浅谈阻燃材料发展现状与趋势分析

浅谈阻燃材料发展现状与趋势分析

摘要：为提高电气线路的安全水平，电缆的阻燃问题越来越引起人们的关注，电缆的阻燃化已成为电缆行业的一个综合性发展方向。由于聚氯乙烯绝缘电缆和一些其他含卤材料燃烧时放出大量的腐蚀性气体和浓烟，危及人们的生命安全，所以近年来无卤低烟电缆得到广泛的应用。本文分析了各种阻燃剂的种类及其阻燃机理和性能，还有阻燃电缆的概念，特性，结构和分类。以及阻燃材料的应用领域。指出了其各自存在的问题，探讨了阻燃剂在国内外的应用研究现状，以及各种阻燃剂在未来发展趋势，对今后阻燃剂的研究与应用提出了建议。

关键词：阻燃材料阻燃剂发展现状机理低烟无毒

正文：

一阻燃电缆的定义及分类

㈠阻燃电缆材料的定义

所谓阻燃电缆就是在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去试验火源后，火焰的蔓延仅在限定范围内，残焰或残灼在限定时间内自行熄灭特性的电缆。

阻燃电缆主要的功效是依靠阻燃材料，阻燃材料分为有机阻燃材料和无机阻燃材料，目前阻燃材料主要利用添加阻燃剂来实现阻燃效果，阻燃剂现在种类繁多，主要有无机和有机阻燃剂，有机阻燃剂目前使用较为普遍。具有阻燃效果好、添加量少、对材料的其他性能影响小等特点，但它在燃烧过程中发烟量较大，会释放出有毒性、腐蚀性的卤化氢气体。无机阻燃剂具有无卤、无毒、低烟，热稳定性好、不挥发、不析出、不产生腐蚀性和有毒性气体且价格便宜，可利用的资源丰富等优点，但却存在添加量大且与基材亲和力差，阻燃效果差，对材料的加工和机械性能影响大等缺点。

㈡阻燃电缆的分类及构成

根据电缆阻燃材料的不同,阻燃电缆分为含卤阻燃电缆及无卤低烟阻燃电缆两大类。

其中含卤阻燃电缆的绝缘层、护套、外护层以及辅助材料（包带及填充）全部或部分采用含卤的聚乙烯（PVC）阻燃材料,因而具有良好的阻燃特性。但是在电缆燃烧时会释放大量的浓烟和卤酸气体,卤酸气体对周围的电气设备有腐蚀性危害,救援人员需要带上防毒面具才能接近现场进行灭火。电缆燃烧时给周围电气设备以及救援人员造成危害,不利于灭火救援工作,从而导致严重的“二次危害”。

而无卤低烟阻燃电缆的绝缘层、护套、外护层以及辅助材料（包带及填充）全部或部分采用的是不含卤的交联聚乙烯（XLPE）阻燃材料,不仅具有更好的阻燃特性,而且在电缆燃烧时没有卤酸气体放出,电缆的发烟量也小,电缆燃烧产生的腐蚀性气体也少,对周围电气设备及人身造成的危害较小,有利于灭火救援工作,因而,该电缆在国外被称做”清洁电缆”由于无卤阻燃电缆的价格较贵,因此

在提高电缆阻燃性和降低卤酸气体发生量之间采取折衷的方式开发出了低卤低烟阻燃电缆。它的含卤量约为含卤阻燃电缆的1/3左右。发烟量也接近于公认的“低烟”水平。

根据《电线电缆燃烧试验方法的规定》采用成束燃烧试验方法考核的阻燃电缆分为A,B,C三类，其中A类电缆试验条件最苛刻)性能较B,C类更优，价格也最贵。

二阻燃电缆的机理

目前国内用量最大的塑料绝缘阻燃电缆均为含氯阻燃材料，它是以氯作为阻燃剂是电缆达到阻燃目的。含氯阻燃电缆的机理如下：

RH+O2→Ro·+HO·

Ho·+RCH3→RCH，·+H2O

RCH2·+02→RCHO+H0·

从上述反应式中不难看出O2和HO·分别出现同RH有机物放出大量的热，只要有RH有机物存在，HO·不减，燃烧现象不断延续。但是它还有抑制燃烧，阻止延燃的作用，即活性羟基NO·与HCl(氯化氢)的反应：

HCI+HO·→Cl·+H20

Cl·+Cl→C12

HCl同HO·反应后，生成游离的氯离子和水蒸气，而游离的氯离子相互结合又生成氯气，由于生成物本身不燃，而且在燃烧反应中能稀释空气中的氧和活性羟基的浓度。因此，聚氯乙烯电缆能不能阻燃，完全取决于上述二方面。

化学反应是哪个起主导作用，即取决于单位时间HO·的增加量是正还是负，当HO·>0时就燃烧，大得越多，燃烧就越剧烈；反之亦然。为了抑制HO·的增加量，一般在普通聚氯乙烯材料中添加含卤量大的十溴联苯醚或氯化石蜡作为阻燃剂，使普通聚氯乙烯的氧指数达到32以上，增强了聚氯乙烯为基材电缆的阻燃能力。

三阻燃电缆的工艺

1．挤出设备

阻燃电缆挤出性能和挤出设备的关系很密切，有卤阻燃电缆料的挤出，使用长径比L／D为20或25的螺杆都能得到理想的挤出表面。无卤低烟阻燃电缆聚烯烃电缆料的挤出，使用长径比L／D为20或25的螺杆也能得到较为理想的挤出表面，但相比而言，使用长径比L／D为20的螺杆挤出的电缆表面更加光洁。这是由于长径比越大，能改进物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力，适应性较强，但长径比过大，会使塑料受热时间增长，易引起降解，并增大挤出机的功率消耗，而无卤低烟阻燃电缆料中由于加入了较多的填充材料(氢氧化镁或氢氧化铝)，受热易分解而造成挤出表面变差，故采用长径比L／D为20的螺杆挤出效果较好。

另外对于无卤低烟阻燃电缆料的挤出，螺杆压缩比为1：1—2．5：l之间比

较合适。并且采用挤出PVC用的螺杆比采用挤出聚乙烯用的螺杆挤出阻燃聚烯烃较好；这是由于压缩比越大，螺槽深度越浅，螺旋角越小，螺杆与料桶间隙越小，对塑料产生的剪切力和积压力增大，物料在螺杆中的剪切生热也越大，易引起物料机械分解，影响挤出质量；而挤出PVC用的螺杆压缩比较小，螺槽深度较深，螺旋角较大，螺杆与料桶间隙较大，故一般采用挤出PVC用的螺杆挤出阻燃聚烯烃电缆料。无卤低烟阻燃电缆料的挤出设备要有良好的冷却装置，因为阻燃聚烯烃挤出过程中会由于摩擦而生热，如果没有良好的冷却效果，材料极易分解而影响挤出效果。

2．挤出模具

由于阻燃电缆料中有较多的填充物，导致在熔融状态下熔体强度、拉伸比和熔体粘度与非阻燃电缆料的性能存在较大的差异，从而使模具的选取也有所不同。一般来说，阻燃绝缘料的挤出采用挤压式，护套采用挤管式或半挤管式生产。采用挤压式模具时由于阻燃电缆料熔体粘度大，使得机头压力增加，挤出制品压得比较密实，导致离模时有所膨胀，故选用模具内径尺寸比成品的标称直径小5％左右。使用挤管式或半挤管式生产时必须考虑拉伸比，有卤阻燃料拉伸比为6—7左右，无卤低烟阻燃电缆料拉伸比为2．5—3．2，理论上是拉伸比越小，表面越光洁，实践得出挤制护套配模：模芯内径=绕包层外径+(0．6～1．5)mm，模套内径=电缆标称外径+(2—7)mm。

3．挤出工艺

挤出工艺主要包括挤出温度和螺杆转速的设置。由于阻燃电缆料挤出时会因摩擦而生热，引起温升，冷却一段后会趋于平衡，所以初始温度设定一般比正常挤出温度低5一lO℃左右，以使挤塑稳定时，温度正好在材料的挤出温度范围之内。般来说，无卤低烟阻燃聚烯烃电缆料比有卤阻燃电缆料的摩擦升温快，工艺温度范围窄。挤塑时螺杆转速也是一个重要问题，挤包阻燃电缆料时，螺杆转速不能太快。这是由于螺杆转速快后受到的剪切作用增大，易引起阻燃剂的机械热分解；另外由于转速增加，摩擦生热量大，也会造成阻燃剂分解从而影响挤出表面质量。对于无卤低烟阻燃电缆料的挤出来说，螺杆转速大时，主机电流一般比较大，导致电机超负荷运转。

四阻燃材料发展现状

近年来，随着防火安全标准的日益提高和塑料产量的快速增长，全球阻燃剂的用量不断增长。按照化学组成，阻燃剂可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂，机阻燃剂主要以卤素添加剂为主，机阻燃剂在合成材料中，除了有阻燃效果外还有抑制发烟和氯化氢生成的作用，而且赋予材料无毒性、腐蚀性和价格低廉等优点。国外工业发达国家无机阻燃剂消费量远远高于有机阻燃剂，如美国、西欧和日本等工业发达国家地区无机阻燃剂的消费占总消费量约60，我国不到因此我国发展无机阻燃剂非常紧迫而且潜力巨大。目前我国阻燃系主要品种有卤系、铝镁系、磷系、卤一磷系、硅系、硼酸盐系等。

1 铝系阻燃

氢氧化铝是问世最早的无机阻燃剂之一，也是国际上阻燃剂中用量最大的一种。目前氢氧化铝占全球无机阻燃剂消费量的8O%上，广泛应用于各种塑料、涂