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CN107722488A - 一种环保型电缆绝缘料及其制备方法、电缆护套 - Google Patents

一种环保型电缆绝缘料及其制备方法、电缆护套 Download PDF

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CN107722488A
CN107722488A CN201610662756.1A CN201610662756A CN107722488A CN 107722488 A CN107722488 A CN 107722488A CN 201610662756 A CN201610662756 A CN 201610662756A CN 107722488 A CN107722488 A CN 107722488A
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cable insulation
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friendly cable
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冯国兴
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胡振瑞
孙改玲
魏超
刘润
王现超
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Tbea Xinjiang Electric Engineering Material Co Ltd
Tebian Electric Apparatus Stock Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种环保型电缆绝缘料及其制备方法、电缆护套，电缆绝缘料的原料配方包括：PVC树脂；增塑剂；阻燃剂，阻燃剂包括硼酸锌包覆的三氧化二锑和/或蜜胺包覆的聚磷酸铵；热稳定剂，热稳定剂包括有机钙锌复合稳定剂、有机钙锌稀土复合稳定剂、水滑石、二月桂酸甲基锡中的一种或几种；抗氧剂；加工助剂；润滑剂；填料；着色剂。本发明中的环保型电缆绝缘料为热塑性电缆料，能达到遇火阻止燃烧或延缓燃烧、离火自熄的功效，该电缆绝缘料的氧指数≥35，该电缆绝缘料的环保性能优于RoHS指令要求，本发明中的电缆绝缘料的重金属含量在RoHS指令要求基础上降低10％。本发明中的电缆绝缘料适用于防火安全要求高的工作场合。

Description

一种环保型电缆绝缘料及其制备方法、电缆护套
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种环保型电缆绝缘料及其制备方法、电缆护套。
背景技术
电线电缆是线状物，作为引火源也是线性的，火焰随着电线电缆的走势而蔓延，水平电缆火势燃烧速率为3.5m/min，而竖架(井)电线电缆垂直燃烧速率达到8-9m/min。因此，电线电缆火灾燃烧迅速且难以控制。据统计，电气火灾发生率及所造成的财产损失均位居各类火灾原因之首，其中，有30％以上的火灾是由电气线路(电线电缆)引起的(数据来源于2014年中国消防年鉴)。
常用的电缆料为聚氯乙烯、聚烯烃低烟无卤材料、橡胶等。但聚烯烃低烟无卤材料、橡胶为了达到相当的阻燃性能，需要添加大量的阻燃剂，造成机械性能和电性能的大幅度下降，随着我国与国际接轨，限制六种金属元素含量的PVC绝缘料及护套料(符合欧盟RoHS指令)越来越得到人们的青睐，而PVC材料具备良好的阻燃性和低廉的价格，仍然是高阻燃电缆料的优选材料。
目前，在阻燃性能方面，国家标准GB/T19666-2005规定了ZA、ZB、ZC、ZD、Z五个阻燃等级，阻燃等级的划分是以能否通过相应条件的单根或成束垂直燃烧试验来确定，ZA代表最高级别。由于电线产品结构只有导体和绝缘层，无法象电缆产品可能通过结构设计来加强实现A级阻燃性能，电线产品ZA级成束燃烧实验，必须依靠绝缘材料的阻燃性能来达到。
普通聚氯乙烯塑料的阻燃性能一般为Z级阻燃，无法通过国家标准要求的ZA级成束燃烧实验，火灾中，会引起火焰蔓延，对生命财产及消防救援造成极大危害，如果提高了材料的阻燃性能，就不会引起电线的起火，遇到外来火源，也会阻止火炎火灾的蔓延。聚氯乙烯本身没有过毒，有毒的是塑料中添加的各种助剂，对土壤、水源等环境及人身健康具有危害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种环保型电缆绝缘料及其制备方法、电缆护套，本发明中的电缆绝缘料的重金属含量在RoHS指令要求基础上降低10％，同时还具有较高的氧指数、绝缘料垂直燃烧性能、垂直成束燃烧性能。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种环保型电缆绝缘料，所述电缆绝缘料的原料配方包括：
PVC树脂；
增塑剂；
阻燃剂，所述阻燃剂包括硼酸锌包覆的三氧化二锑(BT)和/或蜜胺包覆的聚磷酸铵(NPPA)；
热稳定剂，所述热稳定剂包括有机钙锌复合稳定剂(CZ)、有机钙锌稀土复合稳定剂(CZP)、水滑石、二月桂酸甲基锡中的一种或几种；热稳定剂的重金属含量的符合RoHS指令要求。
抗氧剂；
加工助剂；
润滑剂；
填料；
着色剂。
优选的是，所述热稳定剂为有机钙锌复合稳定剂(CZ)、有机钙锌稀土复合稳定剂(CZP)。
热稳定剂的重金属含量符合RoHS指令要求。
本发明中的环保型电缆绝缘料利用硼酸锌包覆三氧化二锑、蜜胺包覆聚磷酸铵(NPPA)复合阻燃剂，其中，硼酸锌包覆三氧化二锑充分发挥三氧化二锑燃烧生成物SbCl3蒸气覆盖在燃烧区表面起的覆盖效应，硼酸锌释放水降低燃烧区温度和在表面形成玻璃状具有隔离隔热、隔氧的固相阻燃作用，同时具有在气相中捕获燃烧因子HO·、H·自由基的气相阻燃作用；蜜胺包覆聚磷酸铵吸热强制脱水形成不燃单质碳层，阻隔热、氧传递，阻止CO的生成，放出氮气和氨气，冲淡了氧浓度的作用，同时分解产生的PO·自由基,它可以与火焰区域中的H·自由基结合，起到抑制火焰的作用。当同时使用硼酸锌包覆三氧化二锑、蜜胺包覆聚磷酸铵(NPPA)复合阻燃剂时，聚磷酸焦炭层与硼酸锌的分解物氧化硼玻璃体共同形成绝热保护层阻止热量传递。阻燃剂的气相、固相协同阻燃，相对于现有技术中使用三氧化二锑作为阻燃剂，达到更高的高阻燃的目的，同时降低成本。
利用有机钙锌复合稳定剂、有机钙锌稀土复合稳定剂、水滑石、二月桂酸甲基锡作为热稳定剂，代替现有技术中的含铅稳定剂，使得电缆绝缘料达到热稳定要求的同时，达到环保要求并降低了成本。
优选的是，所述原料配方包括以下重量组分：
优选的是，所述PVC树脂包括PVC树脂SG-1、PVC树脂SG-2、PVC树脂SG-3中的一种或几种。PVC树脂是优级品且达到卫生级。
优选的是，所述阻燃剂还包括锡酸锌、八目酸酐、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种。阻燃剂的重金属含量达到RoHS指令要求。
优选的是，所述增塑剂包括：非阻燃增塑剂30-40份，阻燃增塑剂10-20份。增塑剂为一级品或优级品。
优选的是，所述非阻燃增塑剂包括对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、癸二酸二辛酯(DOS)、环氧大豆油(ESO)中的两种或三种。
优选的是，所述阻燃增塑剂包括氯化石蜡52#(P52)和/或磷酸三甲苯酯(TCP)。
优选的是，所述抗氧剂包括2,2-双对酚丙烷(双酚A)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(168)中的一种或几种。
更优选的是，所述抗氧剂为2,2-双对酚丙烷。
优选的是，所述加工助剂包括硅酮(PA-1)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-丙烯酸酯(ACR)的共聚树脂的一种或几种。
更优选的是，所述加工助剂为硅酮(PA-1)。
优选的是，所述润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸(HSt)、石蜡中的一种或几种。
更优选的是，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)和硬脂酸(HSt)。
优选的是，所述填料包括碳酸钙和/或高岭土。填料的环保指标符合RoHS指令要求。
优选的是，所述着色剂为颜料，所述着色剂符合RoHS指令要求。
说明：
(1)PVC树脂的优选：保证了吸收增塑剂的能力，也保证了兼容其它各种添加剂的能力，保证本发明所具备的特性。
(2)增塑剂：主要作用是改变PVC树脂由硬而脆的状态转变成软而韧状态。其中，阻燃增塑剂：兼顾阻燃和增塑功能，起到协同作用。
(3)阻燃剂：提高阻燃能力。
(4)热稳定剂：代替现有技术中的含铅热稳定剂，稳定电缆料在加工和使用过程中的热降解。
(6)加工助剂：平衡各种助剂性能的作用，在发挥各种助剂自身优势的同时，减少副面影响，改善加工工艺性能。
(7)抗氧剂：稳定电缆料在加工和使用过程中的氧化降解。
(8)润滑剂：平衡内外摩擦，防止粘设备，稳定和优化生产工艺的作用。
(9)填料：增加绝缘性能和降低成本。
(10)着色剂是电缆区分标记之用。
本发明还提供一种电缆护套，其由上述的环保型电缆绝缘料制成。
本发明还提供一种上述的环保型电缆绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的环保型电缆绝缘料的配方，将电缆绝缘料的原料加入混合机混合，混合物温度到达110℃-115℃下排料，再在115℃-150℃下塑炼造粒、冷却、包装，得到环保型电缆绝缘料。
本发明中的环保型电缆绝缘料为热塑性电缆料，能达到遇火阻止燃烧或延缓燃烧、离火自熄的功效，该电缆绝缘料的氧指数≥35，该电缆绝缘料的环保性能优于RoHS指令(RoHS指令是2003年1月27日，欧盟议会和欧盟理事会通过了2002/95/EC指令，即“在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令”的简称)要求，本发明中的电缆绝缘料的重金属含量在RoHS指令要求基础上降低10％。本发明中的电缆绝缘料适用于防火安全要求高的工作场合。本发明中的环保型电缆绝缘料满足GB/T5023-2008标准《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆》，同时还具有较高的氧指数、绝缘料垂直燃烧性能、垂直成束燃烧性能。本发明中的电缆绝缘料几乎无毒，对土壤、水源灯环境污染小，对人身健康危害小。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种环保型电缆绝缘料，电缆绝缘料的原料配方包括：
PVC树脂；
增塑剂；
阻燃剂，阻燃剂包括蜜胺包覆的聚磷酸铵；
热稳定剂，热稳定剂包括有机钙锌稀土复合稳定剂和水滑石；
抗氧剂；
加工助剂；
润滑剂；
填料；
着色剂。
阻燃剂蜜胺包覆聚磷酸铵吸热强制脱水形成不燃单质碳层，阻隔热、氧传递，阻止CO的生成，放出氮气和氨气，冲淡了氧浓度的作用，同时分解产生的PO·自由基,它可以与火焰区域中的H·自由基结合，起到抑制火焰的作用。
本实施例中的环保型电缆绝缘料为热塑性电缆料，能达到遇火阻止燃烧或延缓燃烧、离火自熄的功效，该电缆绝缘料的氧指数≥35，该电缆绝缘料的环保性能优于RoHS指令(RoHS指令是2003年1月27日，欧盟议会和欧盟理事会通过了2002/95/EC指令，即“在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令”的简称)要求，本发明中的电缆绝缘料的重金属含量在RoHS指令要求基础上降低10％。本发明中的电缆绝缘料适用于防火安全要求高的工作场合。本发明中的环保型电缆绝缘料满足GB/T5023-2008标准《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆》，同时还具有较高的氧指数、绝缘料垂直燃烧性能、垂直成束燃烧性能。本发明中的电缆绝缘料几乎无毒，对土壤、水源灯环境污染小，对人身健康危害小。
实施例2
本实施例提供一种环保型电缆绝缘料，电缆绝缘料的原料配方包括：
PVC树脂；
增塑剂；
阻燃剂，阻燃剂包括硼酸锌包覆的三氧化二锑；
热稳定剂，热稳定剂包括有机钙锌稀土复合稳定剂；
抗氧剂；
加工助剂；
润滑剂；
填料；
着色剂。
阻燃剂硼酸锌包覆三氧化二锑充分发挥三氧化二锑燃烧生成物SbCl3蒸气覆盖在燃烧区表面起的覆盖效应，硼酸锌释放水降低燃烧区温度和在表面形成玻璃状具有隔离隔热、隔氧的固相阻燃作用，同时具有在气相中捕获燃烧因子HO·、H·自由基的气相阻燃作用。
所述PVC树脂包括PVC树脂SG-1和PVC树脂SG-2(重量比为2:1)。
所述阻燃剂还包括锡酸锌。
所述增塑剂包括对苯二甲酸二辛酯和癸二酸二辛酯(重量比为1:1)。
所述抗氧剂包括2,2-双对酚丙烷。
所述加工助剂包括硅酮和氯化聚乙烯(重量比为1:1)。
所述润滑剂包括石蜡。
所述填料包括碳酸钙。
本实施例提供一种上述的环保型电缆绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的环保型电缆绝缘料的配方，将电缆绝缘料的原料加入混合机混合，混合物温度到达110℃下排料，再在115℃下塑炼造粒、冷却、包装，得到环保型电缆绝缘料。
实施例3
本实施例提供一种环保型电缆绝缘料，电缆绝缘料的原料配方包括以下重量组分：
所述PVC树脂包括PVC树脂SG-3。
所述阻燃剂包括硼酸锌包覆的三氧化二锑、蜜胺包覆的聚磷酸铵、八目酸酐(重量比为2:1:1)。
所述热稳定剂包括有机钙锌复合稳定剂和水滑石(重量比为2:3)。
所述增塑剂包括氯化石蜡52#和磷酸三甲苯酯(重量比为1:1)。
所述抗氧剂包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(重量比为2:1)。
所述加工助剂包括硅酮。
所述润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺和硬脂酸(重量比1:1)。
所述填料包括碳酸钙。
本实施例提供一种上述的环保型电缆绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的环保型电缆绝缘料的配方，将电缆绝缘料的原料加入混合机混合，混合物温度到达115℃下排料，再在150℃下塑炼造粒、冷却、包装，得到环保型电缆绝缘料。
实施例4
本实施例提供一种环保型电缆绝缘料，电缆绝缘料的原料配方包括以下重量组分：
所述PVC树脂为PVC树脂SG-3。
所述阻燃剂为硼酸锌包覆的三氧化二锑和蜜胺包覆的聚磷酸铵(NPPA)(重量比为1:1)。当同时使用硼酸锌包覆三氧化二锑、蜜胺包覆聚磷酸铵(NPPA)复合阻燃剂时，聚磷酸焦炭层与硼酸锌的分解物氧化硼玻璃体共同形成绝热保护层阻止热量传递。阻燃剂的气相、固相协同阻燃，相对于现有技术中使用三氧化二锑作为阻燃剂，达到更高的高阻燃的目的，同时降低成本。
所述热稳定剂为有机钙锌复合稳定剂(CZ)和有机钙锌稀土复合稳定剂(CZP)(重量比为2:1)。
所述非阻燃增塑剂为对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、癸二酸二辛酯(DOS)、环氧大豆油(ESO)(重量比为2:3:1)。
所述阻燃增塑剂为氯化石蜡52#(P52)和磷酸三甲苯酯(TCP)(重量比为3:4)。
所述抗氧剂为2,2-双对酚丙烷(双酚A)。
所述加工助剂为硅酮。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸(HSt)(重量比为1:1)。
所述填料为碳酸钙和高岭土(重量比为3:1)。
本实施例提供一种上述的环保型电缆绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的环保型电缆绝缘料的配方，将电缆绝缘料的原料加入混合机混合，混合物温度到达113℃下排料，再在125℃下塑炼造粒、冷却、包装，得到环保型电缆绝缘料。
本实施例中的环保型电缆绝缘料为热塑性电缆料，能达到遇火阻止燃烧或延缓燃烧、离火自熄的功效，该电缆绝缘料的氧指数≥35，该电缆绝缘料的环保性能优于RoHS指令(RoHS指令是2003年1月27日，欧盟议会和欧盟理事会通过了2002/95/EC指令，即“在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令”的简称)要求，本发明中的电缆绝缘料的重金属含量在RoHS指令要求基础上降低10％。本发明中的电缆绝缘料适用于防火安全要求高的工作场合。本发明中的环保型电缆绝缘料满足GB/T5023-2008标准《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆》，同时还具有较高的氧指数、绝缘料垂直燃烧性能、垂直成束燃烧性能。
实施例5
本实施例提供一种环保型电缆绝缘料，电缆绝缘料的原料配方包括以下重量组分：
所述PVC树脂为PVC树脂SG-3。
所述阻燃剂为三氧化二锑(BT)和蜜胺包覆的聚磷酸铵(NPPA)(重量比为3:2)。
所述热稳定剂为有机钙锌复合稳定剂(CZ)、有机钙锌稀土复合稳定剂(CZP)(重量比为2:1)。
所述非阻燃增塑剂为对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、癸二酸二辛酯(DOS)、环氧大豆油(ESO)(重量比为1:2:3)。
所述阻燃增塑剂为氯化石蜡52#(P52)和磷酸三甲苯酯(TCP)(重量比为2:1)。
所述抗氧剂为2,2-双对酚丙烷、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(重量比为2:1:2)。
所述加工助剂为硅酮(PA-1)、乙烯-丙烯酸酯(ACR)(重量比为2:1)。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸(HSt)(重量比为2:1)。
所述填料为碳酸钙和高岭土(重量比为1:4)。
本实施例提供一种上述的环保型电缆绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的环保型电缆绝缘料的配方，将电缆绝缘料的原料加入混合机混合，混合物温度到达115℃下排料，再在140℃下塑炼造粒、冷却、包装，得到环保型电缆绝缘料。
本实施例中的环保型电缆绝缘料，除满足GB/T8815-2008标准《电线电缆用聚氯乙烯塑料》J-70之外，还满足表1和表2的要求。
表1阻燃性能
V-0级：是GB/T2408标准中对塑料垂直燃烧划分级别中的一种最高阻燃级别。
A级：是GB/T18380标准中规定的电线电缆成束燃烧试验划分级别中的一种最高阻燃级别。
表2环保性能
实施例6
本实施例提供一种环保型电缆绝缘料，电缆绝缘料的原料配方包括以下重量组分：
所述PVC树脂为PVC树脂SG-2和PVC树脂SG-3(重量比为2：3)。
所述阻燃剂为硼酸锌包覆的三氧化二锑、蜜胺包覆的聚磷酸铵、氢氧化铝、氢氧化镁(重量比为1:3:2:1)。
所述热稳定剂为二月桂酸甲基锡。
所述非阻燃增塑剂为对苯二甲酸二辛酯和癸二酸二辛酯(重量比为1:1)。
所述阻燃增塑剂为氯化石蜡52#和磷酸三甲苯酯(重量比为2:1)。
所述抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
所述加工助剂为乙烯-丙烯酸酯的共聚树脂。
所述润滑剂为硬脂酸。
所述填料为高岭土。
本实施例提供一种上述的环保型电缆绝缘料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述的环保型电缆绝缘料的配方，将电缆绝缘料的原料加入混合机混合，混合物温度到达111℃下排料，再在135℃下塑炼造粒、冷却、包装，得到环保型电缆绝缘料。
实施例7
本实施例还提供一种电缆护套，其由上述实施例1～6中的环保型电缆绝缘料制成。
电线电缆工艺流程
单芯导体→挤制绝缘(使用上述实施例1～6中的环保型电缆绝缘料)在单芯导体外制成电缆护套→成品电线电缆检验→入库
本实施例的环保型电缆绝缘料制做的电线电缆绝缘，除满足GB/T5023.3-2008标准《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆》之外，还满足上述表1和表2的要求。
现有技术中的电缆绝缘料不能同时满足表1、表2的要求，例如，1.5-2.5mm2的铜芯聚氯乙烯绝缘电线(BV线)，不能通过A类垂直成束燃烧。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述电缆绝缘料的原料配方包括：
PVC树脂；
增塑剂；
阻燃剂，所述阻燃剂包括硼酸锌包覆的三氧化二锑和/或蜜胺包覆的聚磷酸铵；
热稳定剂，所述热稳定剂包括有机钙锌复合稳定剂、有机钙锌稀土复合稳定剂、水滑石、二月桂酸甲基锡中的一种或几种；
抗氧剂；
加工助剂；
润滑剂；
填料；
着色剂。
2.根据权利要求1所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述原料配方包括以下重量组分：
3.根据权利要求1或2所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述PVC树脂包括PVC树脂SG-1、PVC树脂SG-2、PVC树脂SG-3中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述阻燃剂还包括锡酸锌、八目酸酐、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述增塑剂包括：非阻燃增塑剂30-40份，阻燃增塑剂10-20份。
6.根据权利要求5所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述非阻燃增塑剂包括对苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯、环氧大豆油中的两种或三种；
所述阻燃增塑剂包括氯化石蜡52#和/或磷酸三甲苯酯。
7.根据权利要求1或2所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述抗氧剂包括2,2-双对酚丙烷、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或几种。
8.根据权利要求1或2所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述加工助剂包括硅酮、氯化聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯的共聚树脂的一种或几种。
9.根据权利要求1或2所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸、石蜡中的一种或几种。
10.根据权利要求1或2所述的环保型电缆绝缘料，其特征在于，所述填料包括碳酸钙和/或高岭土。
11.一种权利要求1～10任意一项中的环保型电缆绝缘料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照权利要求1～10任意一项中的环保型电缆绝缘料的配方，将电缆绝缘料的原料加入混合机混合，混合物温度到达110℃-115℃下排料，再在115℃-150℃下塑炼造粒，得到环保型电缆绝缘料。
12.一种电缆护套，其特征在于，其由权利要求1～10任意一项所述的环保型电缆绝缘料制成。
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