(52#氯化石蜡)、TCEP(磷酸三氯乙酯)等对PVC电缆料稳定性、低温性能产生不利影响的非环保阻燃增塑剂。
在填充体系方面，聚氯乙烯配方中加入一定量的填充剂碳酸钙，可以降低本、提高耐热性、增加尺寸稳定性；氢氧化镁等无机阻燃填充物还可以提高配方体系的阻燃性能，本申请选择2500目的重质碳酸钙和2000～5000目的氢氧化镁作为阻燃PVC护套电缆料的填充剂搭配使用。
使用的抗氧剂是1010(中文名：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，加入份数为0.2～0.4，作用是：延缓或抑制聚合物(PVC，聚氯乙烯)氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化，并延长其使用寿命。
阻燃剂方面，因为大量添加增塑剂使PVC护套电缆料的阻燃性能大幅度降低，本申请选择添加与PVC树脂中的氯和十溴二苯乙烷中的溴等卤素有协同作用的特殊结构的络合锑作为PVC护套电缆料的助阻燃剂；同时添加氧化锌、硼酸锌、十溴二苯乙烷等阻燃剂来提高PVC护套电缆料的阻燃性能。
稳定剂方面，聚氯乙烯树脂对热极为敏感，是极易产生热降解的聚合物之一，因此加入环保钙锌复合稳定剂用以改善其热稳定性，使PVC电缆料的加工成为可能，所述环保钙锌复合稳定剂是市场上销售的一类环保复合稳定 剂，用来替代非环保的铅盐稳定剂，由硬脂酸钙，硬脂酸锌，润滑剂，多元醇、亚磷酸酯与β-二酮等抗氧剂采用特殊复合工艺合成，深圳市志海实业股份有限公司的产品，产品型号为AIMSTA-6809WA。
此外，添加硬脂酸、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的一种或几种等润滑剂，防止摩擦生热而引起聚氯乙烯降解，提高制品的外观质量；添加成型剂WY-55(江苏爱特恩高分子材料有限公司的一款促进塑化，降低加工温度的金属有机高分子聚合物。其表面疏水，且接触角同PVC接近，可以均匀的“渗透”至PVC树脂颗粒中，且由于WY-55为刚性颗粒，对粒子产生破粹作用，可促进初级颗粒转化成结构粒子，从而促进塑化，且保证塑化均匀性)等加工助剂改善填充剂等粉末材料的分散，提高塑化速率，降低加工温度，改善聚氯乙烯熔体的流动性。
着色黑色浆的加入起到着色的作用。
本发明还提供了PVC阻燃护套材料的制备方法，具体包括：
第一步，原料的预处理；
第二步，原料的混合；
第三步，基础造粒；
第四步，包装。
所述第一步进一步具体为聚氯乙烯树脂粉、阻燃剂粉末材料过100目筛，之后准确称取各原材料的重量份备用。
所述第二步进一步具体为将聚氯乙烯树脂粉、稳定剂、抗氧剂、部分增增塑剂(除聚酯增塑剂以外的增塑剂)加入500L高速混合机中，低速搅拌直至增塑剂被聚氯乙烯树脂粉充分吸收之后，再加入聚酯增塑剂(防止聚酯增塑剂先于聚氯乙烯树脂粉吸收其它增塑剂，造成最终生产的料粒塑化不良)，待所有增塑剂充分吸收之后，加入阻燃剂、填充剂、润滑剂等，高速搅拌直至粉料呈膨胀疏松粉末时，此时料温在115℃左右，全程需要6～10min，将料卸到冷却混合机中降温，至45℃以下时出料。
所述第三步进一步具体为将步骤二的混合料投到75/180双阶挤出机中造粒，加工工艺为双螺杆加工温度：1区100～110℃，2区110～120℃，3区130～135℃，4区135～145℃，5区135～145℃，6区135～145℃，7区110～120℃，8区110～100℃；单螺杆加工温度：9区100℃，10区110℃，11区120 ℃，机头170～180℃；双螺杆转速45rpm，单螺杆转速35rpm。
以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
聚氯乙烯树脂粉(SG-3型)、阻燃剂氧化锌、十溴二苯乙烷、硼酸锌、络合锑等粉末材料过100目筛，之后准确称取各原材料的重量份备用；将聚氯乙烯树脂粉75kg、环保钙锌复合稳定剂3.75kg、硬脂酸0.375kg、0.15kg的抗氧剂1010、部分增塑剂：对苯二甲酸二辛酯6kg、环氧大豆油6kg、癸二酸二辛酯16.5kg加入500L高速混合机中，低速搅拌直至增塑剂被聚氯乙烯树脂粉充分吸收之后，再加入聚酯增塑剂7.5kg直至被聚氯乙烯树脂粉充分吸收。按照下表1的比例加入碳酸钙11.25kg、氢氧化镁15kg、硼酸锌3kg、氧化锌0.9kg、络合锑化合物1.5kg、聚乙烯蜡0.375kg、硬脂酸钡0.75kg、WY-551.125kg、着色黑色浆1.8kg，高速搅拌直至呈膨胀疏松粉末时，此时料温在115℃左右，全程需要6～10min，将料卸到冷却混合机中降温，至45℃以下时出料，将获得的混合料投到75/180双阶挤出机中造粒，加工工艺为双螺杆加工温度：1区100～110℃，2区110～120℃，3区130～135℃，4区135～145℃，5区135～145℃，6区135～145℃，7区110～120℃，8区110～100℃；单螺杆加工温度：9区100℃，10区110℃，11区120℃，机头170～180℃；双螺杆转速45rpm，单螺杆转速35rpm。
申请人共进行了4组实施例和2组比较例的实验对比，实验结果如表1所示。
表1
由表1数据可知：使用络合锑化合物的实施例配方生产的PVC阻燃护套料与使用国标三氧化二锑的对比例生产的PVC阻燃护套料在氧指数、低温冲击脆化温度指标中无差异；在200℃热稳定时间指标中略有差别，使用络合锑化合物的PVC阻燃电缆料的200℃热稳定时间略短，但是完全满足GB/T8815-2008对阻燃H I-90的200℃热稳定时间≥80min的要求。
申请人还比较了络合锑化合物和国标三氧化二锑的热失重数据比较，结果见表2。
表2
注：1)A-络合锑，B-国标三氧化二锑
2)每组取三个小哑铃试片(标准GB/T1040.2-2006标准中5A型)，放入老化箱前称量每个试片的重量，在180℃的老化箱中(180℃接近挤塑机螺杆加工温度)，每两个小时取出一组试片称量重量后，计算热失重。
由数据：络合锑等量替代国标三氧化二锑对体系热失重影响不大。氧指数接近，络合锑完全可以等量替代国标三氧化二锑在PVC阻燃电缆料中使用。
所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式 的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。