低烟无卤阻燃电缆料和电缆加工研究

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1、低烟无卤阻燃电缆料及电缆加工研究  电线电缆被广泛使用，与人们的工作、生活息息相关。而电线电缆大量使用的绝缘材料和护套材料大多是易燃的高分子材料，在传电能中常因自身发热或外部火灾而引起燃烧，存在火灾安全隐患，因此应用在电线电缆中的高分子材料应具有阻燃特性。最初是通过向这些高分子材料中添加卤系阻燃剂或采用含卤素的高分子材料来实现这个目标，但当发生水灾时，这些材料将释放出大量的烟雾和卤化氢气体，容易使人或动物窒息而死，造成二次灾难。因此，开发和使用高阻燃、高安全、低毒、低烟、无腐蚀必气体产生的无卤阻燃电缆已成为今后的发展方向。   对于无卤阻燃电缆料的开发，已有文献报道

2、，通常选用无机矿物粒子作为阻燃剂，比如Mg（OH)2、Al（OH)3等，基体树脂则是选用乙烯基树脂，包括交联聚乙烯、线性低密度聚乙烯（LL-DPE）／低密度聚乙烯（LDPE）／（乙烯／乙酸乙烯醋）共聚物（E/VAC）、E/VAC、LDPE/（E/VAC）等体系。在这些研究中存在的问题均是选用单一的阻燃体系，为了达到阻燃效果，需要很高的添加量，阻燃剂在基体树脂中不能均匀分散，导致了材料的力学性能损失很大，因此其应用仍存在问题，同时这些研究大多忽视了由于高填充带来的加工问题。按一定比例称取Al（OH）3、聚硅氧烷加人高速搅拌机中，搅拌机温度保持在120℃，搅拌20～30

3、mm出料，得到复配阻燃体系[Al（OH）3经聚硅氧烷表面处理]。   按一定、比例称取前述复配阻燃体系、聚乙烯蜡、南京塑泰ST-6马来酸酐接枝相容剂LDPE，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到高浓度的阻燃母粒。   按一定比例称取LDPE、E/VAC、E/EAK、阻燃母粒及其它助剂，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到无卤阻燃LDPE电缆料。   将电缆料在压机上成型并在制样机上制成标准试样。1.4 性能测试   拉伸性能按GB/T1040-1992测试；   氧指数按GB/T2406一庄993钡J试；   MFR按GB/T3682-200测试；   SEM观察：将试样在液氮

4、中脆断，断面喷金处理，然后观察断口的形貌特征并拍照2 结果与讨论2.1多组分协效阻燃体系的阻燃机理作为无卤阻燃电缆料的阻燃剂，通常选用Mg（OH）2、Al(OH)3，其阻燃机理是这些含水化合物在高温下发生分解。生成金属氧化物并释放出水。一方面金属氧化物在材料的表面形成致密的保护层，有效保护了内部易燃高分子材料，同时释放出来的水可以稀释空气中的氧浓度从而表现出阻燃效果。Mg(OH)2具有较高的起始分解温度，Al(OH)3的起始分解温度较低，因此选用Mg（OH）2作为阻燃剂的材料须具有较宽的加工温度，但从成本的角度考虑，选用Al(OH)3具有更大的优势，而且对于以LDP

5、E为电缆料的基材，Al(OH)3的起始分解温度能满足加工要求。但据文献报道选用Al(OH)3单一组分作为阻燃剂来制备无卤阻燃电缆料时，存在填充量太大，其辱量分数通常要在60%以上，导致材料其它性能损失太大的缺点。为此笔者从两方面着手来降低Al(OH)3的填充量并使无卤阻燃电缆料的综合性能优良：在阻燃剂方面，以Al(OH)3为主阻燃剂，配以聚硅氧烷形成复配协效阻燃体系；在基体树脂方面，以LDPE为主，配合促进结炭组分E/VAC和易成炭组分E/EAK，所得到的多组分协效阻燃树脂体系既可大大降低阻燃剂的填充量又能保证其它性能不降低。   在复配阻燃体系中，聚硅氧烷可以作为

6、Al(OH)3的表面包覆剂，既改善Al(OH)3与基体树脂的相容性，又能与Al(OH)3产生协效作用，有效地促进了炭层的生成，声而阻止烟的形成和火焰的蔓延。   从表1可以看出，聚硅氧烷的加入提高了LDPE的氧指数，随着聚硅氧烷含量的增加，氧指数增加，在聚硅氧烷质量分数为6%以上时，氧指数增加缓慢，因此聚硅氧烷的质量分数占Al(OH)3的6%为宜。但在这种情况下，氧指数还不足够高，达不到UL94V-0级。这时可以考虑通过对基体树脂进行改性来进一步提高氧指数。2.2 LDPE的改性   采用复合基体树脂是获得具有优良综合性能的基体材料的有效手段。J.T.Yeh等在LD

7、PE中加人E/VAC作为改性树脂，研究发现E/VAC能增加LDPE与无机阻燃剂的界面作用力，并能促进材料燃烧生成炭层，从而使材料的阻燃、抑烟性能得到改善。何震海在无卤阻燃电缆料的研制中，也提出E/VAC能提高LDPE的阻燃性能。在这些研究中，都得出了E/VAC可以有效促进结炭的结论。但在LDPE/(E/VAC)复合体系中缺少有效的成炭组分，为了得到较高的阻燃性能，LDPE的用量必须低于E/VAC的用量。而E/VAC又是比LDPE成本更高的树脂，显然是不可行的。因此尝试在LDPE/（E/VAC）体系中添加有效成炭组分，而E/EAK是有效的成炭组分，且与LDPE和E