一种阻燃聚氨酯电缆外护套材料的制作方法

本发明涉及一种阻燃聚氨酯电缆外护套材料，属于高分子材料。

背景技术：

1、聚氨酯用于电缆外护套有着其它材料无法比拟的优点，尤其热塑性聚氨酯弹性体，具有力学性能好、低温柔顺性好、耐磨性能是天然橡胶的3~5倍、耐臭氧耐辐射、广泛的耐化学品性、与其它电缆用材料（如芳纶、无纺布、铜丝等）粘和性好等显著优点，因此聚氨酯电缆外护套已广泛应用于一些使用要求较高的场合，如矿用、油井用、核电站用、船舰用电缆。现在聚氨酯材料正逐步取代pvc、各种合成橡胶等作为电缆的外护套，用于各种恶劣的环境中。

2、尽管聚氨酯用于电缆外护套拥有上述如此多的优势，但聚氨酯材料最大的缺陷就是易燃，不加任何阻燃剂的聚氨酯材料的氧指数仅为16.5~18，而且聚氨酯燃烧时会放出大量的浓烟和有毒气体，严重威胁人类生命健康，故如何优化聚氨酯电缆外护套材料的阻燃性能是业内重点关注的问题。

3、中国专利cn114031930a公开了一种高强度高阻燃聚氨酯电缆护套料及其制备方法。所述的高强度高阻燃聚氨酯电缆护套料，其包含如下重量份的原料组分：聚氨酯树脂40～80份；无卤阻燃剂15～40份；玻纤粉末1～8份；偶联剂0.1～1份。所述的高强度高阻燃聚氨酯电缆护套料以无卤阻燃剂作为阻燃剂，同时以玻纤粉末作为增强剂。该专利中无卤阻燃剂选用次磷酸铝和三聚氰胺，这两种阻燃剂都是无机粉体，玻纤粉末也是无机粉体，三种粉体的添加量在16~48份，这会极大提高聚氨酯熔融加工时的熔体粘度，难以得到综合性能较好的电缆外护套。

4、中国专利cn105860495a 公开了一种高韧性阻燃聚氨酯电缆外护套，其原料按重量份包括：高柔韧性疏水阻燃聚氨酯45~50份，环氧树脂25~30份，硅橡胶18~22份，过氧化二异丙苯3.2~3.5份，过硫酸铵1~2份，交联剂tac 1.3~1.6份，邻苯二甲酸二异癸酯0.6~0.9份，炭黑15~18份，氧化锌8~10份，石英粉5~8份，硅烷偶联剂kh-550 4~6份，防老剂mb 0.8~1.2份，防老剂rd 1.8~2.2份。该专利加入交联剂，改变了聚氨酯热塑性成型的工艺过程，使电缆外护套材料的成型过程变的异常复杂，而且最终得到的聚氨酯材料的阻燃性能并不好。

5、以上可以看到目前聚氨酯电缆外护套材料仍存在阻燃性和综合性能难以同时兼顾的问题，如何在不损失综合性能的条件下制备出高阻燃的聚氨酯电缆外护套材料是材料科研工作者亟需解决的业界难题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种阻燃聚氨酯电缆外护套材料，实现以下发明目的：通过相对简单的方法制备出高阻燃、加工性能好、综合性能优异的聚氨酯电缆外护套材料。

2、为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种阻燃聚氨酯电缆外护套材料，所述阻燃聚氨酯电缆外护套材料的阻燃功能性成分为离子液体、植酸铵、木质素、硼酸锌复配而成的复合阻燃剂，该电缆外护套材料的制备方法包括植酸铵的制备、复合阻燃剂的复配、密炼混合、螺杆挤出四个步骤：

4、以下是对上述技术方案的进一步改进：

5、步骤1、植酸铵的制备

6、将植酸、尿素、去离子水按质量比2~5:2~7:15~29混合，控温100~125℃、搅拌速率350~600转/分下回流反应2~3.5小时后得到粘稠状液体，在80~95℃、真空度-0.1~-0.09mpa条件下旋蒸1~2.5小时除去水分后，得到白色固体植酸铵。

7、步骤2、复合阻燃剂的复配

8、将离子液体、植酸铵、木质素按质量比22~35:4~7:4~8混合后，在130~170℃、搅拌速率600~1000转/分下搅拌2~5小时，待木质素完全溶解后，将得到的液体置于高速分散机上，加入硼酸锌粉末，在130~170℃、75000~95000转/分下分散45~70分钟后，冷却至室温得到粘稠状复合阻燃剂；

9、所述离子液体为1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种；

10、所述硼酸锌粉末的粒径为1~10微米；

11、所述硼酸锌粉末的加入量为离子液体质量的15~30%。

12、步骤3、密炼混合

13、将复合阻燃剂和热塑性聚氨酯弹性体按质量比1:9~15投入密炼机中，在150~180℃、转速70~120转/分下密炼20~40分钟后得到初混物料。

14、步骤4、螺杆挤出

15、将初混物料喂入锥形喂料斗，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒和干燥，得到阻燃聚氨酯电缆外护套材料，双螺杆挤出机的温度1至5区设置如下：150~160℃，160~170℃，170~180℃，180~190℃，190~195℃。

16、与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：

17、1、本发明用植酸、尿素制备出了磷、氮含量较高的植酸铵，通过植酸铵溶于离子液体中的工艺过程，使植酸铵能够充分分散入聚氨酯弹性体基体中，使磷氮协同阻燃作用能够充分发挥出来，从而得到了阻燃性能在v0级别的阻燃聚氨酯电缆外护套材料；

18、2、本发明中加入的离子液体含有氟硼元素的组合或氟磷元素的组合，这些有着阻燃作用的元素组合和加入的植酸铵、硼酸锌、木质素等化合物构成了高阻燃效率的协作体系，其中植酸铵和硼酸锌会在聚氨酯弹性体燃烧的初期，在较低的温度下通过热分解起到吸热冷却作用和稀释空气中氧气，燃烧的高温阶段植酸铵中的p元素以及硼酸锌会形成玻璃态物质覆盖层，阻止燃烧反应和热量向基体内部的传递，同时木质素的加入会提高燃烧时的残碳率，使基体燃烧表面更容易结碳进而阻碍热量向基体内部的快速传递，另外离子液体中的氟元素可以和硼、锌等元素生成氟化硼和氟化锌，抑制和捕获游离的羟基,阻止燃烧连锁反应；

19、3、本发明中硼酸锌粉末先分散在离子液体中，然后再和聚氨酯弹性体熔融混合，这避免了粉末直接和高聚物基体熔融混合时难以分散均匀的难题，这样既保证了硼酸锌粉末的阻燃效能，同时又避免了因为混合不均而造成的聚氨酯弹性体本身力学和耐老化性能的下降，而且离子液体本身的粘度较低，能够降低聚氨酯弹性体熔融加工时的粘度，提高了熔融混合和螺杆挤出操作的工艺参数容忍度；

20、4、本发明制备出的阻燃聚氨酯电缆外护套材料，挤出得到的电缆外护套成品，其拉伸强度为46.5~49.2mpa，断裂伸长率573~599%，热老化（75℃，240h）：拉伸强度变化率-2.6~-1.9%、断裂伸长率535~572%、断裂伸长率变化率-6.6~-4.5%，热延伸（200℃，0.2mpa）：载荷下伸长率7.9~8.9%、冷却后永久变形为0，浸油试验（100℃，24h）：拉伸强度变化率-6.9~-5.8%、断裂伸长率变化率-6.0~-4.7%，阻燃级别为v0。

技术特征：

1.一种阻燃聚氨酯电缆外护套材料，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的阻燃聚氨酯电缆外护套材料，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的阻燃聚氨酯电缆外护套材料，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的阻燃聚氨酯电缆外护套材料，其特征在于：

技术总结
一种阻燃聚氨酯电缆外护套材料，属于高分子材料技术领域，其制备方法包括植酸铵的制备、复合阻燃剂的复配、密炼混合、螺杆挤出四个步骤；本发明制备出的阻燃聚氨酯电缆外护套材料，挤出得到的电缆外护套成品，其拉伸强度为46.5~49.2MPa，断裂伸长率573~599%，热老化（75℃，240h）：拉伸强度变化率‑2.6~‑1.9%、断裂伸长率535~572%、断裂伸长率变化率‑6.6~‑4.5%，热延伸（200℃，0.2MPa）：载荷下伸长率7.9~8.9%、冷却后永久变形为0，浸油试验（100℃，24h）：拉伸强度变化率‑6.9~‑5.8%、断裂伸长率变化率‑6.0~‑4.7%，阻燃级别为V0。

技术研发人员：傅永国,冯吉健,王秀华,张春波
受保护的技术使用者：潍坊潍星联合橡塑有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13