低烟无卤阻燃电缆料的研制
低烟无卤阻燃TPE电线电缆料的研制
香忒
ＳｈｏｒｅＡ
ＡＳＴＭ
Ｄ２２４０
目测
ＡＳＴＭ ＡＳＴＭ
Ｄ１２３８ Ｄ４１２
ｍｍ
∞白色
圆柱体
２．５ ７．３ ６９６ Ｖ０
１３６＂１６８
口３白色 圆柱体
２．５ ７．３ ６９６ Ｖ０
１３６＂１６８
力３白色 圆柱体
５．７ ９．８ ７８０ ＶＯ
１３６＂１６８
谚３白色 圆柱体
５．６ １０．５ ８５８ Ｖ０
１３６＂１６８
３结论
研究表明，Ｏ．ＳＥＢＳ／ＰＰ复合材料ＴＥ５８５４Ｈ口－］＂满足ＵＬ９４．Ｖ０的阻燃要求；通过合理调整ＳＥＢＳ 与ＰＰ的用量，所得材料ＴＥ５８５４Ｈ的拉伸强度可达到１０．５ＭＰａ，断裂伸长率高达到８５８％，熔 融流动速率ＭＦＲ为５．６９／１０ｍｉｎ；同时阻燃复合材料ＴＥ５８５４Ｈ遇水不析出、抗老化性能好、燃 烧时低烟无熔滴，不会释放出有毒气体，适用于生产各类要求的无卤阻燃电线电缆的绝缘层和护 套层。
福建联合石油化工有限公司 自制 金海雅宝化工有限公司 金海雅宝化工有限公司
１．２实验用主要仪器和设备
低烟无卤阻燃ＴＰＥ电线电缆材料ＴＥ５８５４Ｈ加工、测试用主要仪器设备见表２。
表２ ＴＥ５８５４Ｈ材料加工、测试用主要仪器设备
名称 ＴＳＥ．３５同向双螺杆挤出机 注塑机 切粒机 ＳＨＲ．高速混合机 水平。垂直燃烧测定仪 熔体流动速率试验机 微控电子万能试验机 邵氏硬度测试仪 比重电子天平 空气热老化试验箱 电热恒温鼓风干燥箱
２ ３１ １２
３ ２４ ９ ２１ ３８ ０．１ Ｏ．２
４ ２６ １１ １９ ３８ ０．１ Ｏ．２
５ ２６ １１ １９ ３８ ０．１７ Ｏ．３４
白矿油
ＰＰ ＡＦ．ＰＮ １０１０ １６８
低烟无卤阻燃电缆料的研制
低烟无卤阻燃电缆料的研制低烟无卤阻燃电缆料的研制随着现代化建设的不断推进，电缆在现代工业、建筑和交通等领域中担任着越来越重要的角色。
然而，传统的阻燃电缆料存在着严重的安全隐患，如发生火灾时会产生大量有毒气体、易燃易爆等问题。
针对这些问题，低烟无卤阻燃电缆料的研制成为了当前电缆行业发展的重要课题。
本文以低烟无卤阻燃电缆料的研制为研究对象，通过对研制过程以及产品性能进行阐述，旨在探究低烟无卤阻燃电缆料在电缆领域应用的前景。
1、低烟无卤阻燃电缆料的发展历程低烟无卤阻燃电缆料是在传统阻燃电缆料基础上进行的技术改进和创新性研究，主要解决了传统电缆料存在的安全问题。
早在上世纪70年代，欧洲国家开始研究低烟无卤阻燃电缆料，随着科学技术的不断发展，这种新型电缆料越来越受到国内外电缆企业的重视。
2、低烟无卤阻燃电缆料的研制过程低烟无卤阻燃电缆料的研制过程包括材料选择、材料配比、加工工艺等多个方面的工作。
在材料选择方面，应选用防火性能较好、低烟低毒、无卤素、无铅和低挥发性等特点的原材料。
在材料配比方面，需要遵循“低含量、高效能”的原则，且合理分配配方中每个组分的比例，确保产品稳定性与耐用性。
在加工工艺方面，需要注意材料预处理、混炼、挤出等生产流程，控制加工温度、加工速度等参数，保证产品的成型精度和物理性能，提高阻燃性能。
3、低烟无卤阻燃电缆料的优点低烟无卤阻燃电缆料相比传统电缆料在防火方面具有明显优势。
（1）防火性能较好，当电缆遭受火灾时，该材料可起到有效地减缓火势的作用，从而降低火灾的范围和损失。
（2）低烟低毒，当电缆发生火灾时产生的烟雾量较小，不会对人或动物造成毒害。
（3）无卤素、无铅，不会给环境造成污染。
（4）低挥发性，长期使用过程中不会有异味，使用安全。
4、低烟无卤阻燃电缆料的应用前景低烟无卤阻燃电缆料是电缆领域的创新材料，在未来的电缆行业中具有广阔的市场前景和重要的应用价值。
这种新型材料不仅能够提高产品的安全性能，还可满足市场对可持续环保性材料的需求。
低烟无卤阻燃电缆料及电缆加工研究
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，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/V AC）、E/V AC、LDPE/（E/V AC）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20～30mm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/V AC、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/T 1040-1992测试；氧指数按GB/T 2406一庄993钡J试；MFR按GB/T3682-200测试；SEM观察：将试样在液氮中脆断，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。
低烟无卤阻燃电缆生产工艺及其电缆料的配方
低烟无卤阻燃电缆生产工艺及其电缆料的配方1、电缆的导体耐火电缆的导体采用铜导体，导体几何形状为圆形，且多根绞合导体应紧压。
圆形紧压铜导体与扇形导体相比有许多优点：绕包云母带时使云母带与导体结合紧密，有利于电场均匀分布，增强电缆的电气绝缘性能，同时可以节约云母带的用量，降低成本。
2、电缆的耐火层导体外采用两层或多层云母带重叠绕包，一般重叠率不小于30％，有时重叠率达50％才能达到耐火试验要求，以达到耐火试验为基准。
绕包角控制在40-50度。
3、电缆的绝缘和护套电缆绝缘根据阻燃等级的不同允许选用交联聚乙烯或无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘材料，由于导体外重叠绕包两层或多层耐火云母带，对于导体截面25mm2及以上的电缆其绝缘层厚度允许减薄20％，但以能够通过耐火电缆试验为基准。
电缆护套选用无卤低烟阻燃聚烯烃护套材料，其结构尺寸按照相关标准执行。
1.3.1挤出模具一般来说，无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘的挤出采用挤压式，护套采用挤管式或半挤管式生产。
采用挤压式模具时由于无卤低烟阻燃聚烯烃熔体粘度大，使得机头压力增加，挤出制品压的比较密实，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，无卤低烟阻燃聚烯烃拉伸比为2.5－3.2，理论上是拉伸比越小，表面越光洁，实践护套配模：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。
1.3.2 挤出工艺初始温度设定一般比正常挤出温度低5～10℃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。
一般来说，无卤低烟阻燃聚烯烃电缆料比低烟低卤及普通阻燃聚烯烃电缆料的摩擦升温快，工艺温度范围窄。
螺杆转速快，剪切作用增大，易引起阻燃剂的机械热分解；转速增加，摩擦生热量也大，也会造成阻燃剂分解从而影响挤出表面质量。
同时螺杆转速大时，会导致电机超负荷运转。
1.3.3 挤出设备使用长径比L/D为20或25的螺杆能得到较理想的挤出表面，螺杆压缩比为1:1～2.5:1较合适。
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第5期
倪忠斌等 :低烟无卤阻燃电缆料的研制
501
各具优点. 本文主要从 EVA 与 HDPE 的不同配比 , 下先将 HDPE、氢氧化镁 、EVA 和各种助剂混合均
以及无机填料氢氧化镁的不同用量和填料表面处 匀 ,混一定时间 ,出料. 在平板硫化机上分别压成 1
理 、阻燃助剂与加工助剂的使用对性能的影响 ,来 cm 和 3 cm 厚的试样.
表 2 氢氧化镁用量对 EVA/ HDPE 体系性能的影响 Tab. 2 The effects of Mg ( OH) 2 amount on properties of
EVA/ HDPE system
材料性能
氢氧化镁用量 (phr) 20 40 70 90 110 130
拉伸强度/ MPa 28. 3 17. 5 10. 2 7. 6 6. 3 5. 9
断裂伸长率/ % 550 405 368 150 100 53
拉伸强度变化
率1) / %
- 6. 7 - 10 - 12 - 13 - 15
断裂 伸 长 率 变 化
率1) / %
-7 -5 -5 -6 -6
氧指数 (O I)
22 22. 5 31 32 32 33
注 :1) 实验条件采用热空气老化 (135 ℃×10 d) . 配方 :主 体骨架材料为 100 份 ,红磷 8 份 ,抗氧剂 2. 5 份 ,其他加工助 剂 6 份.
2. 3 表面处理剂对氢氧化镁作用的影响 氢氧化镁表面含有许多羟基 (2OH) 基团 ,羟基
是一种亲水性基团 ,而羟基也能与许多其它物质发 生缩合反应 , 可将原有的羟基置换成疏水性的基 团 ,从而可以改善填料与塑料的湿润性 ,表面处理 剂便是改善这一性能的有效物质. 表面处理剂的中 心原子两侧一般都含有官能团物质 ,一侧官能团可 以与无机填料表面发生吸附作用并与其羟基发生 化学反应 ,另一侧官能团与塑料作用 ,形成较弱的 化学键. 这样利用化学物理作用足以将氢氧化镁和 EVA2HDPE 紧密结合起来 ,改善了氢氧化镁的分散 性 ,同时也降低了附聚体产生的可能性.
供 ; HDPE ,牌号 5000S ,扬子石化公司提供 ;氢氧化
镁 ,用表面活性剂进行表面处理后使用.
2. 1 EVA 和 HDPE 的不同配比对低烟无卤阻燃电
1. 2 实验仪器与设备
缆料的力学性能的影响
双辊炼塑机 , S K2160B ,上海轻化机械厂制 ; 平
HDPE 力学性能很好 ,发烟量很低 ,但由于分子
倪忠斌 , 陈明清 , 杨 成 , 刘晓亚
(江南大学 化学与材料工程学院 ,江苏 无锡 214036)
摘 要 : 以高密度聚乙烯 ( HDPE) 与乙烯2醋酸乙烯共聚物 ( EVA) 为基体材料 ,表面改性氢氧化镁
为填料 ,红磷为阻燃剂 ,通过熔融共混的方法 ,得到了低烟无卤阻燃电缆料. 研究了 EVA/ HDPE 的
近年来 ,人们发现火灾事故中的人员致死原因 80 %以上与材料产生的浓烟和有毒气体有关[1 ] . 随 着我国现代工业的迅速发展 ,安全防患措施也应越 来越完善 , 在许多大型公共场所 ,为避免电缆着火 造成的二次灾难[2 ,3 ] (电缆燃烧时产生大量的烟雾 和酸性气体) ,对专供传输电能和通讯信号使用的 电线电缆 , 不仅要求具有在电缆及周围环境着火 时 ,具有可阻止火焰蔓延等阻燃性能 , 并能维持电 缆继续传输电能和通讯信号 ,而且在燃烧时还应具
板硫化机 ,0. 5 t ,上海第一橡胶机械厂制 ;拉伸试验 是非极性 ,与无机填料相容性极差 , EVA 拉伸强度
机 ,LJ210000 N ,承德试验设备总厂制 ;氧指数测定 比 HDPE 小 ,断裂伸长率比 HDPE 大 ,而且分子具
仪 ,HC22 ,江苏江宁分析仪器厂制 ; 热空气老化箱 , 有极性键 ,与无机填料相容性较 HDPE 好. 把 EVA
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50 2 无 锡 轻 工 大 学 学 报 第 20 卷
10. 2 7. 6
断裂伸长率/ %
350 356 384
368 247
拉伸强度变化率1) / % 断裂伸长率变化 率1) / %
中图分类号 : O 63
文献标识码 : A
Preparation of Lo w2Fume , Halogenless and Flame2Retardant Cable
N I Zhong2bin , CHEN Ming2qing , YAN G Cheng , L IU Xiao2ya
(School of Chemical and Material Engineering , Sout hern Yangtez Univerisity , Wuxi 214036 , China)
101A22 ,上海实验仪器总厂制.
和 HDPE 进行共混 (表 1) ,得到力学性能优异而且
1. 3 试样制备
与无机填料具有良好相容性的骨架材料.
将双辊炼塑机升温至 120 ℃左右 ,在熔融状态
表 1 不同 HDPE/ EVA 配比的材料性能
Tab. 1 Material properties at different ratio of HDPE/ EVA
不同配比 、氢氧化镁及红磷的不同用量对材料力学性能和阻燃性能的影响. 结果表明 ,当 EVA/
HDPE 为 3∶1 , 表面处理氢氧化镁用量为 70 份 (以树脂 100 份计) ,阻燃助剂红磷 8 份 ,加工助剂 6
份时 ,所得到电缆料的物理机械性能和阻燃性能良好 ,可满足实际生产的需要.
关键词 : 乙烯2醋酸乙烯共聚物 ;高密度聚乙烯 ;低烟 ;无卤 ;氢氧化镁
有低发烟量 ,产生气体腐蚀性低 ,利于工作人员安 全撤离现场的性能 , 即应使电缆具有无卤 、低烟 、阻 燃等性能.
无卤阻燃材料在燃烧时发烟量少 ,产生较少或 不产 生 卤 化 氢 气 体[1 ] . 乙 烯2醋 酸 乙 烯 共 聚 物 (EVA) 和高密度聚乙烯 ( HDPE) 燃烧时的发烟量 低 ,产生的气体腐蚀性较低 ,适合作低烟无卤阻燃 电缆料的主体骨架材料. HDPE 发烟量比 EVA 更 小 ,EVA 与无机填料相容性比 HDPE 效果好 ,两者
表 3 不同表面活性剂处理氢氧化镁对材料性能的影响 Tab. 3 The effects of different modif ied Mg( OH) 2 on materi2
al properties
材料性能
A2151
A2172
钛酸酯 TC22
自制
空白
拉伸强度/ MPa
8. 3 8. 5 8. 9
第200210年卷第9 月5 期
Journal
无锡轻工大学学报 of Wuxi University of Light
Industry
Vol. 20
Sep .
No. 5 2001
文章编号 :1009 - 038X(2001) 05 - 0500 - 03
低烟无卤阻燃电缆料的研制
Abstract : Cable jacket compound was developed on t he basis of a lot of experiment s and st udies on rate of EVA and HDPE , magnesium hydroxide surface t reating and dosage , and flame retardant agent . The experiment s showed t hat t he rate of EVA and HDPE was 3∶1 , t he dosage of magnesium hydrox2 ide surface t reating was 70 pieces , and t he dosage of flame retardant agent red phosphor was 8 pieces and curing aid2agent 6 pieces. This kind of compound has good physical mechanical property and ex2 cellent flame retardant . Key words : EVA ; HDPE ; low2f ume ; halogenless ; magnesium hydroxide
氢氧化镁的阻燃机理是分解时吸收大量燃烧 热 ,降低体系的温度 ,使材料不易着火 ;生成的氧化 镁沉积在材料表面 ,起隔绝空气的作用 ;生成的大 量水蒸汽会稀释燃烧区的氧浓度 ,同时水蒸汽又会 吸收烟雾 ,起一定的消烟作用. 由表 2 可知 ,体系的氧指数 (O I) 随着Mg (OH) 2 的添加量增加而增加 ,若氧指数要达到 30 ,则 Mg (OH) 2 的添加量要在 70 (phr) 以上. 大量添加 Mg (OH) 2 后 ,体系抗张强度和断裂伸长率都下降较
探讨低烟无卤阻燃电缆料的最佳配方.
1. 4 性能测试
抗张强度和断裂伸长率的测试 :材料拉伸特性
1 材料与方法
按 GB/ T 1040292. 氧指数测试 : 按 GB/ T 2406293.
样品的尺寸为 100～150 mm ×6. 5 mm ×3 mm.
1. 1 试验用主要原料
EVA ( VA 质量分数 18 %) ,韩国三星公司提 2 结果与讨论
多 ,尤其是断裂伸长率 ,当 Mg (OH) 2 的添加量在 130 (phr) 以上 ,其断裂伸长率只有几十个百分点 ,难 以达到实际使用的要求. 添加氢氧化镁后 EVA2 HDPE 的拉伸强度和断裂伸长率下降 ,主要原因是 随着氢氧化镁用量的增大 ,塑料所占的量份下降 , 使得试样的形变量减少 , 可燃性下降. 氢氧化镁的 微粒随其用量的增加 ,容易通过表面吸附作用凝聚 成一团 ,称为附聚体. 在附聚体内部微粒按最紧密 堆积方式排列 ,且微粒间有气隙 ,附聚体表面又被 高聚物包裹 ,因此附聚体是应力集中体. 要求在制 备低烟无卤阻燃电缆料过程中 ,须强烈地混合 、捏 合或辊压 ,以破坏和防止附聚体产生 ,改善氢氧化 镁的分散性能和改变空气含量 ;同时要对氢氧化镁 表面进行处理 ,以改善其表面状况.