室温硅烷交联型低烟无卤阻燃电缆料的研制

室温硅烷交联型低烟无卤阻燃电缆料的研制

主要进行一种室温硅烷交联型低烟无卤阻燃电缆料的研究，将低烟无卤的阻燃性和硅烷交联电缆料因为交联结构形成的优良电气性能、物理性能等优点相结合，并且实现电缆成品在自然条件下放置一段时间可以自发进行交联反应，降低电缆蒸煮能耗，实现环保型产品对传统电缆料产品的替代。在实验过程中还研究了不同填料含量对产品力学性能的效果，以及不同的催化剂对交联速度以及电缆表面光洁度的影响。

标签：低烟无卤；室温硅烷交联；阻燃；电缆料

本课题希望研发一种室温硅烷交联型低烟无卤阻燃电缆料，它与硅烷交联聚乙烯一样，A、B料混合后挤出电缆即可，最大的特点是能够在室温条件下经过一定时间后自然交联，并且具有良好的阻燃性能。本实验以线性低密度聚乙烯为主要原料，经接枝加工后再加入阻燃剂、润滑剂和抗铜剂等，以不同配比在密炼机中进行共混，制备出具有阻燃性能的阻燃A料，同时将催化剂、抗氧劑等加入聚乙烯树脂加工成催化剂母料B料。制造电缆时将A、B料按一定比例混合后挤出即可，生产出的电缆能够在室温条件下经过一定时间后自然交联，具有良好的电气性能。

1实验部分

1.1试样制备

1.1.1接枝聚乙烯材料的制备根据我们所要求的材料性能，本产品的工作温度，以及普及多年的两步法硅烷交联聚乙烯绝缘料的配方，我们选用LLDPE和LDPE混合作为主要基材，接枝交联剂选用乙烯基三甲氧基硅烷，通过双螺杆挤出机挤出树脂的同时按一定量加入，挤出造粒即可得到接枝聚乙烯材料。

1.1.2阻燃A料的制备将接枝聚乙烯材料和阻燃剂以及各种助剂等材料准确称量后加入密炼机，密炼时间10～20min，密炼温度130～140℃，密炼完成后进入双螺杆挤出机，经过挤出造粒冷却后得到阻燃A料。

1.1.3催化母料B料的制备将低密度聚乙烯、催化剂、和抗氧剂按配方称好后加入高速混合机混合均匀后一起加入双螺杆挤出机，经过水冷拉条切粒，干燥后得到催化母料B料。

1.1.4A、B料混合挤出制备样品在阻燃A料和催化母料B料均制备完成后，即可进行挤出实验，将阻燃A料和B料按一定比例混合均匀后在小型挤出机上挤出制片，要求厚度在（1.0±0.1）mm，在挤出模口采用压辊轧光试样，取其中部分片材裁成小段后用平板硫化机压制成3mm厚的片材，用专用工具裁成氧指数测试样条，然后在在自然条件下（（23±2）℃，湿度>50%）放置72小时后进行各项性能测试。

2测试结果分析

2.1交联剂比例对接枝聚乙烯交联度的影响

制备硅烷交联聚乙烯主要包含两个过程：接枝和交联。在接枝过程中，聚合物在过氧化物引发剂的自由基作用下，失去叔碳原子上的H原子产生自由基，该自由基与乙烯基硅烷的-CH=CH2基反应，生成含有三氧基硅酯基的接枝聚合物。在交联过程中，接枝聚合物首先在水的作用下发生水解生成硅醇，-OH与邻近的Si-O-H基团缩合形成Si-O-Si键，从而使聚合物大分子间产生交联。本实验独创的工艺流程中的第一个步骤就是制备接枝聚乙烯。采用双螺杆双阶造粒机，首先按比例准确混合LDPE和LLDPE两种树脂，同时将交联剂DCP和抗氧剂混合加入乙烯基三甲氧基硅烷中混合均匀，溶解后形成复配硅烷待用。然后将混合树脂根据挤出速度按量投入双螺杆挤出机料斗中，通过调节硅烷注射枪来调节复配硅烷的加入量，然后经过挤出造粒即得到接枝聚乙烯材料。

2.2填料种类及含量对材料性能的影响

根据国家标准GB/T32129-2015对本材料的性能要求，制备阻燃A料的主要目的是使材料的阻燃性能达到要求，并且在一定条件下能进行交联反应，同时其他机械性能、电气性能也必须在合格范围内。阻燃剂的种类和加入量对材料的阻燃性能有着决定性的影响，所以需要对配方进行多次调试。

氢氧化铝具有十分良好的阻燃抑烟效果，且由于分解温度高于一般聚烯烃加工温度，价格低廉，在低烟无卤阻燃电缆料中使用量最大，但由于本实验材料是硅烷交联类型，而氢氧化铝中由于-OH含量较高并且易吸收水分，对硅烷的交联反应有促进作用，所以添加大量氢氧化铝的材料在挤出过程中容易产生预交联，影响电缆的加工性能和表面光洁度，作者经过多次试验最终采取了多种阻燃剂复配的填料体系。实验结果表明，随着磷氮阻燃剂比例的增加，材料的氧指数提高，并且预交联时间大大的延长，但由于磷氮阻燃剂成本较高，而实际生产中仅需要保证预交联时间大于20min即可，所以磷氮阻燃剂用量为20～40份可以使材料具有较为优良的性能。

2.3相容剂对阻燃A料力学性能的影响

在制备低烟无卤阻燃材料的过程中，为了达到较好的阻燃效果，往往阻燃填料的添加量很大，这会引起材料的机械性能大幅下降，一般采用各种手段提高阻燃剂与树脂体系间的相容结合程度，改善体系的分散塑化效果，以此来有效提高材料的物理机械性能。由于本实验所制备的材料需要在最后才进行硅烷交联反应，所以不适合用硅烷类偶联剂进行填料处理来提高物理性能。本实验采取增加马来酸酐接枝聚乙烯相容剂来提高无机填料和树脂之间的结合强度，由此来提高材料整体的物理机械性能。本实验研究了不同相容剂用量的情况下对材料力学性能的影响。

2.4 不同催化剂对材料自然条件下交联速度的影响

室温硅烷交联型低烟无卤阻燃电缆料在生产成电缆以后在自然条件下的交联速度，跟催化母粒B料有着极大的关系，催化剂在电缆加工温度下的反应速度越快，后面电缆的交联速度越快，但当交联速度太快，以至于在加工过程中就已经完成交联反应时，则会造成电缆表面出现不光滑的现象，本产品要求达到电缆在自然条件下能够尽快交联的同时保证电缆加工过程中表面情况良好。

2.5 室温交联型无卤阻燃硅烷绝缘料的性能

本实验通过研究不同材料组分对材料力学性能和电气性能的影响，以及对电缆料挤出工艺性能的影响，经过多次对配方及工艺的调整，制备出了各项性能均能达到电线电缆相关标准要求的材料，测得性能。

3结论

（1）硅烷接枝聚乙烯材料的制备过程中硅烷和催化剂的比例需要相互配合，并且催化剂的品种在硅烷交联聚烯烃电缆料的制备中，必须保证有机锡催化剂和硅烷的最佳配比，本实验进行了不同品种催化剂以及复配催化剂交联反应速度的对比试验。对于材料制成电缆后在室温条件下的交联速度有很大影响，采用复合催化剂可得到最佳效果。（2）大量使用氢氧化铝作为阻燃填料容易引起预交联，对产品的挤出表面有所影响，需要将氢氧化铝和其他非金属氢氧化物的阻燃剂配合使用，并且氢氧化铝含量不能超过30%。（3）加入相容剂马来酸酐接枝聚乙烯能改善阻燃填料与基体树脂的界面结合强度，从而有效提升材料的力学性能，但添加量有一个最佳范围，本试验中的最佳添加量为7.5%～12.5%。

参考文献：

[1]张显友，韩志东，吴泽.硅烷交联阻燃聚烯烃电缆料的研究[J].绝缘材料通讯，2000，1：15-19.