一种高阻燃耐低温耐候TPEE电缆材料及其制备方法与流程

本发明涉及电缆材料，具体涉及一种高阻燃耐低温耐候tpee电缆材料及其制备方法。

背景技术：

1、热塑性聚酯弹性体(tpee)又称聚酯橡胶，是一类含有pbt（聚对苯二甲酸丁二醇酯）聚酯硬段和脂肪族聚酯或聚醚软段的线型嵌段共聚物。当前新能源汽车的推广普及带动了充电桩用线缆需求的增加，tpee在电线电缆套方面的应用具有重要优势，首先tpee有良好电绝缘性，其次使用tpee制作线缆，在相同力学强度的要求下，tpee线缆的绝缘层和护套可以用料更少，质量更小。随着当前数据中心的扩容以及5g网络对光缆的需求，未来对高密度高芯数光缆的需求大幅度上升，tpee在力学性能和加工性能上具有优势，因此tpee也可应用于光纤方面。综上tpee作为电缆材料具有广阔的前景。

2、虽然tpee在水雾、臭氧、室外空气老化等条件下的化学性能稳定，但一方面tpee容易燃烧，且在燃烧时会产生滴落，在发生火灾时，滴落会带来火焰的蔓延或者烫伤等危险，另一方面与大多数热塑性弹性体（tpe）一样，tpee受紫外光作用会发生降解，力学性能降低，而电缆料应用场景户外居多，因此如何提高tpee电缆材料的阻燃性能与避免紫外线对材料的影响，至关重要。

3、为了提高tpee电缆材料的阻燃性能，通常会加入阻燃剂，但传统的阻燃剂主要是含卤材料，在燃烧过程中会有大量有毒烟雾产生，且具有持久性、可累积性、迁移性，因此面临被全面禁止使用的可能。磷氮系阻燃剂属于膨胀型阻燃剂，具有阻燃效率高、低毒、无腐蚀性等特点，已被广泛应用于聚烯烃、聚酯、橡胶等高分子材料中。2024年刘天明等人在符合材料学报上发表了文章《热塑性聚酯弹性体复合材料的制备与阻燃性能》，其中公开了使用二乙基亚膦酸铝盐（alpi）和三聚氰胺聚磷酸盐（mpp）作为阻燃剂，增加了阻燃性能，但与tpee的相容性较差，导致tpee材料的力学性能下降。

4、为了增强tpee中聚酯硬段的紫外线稳定性，提高聚酯的耐紫外老化性能，目前主要有以下四种途径：1、添加紫外吸收剂，将紫外吸收剂添加进聚酯中，在聚酯使用时利用紫外吸收剂将紫外线吸收，保护聚酯分子链段不受破坏，这是在工业上提高聚酯耐紫外性能最常见的方法，但该类物质加工使用时容易迁移析出；2、添加纳米无机填料，将纳米氧化锌、纳米二氧化钛等自身具有紫外屏蔽作用的纳米无机填料引入聚酯基体中，从而提升聚酯基体耐紫外性能，无机填料与聚酯弹性体之间相容性差，使用时填料会出现团聚、迁移和析出，影响其吸收紫外线能力；3、改性法，即通过挑选耐紫外性能优良的聚合物、中间体和单体，再经过物理共混或者化学改性的方法后，聚酯的耐紫外性能得到提高；4、合成法，从聚酯分子结构出发，选择不含易吸收紫外线基团或结构(如苯环，酮，叔碳等)的单体，再将这些单体组合得到耐紫外性能优良的聚酯，但化学改性和合成法实际操作起来步骤繁琐，性价比不高，应用于工业生产的实例较少。

5、因此，需要提供一种高阻燃耐低温耐候tpee电缆材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种高阻燃耐低温耐候tpee电缆材料及其制备方法，实现高阻燃、耐低温和耐紫外线老化性能的同时保持tpee电缆材料的力学性能的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供一种高阻燃耐低温耐候tpee电缆材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、制备改性聚乙烯：取聚乙烯、二苯甲酮、三烯丙基异三聚氰酸酯、抗氧剂加热搅拌，造粒，得到改性聚乙烯；

4、s2、制备tpee电缆材料：取tpee、改性聚乙烯、相容剂、复合阻燃剂、润滑剂、抗氧剂混合均匀，造粒得到tpee电缆材料。

5、本发明通过将聚乙烯改性，得到的改性聚乙烯上具有二苯甲酮的结构，通过对聚乙烯的改性，增大了聚乙烯的极性，减少改性聚乙烯与tpee的极性差异，增加了两者的相容性；在受到紫外光照射时，二苯甲酮吸收紫外光的能量，产生自由基，引发三烯丙基异三聚氰酸酯（taic）上的不饱和键与聚乙烯交联，从而使改性聚乙烯与tpee共混结合得到的tpee电缆材料在紫外光照射时避免紫外光对tpee的光降解作用，同时由于二苯甲酮结构吸收紫外光能量引发的交联可持续对tpee电缆材料进行补强。即实现在提高tpee电缆材料的耐紫外老化性能的同时，保持电缆材料的力学性能。

6、本发明使用的原料复合阻燃剂与改性聚乙烯具有较高的相容性，进而增加了与tpee的相容性，不仅提高tpee电缆材料的阻燃性能，而且保证了电缆材料的力学性能。即实现在高阻燃性能的同时保持电缆材料的力学性能。

7、本发明中对聚乙烯进行改性，增加了聚乙烯的分支链，进而提高分子在低温下的柔韧性，tpee本身的耐低温性能弱，引入的改性聚乙烯与tpee的相容性高，结合程度好，从而提高电缆材料的耐低温性能。

8、可选的，所述复合阻燃剂为有机次磷酸铝、三聚氰胺氰尿酸盐、氢氧化镁和插层蒙脱土的混合物；所述有机次磷酸铝：三聚氰胺氰尿酸盐：氢氧化镁：插层蒙脱土的质量比为1:3:6:1。

9、本发明中引入的复合阻燃体系，以磷氮阻燃为核心，阻燃效率高，三聚氰胺氰尿酸盐（mca）和氢氧化镁分解产生的氮气和水蒸汽带走热量，稀释氧气浓度，在气相中达到阻燃效果，插层蒙脱土帮助基材构建稳定的炭层结构，特别是mca和氢氧化镁分解后，维持整体结构的稳定性，进一步保持电缆材料的力学性能。

10、可选的，所述s1中聚乙烯是线性低密度聚乙烯；所述线性低密度聚乙烯包括标号为7042、8320和2320的聚乙烯中的一种或两种以上组合；所述s1中抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂5057中的一种或两种以上组合。

11、本发明使用线性低密度聚乙烯，具有较高的软化温度和熔融温度，有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能，并可耐酸、碱、有机溶剂。线性低密度聚乙烯的柔韧性会随着温度降低而增强，在低温环境下，线性低密度聚乙烯分子链的柔韧性和活性增强，不易发生碎裂和脆化现象，在零下100℃的低温下，仍可保持良好的性能。

12、可选的，所述s1中加热搅拌包括加热温度为50~80℃，搅拌时间为30~60min，搅拌速率为500~1500r/min；所述造粒时温度为150~190℃。

13、可选的，所述s2中tpee包括杜邦hytrel系列中的g4774、g3548l、g3078和g4556型号的一种或两种以上组合；所述s2中相容剂包括型号为sebs~g~mah、sebs~g~gma、ptw和环氧化三元乙丙橡胶的一种或两种以上组合。

14、本发明中不仅通过对聚乙烯的改性，增加聚乙烯与tpee的相容性，同时采用上述相容剂促进原料之间的相容，不仅保证了聚乙烯和tpee共混相容，同时进一步增强材料的弹性。

15、可选的，所述s2中润滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺、tpee载体高分子量硅酮母粒中的一种或两种以上组合；所述s2中抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1098和抗氧剂1076中的一种或两种以上组合。

16、本发明使用的润滑剂提高电缆材料加工时的稳定性和优化挤出效果，特别是使用tpee载体高分子量硅酮母粒，还可以与复合阻燃剂中的氢氧化镁等有协同作用，降低烟密度，提高阻燃性能和机械性能。

17、可选的，所述s2中造粒温度为160~210℃。

18、可选的，所述s1中包括以下重量份数的原料：聚乙烯100份、二苯甲酮0.5~1.5份、三烯丙基异三聚氰酸酯0.5~1.5份和抗氧剂1~3份。

19、可选的，所述s2中包括以下重量份数的原料：tpee100份、改性聚乙烯10~20份、相容剂5~10份、复合阻燃剂30~50份、润滑剂1~3份和抗氧剂1~3份。

20、为了实现上述目的，本发明还提供一种上述制备方法制备得到的tpee电缆材料。

21、本发明制备的tpee电缆材料具有高阻燃性能，耐紫外线老化性能的同时保持tpee电缆材料的力学性能。

22、本发明的上述技术方案至少包括以下有益效果：

23、本发明将聚乙烯改性，通过改性聚乙烯增加了复合阻燃剂与tpee等原料的相容性，在提高阻燃性能的同时保持tpee电缆材料的力学性能，并且户外使用tpee电缆材料时，含有的二苯甲酮吸收紫外光能量，提高tpee电缆材料的耐紫外光老化性能，同时由于二苯甲酮吸收能量后引发三烯丙基异三聚氰酸酯（taic）上的不饱和键与聚乙烯交联，形成三维网状结构，提高tpee电缆材料的力学性能。