低煙無鹵阻燃聚烯烴電線電纜料性能摘要：本文針對低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料從配方技術(shù)、性能、擠塑設(shè)備及工藝等幾個(gè)方面做一分析，希望能為無鹵阻燃聚烯烴電線電纜生產(chǎn)廠家提供參考，以便更好地選擇無鹵電纜料品種、擠塑設(shè)備及制定合理的擠塑工藝。隨著我國冶金、電力、電子、自動(dòng)化及信息化網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)的迅猛發(fā)展，使得與之配套的電線電纜特別是阻燃電線電纜的用量急劇增加，包括電力電纜、控制電纜、信號電纜、儀器儀表電纜、計(jì)算機(jī)電纜等。保守的阻燃電纜一般采用聚氯乙烯做為護(hù)套，雖然聚氯乙烯資料具有阻燃性好、價(jià)廉、工藝好等特點(diǎn)，但由于其含有鹵素，燃燒時(shí)會(huì)放出大量鹵化氫氣體和濃煙，造成火災(zāi)的二次危害”從而加大了火災(zāi)的損失。尤其是很多科學(xué)研究已證實(shí)，鹵化物對人體健康與環(huán)境所造成的損害已愈來愈嚴(yán)重，人們越來越重視環(huán)保，歐盟和日本一些大公司例SoniToshiba等都提出了對聚氯乙烯限制使用的條例;國內(nèi)，北京市供電局1998年3月發(fā)文規(guī)定禁止PVC類電線電纜在該局系統(tǒng)內(nèi)使用，2002年華東建筑設(shè)計(jì)研究院推出的民用建筑電線電纜防火設(shè)計(jì)規(guī)程》明確提出了使用低煙無鹵電線電纜的要求。以上這些，使得不含鹵素的低煙無鹵阻燃電纜料得到廣泛的使用并呈現(xiàn)出很大的發(fā)展?jié)摿?，特別是地鐵、船艦、高層建筑和石油平臺用電纜、家用電器用電線、汽車低壓電線等場所大有完全取代聚氯乙烯之勢。目前使用的低煙無鹵阻燃電纜料通常有聚烯烴和乙丙兩大類，其中以低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料為主流，本文將對低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料的配方技術(shù)、性能、擠塑設(shè)備及工藝做一分析。一、配方技術(shù)　低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料通常由聚烯烴共混樹脂加阻燃填充劑氫氧化鋁、氫氧化鎂和一些為了提高耐熱壽命而添加的適量抗氧劑組合而成。有時(shí)為了降低其燃燒時(shí)的發(fā)煙量，還加入了一些發(fā)煙抑制劑，如釩、鎳、鉬、鐵、硅、氮系化合物。其阻燃機(jī)理為：燃燒時(shí)，阻燃填充劑氫氧化鋁、氫氧化鎂會(huì)釋放出結(jié)晶水，吸收大量熱量;與此同時(shí)，脫水反應(yīng)會(huì)發(fā)生大量水蒸汽，可以稀釋可燃性氣體，從而阻止燃燒，另外會(huì)在資料外表形成一層不熔不燃的氧化物硬殼，阻斷了高聚物與外界熱氧反應(yīng)的通道，最終資料阻燃、自熄。低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料要具有較好的阻燃性，配方中氫氧化鋁、氫氧化鎂必需有較大的填充量，通常要達(dá)到150份以上，而大量的無機(jī)阻燃劑填充必將導(dǎo)致資料在物理機(jī)械性能、電氣性能和擠塑工藝性能方面大大劣化。為了解決其阻燃性和物理機(jī)械等性能方面的平衡，使資料能充分滿足最終使用的技術(shù)要求，常用的方法有：一方面對聚烯烴資料進(jìn)行改性、接枝，以提高聚烯烴材料極性;另一方面是對無機(jī)阻燃劑的外表進(jìn)行化學(xué)改性，通常用偶聯(lián)劑處理。二、性能　大量無機(jī)阻燃劑的使用賦予了低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料阻燃、低煙、無鹵、低毒等特性，同時(shí)也使其在物理機(jī)械性能、電氣性能和工藝性能等方面與其他非阻燃及含鹵阻燃資料存在差別。由于低煙無鹵電線電纜使用場所及其配套產(chǎn)品生產(chǎn)工藝不同，性能要求也不盡相同，如在抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率、老化溫度和指標(biāo)、體積電阻系數(shù)、耐油性能、耐刮磨性能、柔軟性、阻燃要求等方面，不同的電纜往往有所偏重。無鹵資料技術(shù)中，以上有的指標(biāo)是相互制約的不可能有一種全能的產(chǎn)品能滿足以上所有各類電線電纜的要求，比較突出的斷裂伸長率與阻燃性之間的矛盾、柔軟度與熱變形及老化性能之間的矛盾。資料廠家能做到只能是滿足基本性能要求的基礎(chǔ)上，某些性能之間進(jìn)行優(yōu)劣平衡，以不同牌號的產(chǎn)品適應(yīng)不同要求的電線電纜。以下對慣例低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料性能做一介紹。1阻燃特性　低煙無鹵阻燃電纜料除具有阻燃性外，與含鹵阻燃電纜料相比，還具有低煙、無鹵、低腐蝕、低毒等特性。1氧指數(shù)　目前在國內(nèi)主要以GB/T2406方法來測試常溫下阻燃電纜料的氧指數(shù)，以考核材料的阻燃性，高溫下的氧指數(shù)對阻燃電線電纜來說盡管也比較重要，但因?yàn)闇y試條件等因素，一般很少進(jìn)行測試。另外一個(gè)與資料阻燃性密切相關(guān)的參數(shù)—溫度指數(shù)也很少測試。其測試方法在NES715中有規(guī)定，表示了環(huán)境溫度到底升到多高時(shí)，資料能在空氣中點(diǎn)燃。低煙無鹵電纜料常溫下氧指數(shù)達(dá)到33-35即可滿足一般電纜阻燃要求，其溫度指數(shù)為300左右。氧指數(shù)作為世界范圍內(nèi)最常用的燃燒試驗(yàn)，并不能作為判斷資料阻燃性的唯一指標(biāo)，資料自熄性的考核似乎更能貼切地衡量材料的阻燃性能。例如聚氯乙烯或含鹵阻燃聚烯烴氧指數(shù)只要達(dá)到30左右，用其做為絕緣截面為0.5mm2電線即可通過UL規(guī)范中的VW-1燃燒試驗(yàn)，而低煙無鹵阻燃聚烯烴資料氧指數(shù)即使達(dá)到34以上，也未必能滿足VW-1燃燒要求。另外，同樣是低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料，氧指數(shù)高的產(chǎn)品自熄性也未必就好。例如：用碳酸鈣和聚硅氧烷作阻燃劑的無鹵料經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕呐浜?，氧指?shù)可做得較高，甚至達(dá)到36-38但很可能自熄性不如氧指數(shù)為32-34聚烯烴/礦物氫氧化物體系。國外有的用戶已開始采用UL94中的V-0等級來考核無鹵材料的自熄性，作為對氧指數(shù)考核指標(biāo)的補(bǔ)充?，F(xiàn)在阻燃指標(biāo)方面，有一種更為接近實(shí)際燃燒性能的錐體量熱計(jì)法越來越受到人們關(guān)注，該方法可對資料燃燒時(shí)的著火時(shí)間、發(fā)熱速度、總發(fā)熱量等燃燒參數(shù)進(jìn)行定量評價(jià)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，發(fā)熱速度越大的無鹵材料，向周圍傳達(dá)熱量越容易，越有可能擴(kuò)大燃燒范圍，即易于延燃、自熄性差，而氧指數(shù)高的無鹵資料發(fā)熱速度不一定就比氧指數(shù)低的發(fā)熱速度小。盡管單純用氧指數(shù)來考核材料的阻燃性，存在一定的局限性，但由于其測試方法簡便易行，且對于同一類材料在絕大多數(shù)情況下來說還是可以相對標(biāo)明其阻燃性的差別，所以通常把氧指數(shù)作為資料阻燃性的一項(xiàng)考核指標(biāo)，也未嘗不可。2煙密度　廢品電纜一般采用GB/T17651成束燃燒方法測試電纜燃燒后的透光率來考核電纜低煙性能，低煙無鹵電纜透光率達(dá)到60%以上符合要求。對材料來說，一般采用GB/T8323方法來測試其有焰及無焰燃燒時(shí)的最大煙密度Dm以此來考核材料的發(fā)煙性能。低煙無鹵電纜料燃燒時(shí)的發(fā)煙性遠(yuǎn)低于含鹵阻燃電纜料，其指標(biāo)一般為有焰Dm≦100,無焰Dm≦200,而含鹵阻燃電纜料有焰及無焰Dm均為300以上。3鹵素含量　目前有IEC754-1和MIL-C-24643A 兩種方法用來測定鹵素及氫鹵酸氣體含量。前者不適于鹵酸氣體含量低于5mg/g場所，即不適于無鹵資料含鹵量的測定，后者為采用χ射線原理丈量體系鹵元素的含量，測試精度為0.2%嚴(yán)格意義上來說憑此方法也不能完全判定被測材料是否絲毫不含鹵素。因此很多無鹵資料規(guī)范中不將鹵素含量做為一項(xiàng)考核指標(biāo)，更多地是通過PH值及電導(dǎo)率來表征其無鹵性。只有BSIEC等規(guī)范中將無鹵體系中鹵化氫釋放量的指標(biāo)定在≦5mg/g作為分界點(diǎn)考核。4腐蝕性　IEC1991年公布IEC754-2通過測定PH值和電導(dǎo)率來測試電纜資料燃燒時(shí)釋放氣體的酸度，并規(guī)定測得PH≧4.3及電導(dǎo)率≦10μs/mm為無鹵、低腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。IL-C-24643A 規(guī)范中規(guī)定電纜資料燃燒時(shí)釋放出的氣體，鹵素含量≦0.2%作為無鹵、低腐蝕性規(guī)范。低煙無鹵電纜料PH值一般為4.5-6.0,電導(dǎo)率為0.7-5μs/mm5毒性指數(shù)　毒性指數(shù)目前主要采用NES713即氣體分析法來檢測，英國海軍在海軍工程規(guī)范NES518-1983降低火災(zāi)危險(xiǎn)的電纜護(hù)套規(guī)范”中規(guī)定了無鹵資料毒性指數(shù)不大于5國內(nèi)通常也采用這一指標(biāo)，但國外對一些無鹵絕緣產(chǎn)品也有不大于3要求。2物理機(jī)械及電氣性能由于大量的無機(jī)阻燃劑填充，使低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料的物理機(jī)械性能及電氣性能比非阻燃及含鹵阻燃聚烯烴電纜料均有所降低，主要表示在以下幾個(gè)方面：1抗張強(qiáng)度及斷裂伸長率降低。無鹵電纜料抗張強(qiáng)度在10-14Mpa左右，斷裂伸長率在150-250%左右;2抗老化性能有所降低。大量無機(jī)阻燃劑的加入，使無鹵電纜料抗老化性能受到較大影響。熱塑型無鹵阻燃電纜料一般以經(jīng)100℃×168hr老化后，抗張強(qiáng)度及斷裂伸長率變化率不大于±30%做為考核指標(biāo);3熱變形變大。由于無鹵阻燃電纜料中高VA 含量EVA 比例較大，致使其耐熱變形性能較差，一般以80℃×4hr變形率不大于50%做為考核指標(biāo);4柔軟度較差。一般無鹵阻燃聚烯烴電纜料邵氏A硬度均超過HA 90邵氏D硬度超越HD405耐外傷性能較差，經(jīng)外力擦劃后易有傷痕。該性能的降低水平與配方有密切關(guān)系，不同品種的無鹵電纜料差異很大。6耐濕潤性能較差。由于無機(jī)阻燃劑氫氧化鎂、氫氧化鋁的加入，使無鹵阻燃電纜料極易吸濕，若無真空鋁箔包裝，常態(tài)下其貯存期最好不要超越1個(gè)月，否則將吸潮影響使用。經(jīng)對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無鹵阻燃電纜料浸水一天后，體積電阻率將下降60~80%7體積電阻率及電氣擊穿強(qiáng)度有所下降。與含鹵阻燃聚烯烴電纜料相比下降并不很明顯，但與非阻燃聚烯烴電纜料相比下降卻比較明顯。8介電常數(shù)ε及介質(zhì)損耗角正切tgδ急劇下降。這與大量填充劑的加入密切相關(guān)。昆山科信橡塑機(jī)械有限公司陳純經(jīng)理15250228990表1為低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料與聚氯乙烯、含鹵阻燃聚烯烴及非阻燃聚烯烴電纜料一些性能比較。PH值 4.5~6.01~21~2--電導(dǎo)率 μs/㎝ 7~50--470~600--鹵素氣體發(fā)生量 mg/g0190~30012~1000毒性指數(shù)(NES7130.7~3.015.2>51.77二惡英發(fā)生可能 無 有 有 無 耐SA E20#機(jī)油(70℃×4hr抗張強(qiáng)度變化率斷裂伸長率變化率 %%-10~-30+10~-20+10~+20+10~+40-10~-30-10~-30-10~-30-10~-30吸水性(23℃×24hrmg/cm21.0~2.50.5~1.00.5~1.00.5~0.6耐外傷 稍差 好 較好 好 經(jīng)濟(jì)性 稍差 優(yōu) 較好 好