阅读说明：本技术 一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法 (High-wear-resistance flame-retardant modified polypropylene cable protection pipe and preparation method thereof ) 是由 郑依明 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法,本发明采用自制纳米球形Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>接枝棕榈纤维作为耐磨剂,利用棕榈纤维高强度,高韧性特点,在其表面接枝纳米球形Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>,形成具有“滚珠”结构的耐磨剂,同时复配超高分子量聚乙烯粉末,有效提高材料的耐磨性能。本发明还采用笼型聚倍半硅氧烷接枝二乙烯三胺五甲叉膦酸铵作为阻燃剂,结合二乙烯三胺五甲叉膦酸铵在燃烧易膨胀剂产生的氮气阻隔氧气,协同笼型聚倍半硅氧烷燃烧时能够在聚合物的表面形成一层致密的隔热、隔氧陶瓷型炭层,保护聚合物基体,发挥阻燃作用,从而有效提高材料耐磨及阻燃性能。(The invention discloses a high-wear-resistance flame-retardant modified polypropylene cable protection tube and a preparation method thereof 2 O 3 The grafted palm fiber is used as wear-resisting agent, and utilizes the palm fiber with high strength and high toughnessThe surface of the material is grafted with nano spherical Al 2 O 3 The wear-resisting agent with a ball structure is formed, and the ultra-high molecular weight polyethylene powder is compounded, so that the wear resistance of the material is effectively improved. According to the invention, cage type polysilsesquioxane grafted ammonium diethylenetriamine pentamethylene phosphonate is used as a flame retardant, and a layer of compact heat-insulating and oxygen-insulating ceramic carbon layer can be formed on the surface of a polymer when the cage type polysilsesquioxane is combusted by combining nitrogen generated by the combustion of the ammonium diethylenetriamine pentamethylene phosphonate in an easily-expandable agent to block oxygen, so that a polymer matrix is protected, and a flame retardant effect is exerted, thereby effectively improving the wear resistance and flame retardant property of the material.)

一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子材料，更具体的说是涉及一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管。

背景技术

随着社会和城镇化的不断发展，地下管道已成为市政建设中重要的一环，电缆护套管作为地下管道中用于保护电缆、通讯线路的重要管道，对于防止电力线发生断线造成短路事故、隔离电力线磁场干扰以及防止线缆被腐蚀，提高线缆使用寿命具有十分重要的作用。

目前，电缆保护管多以聚丙烯材料为主，该管道具有强度高、韧性好、环刚度高、不易断裂和老化等优点，但耐磨性能和阻燃性能较差，特别现在地下管道多采用非开挖铺设方法，在施工过程中由于机器的牵引，管道与地下砂石或泥土不可避免的要进行摩擦，对管道造成不可逆的磨损，影响管道使用寿命，同时为防止保护管内线缆发生短路引起燃烧等问题，因此，基于上述考虑，本发明提供一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管，由下述重量份组成：

PP树脂： 80-100份

耐磨剂： 15-25份

阻燃剂： 10-20份

增强剂： 20-30份

增韧剂： 5-10份

相容剂： 4-8份

润滑剂： 1-3份

抗氧化剂： 0.3-0.5份。

所述耐磨剂为纳米球形Al₂O₃接枝棕榈纤维；

所述纳米球形Al₂O₃接枝棕榈纤维由以下重量份组成：

纳米球形Al₂O₃： 20 g

棕榈纤维： 30 g

溶剂： 200 ml

偶联剂： 15 g

活性剂： 3 g

所述纳米球形Al₂O₃平均粒度20nm，产品纯度99.9%；

所述棕榈纤维经6.0%NaOH处理,平均粒径0.05mm,含水率＜5%；

所述偶联剂为质量比为1:2的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与乙烯基三乙氧基硅烷的混合物；

所述活性剂为非离子型表面活性剂，进一步为质量比为2:1的脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚和椰子油脂肪酸二乙醇酰胺的混合物；

所述溶剂为丙酮与乙醇按照质量比为2:3的混合物。

所述纳米球形Al₂O₃接枝棕榈纤维制备方法如下：

（1）称取20g纳米球形Al₂O₃充分干燥后，加入100ml溶剂中，常温搅拌2h，记为溶液A；

（2）称取10g偶联剂和2g活性剂加入50ml溶剂中，超声波分散20min，记为溶液B；

（3）在65℃恒温条件下，将溶液B缓慢加入溶液A中充分搅拌反应2h后边真空抽滤边用乙醇和蒸馏水洗涤3次，放入烘箱中在70℃温度下干燥4h，得到表面处理纳米球形Al₂O₃；

（4）称取10g步骤（3）制得的表面处理纳米球形Al₂O₃加入50ml溶剂中，加入5g偶联剂和1g活性剂充分搅拌0.5h后，频率为80 kHz超声分散1h，形成均匀分散液，称取30g棕榈纤维加入均匀分散液中，充分搅拌0.5h后过滤，放入烘箱中在85℃温度下干燥3h，得到纳米球形Al₂O₃接枝棕榈纤维。

所述阻燃剂为笼型聚倍半硅氧烷接枝二乙烯三胺五甲叉膦酸铵；

所述笼型聚倍半硅氧烷接枝二乙烯三胺五甲叉膦酸铵阻燃剂制备方法如下；

准确称取50g二乙烯三胺五甲叉磷酸加入装有25g尿素三口烧瓶中，在110℃温度下充分搅拌回流反应4h后降至常温，加入蒸馏水至完全溶解后，加入10g笼型聚倍半硅氧烷充分搅拌后超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥制得笼型聚倍半硅氧烷接枝二乙烯三胺五甲叉膦酸铵阻燃剂。

所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷，选自选自美国HybridPlastics公司；

所述增强剂为超高分子量聚乙烯粉末，进一步所述超高分子量聚乙烯粉末分子量为300万-600万，粒径为20-200目；

所述增韧剂为EVA与EAA按照质量比为4:3的混合物；

所述相容剂为PP接枝马来酸酐，接枝率≥2.5%。

所述润滑剂为PP蜡，所述抗氧化剂为质量比为3:2的抗氧化剂1010和助抗氧化剂168的混合物。

所述的一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管的制备方法：其特征在于：步骤如下：

步骤一：按照配比称取PP树脂、耐磨剂、阻燃剂、增强剂、增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂，备用；

步骤二：依次将PP树脂、耐磨剂、阻燃剂、增强剂、增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂加入高速混合机内，以150-200rpm/min的转速常温搅拌0.5h，得到预混料；

步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管专用料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为100~130℃，二区温度为150~190℃，三区温度为190~220℃，四区温度为180~210℃，五区温度为160~200℃，模头温度为130~160℃，喂料速度为100~150r/min，螺杆转速为250~300r/min，挤出造粒；

步骤四：将步骤三中得到的一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管专用料加入管材挤出料斗中，控制所述管材挤出生产线工艺参数如下：机筒1区温度为150~160℃，机筒2区温度为170~190℃，机筒3区温度为200~220℃，机筒4区温度为180~200℃，机筒5区温度为150~180℃，机头1区温度为200~220℃，机筒2区温度为210~230℃，机筒3区温度为150~170℃，挤出成型速度0.5m/min，制得一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管。

本发明的有益效果，作为本发明的发明要点，本发明在制备一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管过程中，采用自制纳米球形Al₂O₃接枝棕榈纤维作为耐磨剂，利用棕榈纤维高强度，高韧性特点，在其表面接枝纳米球形Al₂O₃，形成具有“滚珠”结构的耐磨剂，同时创新性的复配超高分子量聚乙烯粉末，有效提高材料的耐磨性能。作为本发明的另一目的，本发明还采用笼型聚倍半硅氧烷接枝二乙烯三胺五甲叉膦酸铵作为阻燃剂，结合二乙烯三胺五甲叉膦酸铵在燃烧易膨胀剂产生的氮气阻隔氧气，协同笼型聚倍半硅氧烷燃烧时能够在聚合物的表面形成一层致密的陶瓷型炭层，该炭层能隔热、隔氧，从而有效的保护聚合物基体，发挥阻燃作用，从而有效提高材料耐磨及阻燃性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例1制得的纳米球形Al₂O₃接枝棕榈纤维耐磨剂的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的具体实施例及对比例组分和配比如表1所示

表1 实施例1-4和对比例1-4的组分和配比

配方（以g计）	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
									PP树脂	100	80	100	90	100	100	100	100
耐磨剂	20	15	25	20	--	20	20	--
									阻燃剂	15	10	20	10	15	--	15	--
增强剂	25	20	30	25	25	25	--	--
									增韧剂	10	5	10	8	10	10	10	10
相容剂	6	4	8	6	6	6	6	6
									润滑剂	1.5	1	3	2	1.5	1.5	1.5	1.5
抗氧化剂	0.35	0.3	0.5	0.4	0.35	0.35	0.35	0.35

本发明的实施例及对比例的具体制备方法，其步骤如下：

1、本发明实施例和对比例中所用的纳米球形Al₂O₃接枝棕榈纤维耐磨剂的制备步骤如下：

（1）称取20g纳米球形Al₂O₃充分干燥后，加入100ml溶剂中，常温搅拌2h，记为溶液A；

（2）称取10g偶联剂和2g活性剂加入50ml溶剂中，超声波分散20min，记为溶液B；

（3）在65℃恒温条件下，将溶液B缓慢加入溶液A中充分搅拌反应2h后边真空抽滤边用乙醇和蒸馏水洗涤3次，放入烘箱中在70℃温度下干燥4h，得到表面处理纳米球形Al₂O₃；

（4）称取10g步骤（3）制得的表面处理纳米球形Al₂O₃加入50ml溶剂中，加入5g偶联剂和1g活性剂充分搅拌0.5h后，频率为80 kHz超声分散1h，形成均匀分散液，称取30g棕榈纤维加入均匀分散液中，充分搅拌0.5h后过滤，放入烘箱中在85℃温度下干燥3h，得到纳米球形Al₂O₃接枝棕榈纤维。

所述纳米球形Al₂O₃平均粒度20nm，产品纯度99.9%,选自

合肥中航纳米技术发展有限公司；

所述棕榈纤维经6.0wt%NaOH处理,平均粒径0.05mm,含水率＜5%；

所述偶联剂为质量比为1:2的乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与乙烯基三乙氧基硅烷的混合物；

所述活性剂为质量比为2:1的脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚和椰子油脂肪酸二乙醇酰胺的混合物；

所述溶剂为丙酮与乙醇按照质量比为2:3的混合物。

2、本发明实施例和对比例中所用的笼型聚倍半硅氧烷接枝二乙烯三胺五甲叉膦酸铵阻燃剂的制备

准确称取50g二乙烯三胺五甲叉磷酸加入装有25g尿素三口烧瓶中，在110℃温度下充分搅拌回流反应4h后降至常温，加入蒸馏水至完全溶解后，加入10g笼型聚倍半硅氧烷充分搅拌后超声20min后80℃恒温反应4 h，100℃干燥制得笼型聚倍半硅氧烷接枝二乙烯三胺五甲叉膦酸铵阻燃剂。

所述笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷，选自选自美国HybridPlastics公司；

3、本发明实施例1-4任一所述的一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管的制备

步骤一：按照配比称取PP树脂、耐磨剂、阻燃剂、增强剂、增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂，备用；

步骤二：依次将PP树脂、耐磨剂、阻燃剂、增强剂、增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧化剂加入高速混合机内，以150-200rpm/min的转速常温搅拌0.5h，得到预混料；

步骤三：将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管专用料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为100~130℃，二区温度为150~190℃，三区温度为190~220℃，四区温度为180~210℃，五区温度为160~200℃，模头温度为130~160℃，喂料速度为100~150r/min，螺杆转速为250~300r/min，挤出造粒；

步骤四：将步骤三中得到的一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管专用料加入管材挤出料斗中，控制所述管材挤出生产线工艺参数如下：机筒1区温度为150~160℃，机筒2区温度为170~190℃，机筒3区温度为200~220℃，机筒4区温度为180~200℃，机筒5区温度为150~180℃，机头1区温度为200~220℃，机筒2区温度为210~230℃，机筒3区温度为150~170℃，挤出成型速度0.5m/min，制得一种高耐磨阻燃改性聚丙烯电缆保护管。

所述增强剂为超高分子量聚乙烯粉末，分子量为300万-600万，粒径为20-200目；

所述增韧剂为EVA与EAA按照质量比为4:3的混合物；

所述相容剂为PP接枝马来酸酐，接枝率≥2.5%；

所述润滑剂为PP蜡；

所述抗氧化剂为质量比为3:2的抗氧化剂1010和助抗氧化剂168的混合物。

本发明的具体实施方式中的对比例1-4的制备方法与本发明上述的实施例1-4的制备方法（步骤3）类似（基本一致），所不同的是对比例中有的成分没有添加，比如：表1中的对比例1配方中没有耐磨剂，则步骤3中的步骤二中就不加此物质；对比例2配方中没有阻燃剂，则步骤3中的步骤二中就不加此物质；对比例3配方中没有增强剂，则步骤3中的步骤二中就不加此物质；对比例4配方中没有耐磨剂、阻燃剂、增强剂，则步骤3中的步骤二中就不加此三种物质；最终实施例1-4和对比例1-4均按步骤3方法制得的产品，其具体性能检测及结果评价如下：

将上述实施例1-4和对比例1-4获得的样品，质量磨损按照GB/T 3960-2016《塑料 滑动摩檫磨损试验方法》，GBT 2406.2-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分 室温试验》，环刚度按照GB/T 9647-2015《热塑性塑料管材 环刚度的测定》，弯曲模量按照GB/T9341-2008 《塑料 弯曲性能的测定》进行性能测试，测试结果如表2所示。

表2 实施例1-4和对比例1-4的测试结果

*质量磨损越小，耐磨性能越好

由表1测试结果可见，实施例1采用自制的耐磨剂和阻燃剂，较对比例4未添加耐磨剂和阻燃剂，能显著提高材料的耐磨性能和阻燃性能，对比例1和对比例2较实施例1区别在于对比例1未添加耐磨剂，而对比例3未添加阻燃剂，从测试结果可以看出，对比例1和对比例2的耐磨性能和阻燃性能明显不及实施例1，而对比例3和实施例1的区别在于对比例3未添加超高分子量聚乙烯粉末增强剂，从测试结果可以看出，对比例3阻燃性能优于实施例1，但耐磨性能劣于实施例1，本发明采用最优选的采用实施例1的配方，材料的耐磨、阻燃及机械性能最为均衡。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。