125 C辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的开发研究

004年第6期004年12月No.62004Electric Wire & CableDec.,2004125℃C辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的开发研究侯海良,曾光新,施冬梅,牛咏曲(上海至正企业发展有限公司,上海201108)摘要:介绍了125℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的特殊性能,研究了基料的选用及共混;相容剂、阻燃体系、抗氧体系、加工助剂等的选用对材料性能的影响,结果表明,采用EVA与HPE共混体系或者选用EPDM与EVA共混体系,使用本公司自制的相容剂,及采用A(OH)3/Mg(OH)2/阻燃剂A和A(OH)Mg(OH)2/阻燃剂A/阻燃剂B的阻燃体系,采用抗氧剂A/抗氧剂D可以成功地生产出性能优异的无卤材料,在机楲性能、耐高温性能、阻燃性能、低烟无毒性能、加工性能方面与美囯联碳DFDA-1472NT相当。关键词:125ˆ℃聚烯烃电缆料;辐照交联;低烟无卤;阻燃中图分类号:TM215.13文献标识码:A文章编号:1672-6901(2004)06-0024-04r& D of 125C irradiation cross-linkable LSZH flame retardant polyolefin compound(Shanghai Zhizheng Enterprise Development Co, Ltd, Shanghai 201108, China)Abstract: The characteristics of 125C irradiation cross-linkable LSZH flame retardant polyolefine insulationcompound are presented. The selection and compounding of base polymer are investigated, as is the effect ofcompatible, flame retardant, anti-oxidant and aid on the performance of the material. The result shows thatHFFR compound with excellent performance may be produced by use of EVA/HDPE compound or EPDMEVA compound, the compatible made by our company, Al(OH)3/Mg(OH)2/flame retardant A and Al(OH)/Mg(OH)2 flame retardant A/flame retardant B and anti-oxidant A/anti-oxidant D. The resultinompound is similar to DFDA-1472NT made by United Carbide, USA in mechanical properties, heat resistance,flame retardancy, low smoke, zero toxicity and processabilityKey words: 125C polyolefine insulation compound irradiation cross-linking LSZH: flame retardancy引言(2)在添加大量的无机阻燃剂后,材料的加工流动性很差,螺杄扭矩急剧上升,使得造粒生产非常125℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料是困难,绝缘挤岀也很困难,如何改善这些材料的加工为满足低烟、无卤无毒、阻燃、耐高温等特性而开发性能即为第二个技术关键。的一种环保型阻燃电缆材料。它是使用聚烯烃作为(3)如果材料在燃烧时熔融滴落,更易使火灾基材,氢氧化铝、氢氧化镁等无杋阻燃材料作阻燃蔓延,加剧火情,也使材料暴露岀新的表面加速燃剂,经共混、塑化、造粒而成的可辐照交联电缆料烧。为此,防滴落便成为开发这一产品的另一个技术125℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的攻关难点。开发,要解决如下几个技术关键4)材料要求的耐温等级为125°C,为使材料(1)由于不能使用含有卤素旳阻燃剂,而只能能达到这个等级要求,就要很好地解决材料的耐热使用氬氧化铝、氬氧化镁、硼酸锌等无毒的无机阻燃老化问题。剂,这些阻燃剂需要添加50%~60%(重量百分比)为了解决上述的几个主要问题,本研究从基料才起到很好的阻燃作用,而无机阻燃剂的大量添加的诛乃#稈改性阳燃剂的选择及协效性研究;相则大幅度降低材料的机械性能,所以如何保证机械容中国煤化工体系的选用及协效性研性能与阻燃性能的平衡,此为最重要的技术关键。CNMH面进行了细致的研究在解决上述问题上取得了长足的进展并积累了丰富的收稿日期:2004-05-20作者简介:侯海良(1963-),男,河南鹿邑人,工程师经验。作者地址:上海莘庄工业区元江路5050号[201108]2004年第6期电线电缆2004年12月No.62004Electric Wire & Cable004实验部分生产商生产商2.1主要工艺流程乙烯酯酸乙烯(EVA)法国Mg(OH)2:粒径≤5mm实验的主要工艺流程如下:无机阻燃材料的表高密度粟乙烯(HPE)金山石化加工助剂美国道康宁面处理→亠高速捏合→塑炼挤岀造粒→开炼机拉片、三元乙丙橡胶(EPDM)美国杜邦阻燃剂A、B平板硫化机模压成片→辐照交联→裁成标准试件→相容剂自制抗氧剂A、B、C、DAI(OH)3:粒径≤5m德国性能测试2.2主要实验设备与原材料3实验结果与分析(1)主要实验设备及型号和生产商(见表1)3.1基料的选择及共混改性基料可选用EVA与HDPE共混体系,或者选高混捏合机HR200A张家港市亿利机械有限公司用EPDM与EVA共混体系。在EVA与HDPE共双螺杆挤出机南京科亚公司混体系中,HDPE的比例直接影响到产品的机械性开放式炼胶机X(S)K-160上海群翼橡塑机械有限公能,在一定范围内,HDPE的添加量与抗拉强度成正25t平板硫化机上海群翼橡塑机械有限公司比,与断裂伸长率成反比,为了兼顾产品的抗拉强度深圳新三思计量仪器与断裂伸长率,必须把HDPE的添加量调节在一个微控型电子万能实验机CMT6104制造有限公司适宜的范围。一般HDPE与EVA的比例在2:3左氧指数測定仪江宁县分析仪器厂右比较适合;在EPDM与EVA共混体系中,随着电子加速器上海计量測试技术研究院EPDM与EVA比值的增加,抗拉强度与断裂伸长率均出现一个峰值,在配比为1:6时,得到比较满(2)主要原材料及生产商(见表2)。意的结果,试验结果见表3及图1、图2表3主料的选择及配比对性能的影响HDPE/EVAEPDM/EVA配比1/31/221/4.81/1.2拉强度/MPa12,2断裂伸长率/%21638.4275316的EVA,但试验结果表明:VA含量过低,无机填料添加量对机械性能影响敏感,并限制了阻燃剂的添a12加量;VA含量过高则材质太软,耐高温性能差,拉伸强度偏低。融熔指数也不能太高,否则难以满足抗拉强度的要求在EPDM/EVA体系中,曾使用过其它型号的图1HDPE/EVA配比与机械性能的关系EPDM,但拉伸强度太低,只有3~6MPa;断裂伸长率也难以超过100%,而本试验中选用的EPDM却14316t1.9能达到较高的拉伸强度(10~13MPa),还具有较大的断裂伸长率(150%~300%),EPDM型号的选用瞬名将对性能影响较大。1003.2相容剂的选用与用量/120中国煤化工填料与高分子聚合物的相产1A凵c司自制的相容剂后大大图2EPDM/EVA配比与机械性能的关系提高∫匕们之间的相谷仼,提高了材料的机械性能在EVA/HDPE体系的探索过程中,也尝试用相容剂的用量也直接影响到材料的机械性能,一般含有不同的醋酸乙烯(VA)含量及不同的融熔指数用量在8%~15%之间比较适宜,试验结果见表及图32004年第6期电线电缆2004年12月No.62004Electric Wire & Cable004从表4及图3结果可以看出,添加相容剂可大3.3阻燃剂的选用及协效性研究幅度提高材料的抗拉强度,同时降低断裂伸长率,这对于阻燃体系的选用搭配以及它们相互之间的样只要添加适宜,便可使材料的机械性能满足于标协效性的硏究、阻燃剂用量旳硏究,我们做了大量的准的要求,并能保证一定的阻燃剂添加量工作。比较适宜于低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的阻表4相容剂的添加量对机械性能的影响燃体系主要有:Al(OH)3/Mg(OH)2/阻燃剂A和相容剂添加量/%05.581015A1(OH)3/Mg(OH)2/阻燃剂A/阻燃剂B等两种拉伸强度MPa7.027.4912.1310.4Al(OH)3与Mg(OH)2比例一般为1:1,它们共用断裂伸长率%296153.8148.7150.9有一定的协效作用,再加入协效型阻燃剂A也起着一定的协效作用,这样的加入不仅可提高阻燃性能还可增加材料在燃烧时的成炭效果,在防止滴落方面有着较显著的效果;而协效型阻燃剂B与其一起加入后,可提高材料的3~4个百分点的氧指数,而702153841148.7且材料在燃烧时更不易产生滴落物。表5及图4为不同体系阻燃剂用量对氧指数及燃烧现象的影响目前阻燃性能要求比较高的材料就是做成电线后要求通过UL标准的VW-1垂直燃烧试验。要通相容剂的添加量过这个试验,除了氧指数外,自熄性和成炭性对能否图3相容剂的添加量与机械性能的关系表5不同体系阻燃剂用量对氧指数及燃烧现象的影响Al(OH)3/Mg(OH)2/Al(OH3)/Mg(OH)2/阻燃阻燃剂总用量Al(OH)3/Mg(OH阻燃剂A剂A/阻燃剂重量百分数/%氧指数28:32;33;34;3529;31;33.5;36;3832.5;34;36:38;39.5燃烧现象易弯曲、易滴落、能成炭但不硬易弯曲、块状塌落不易弯曲、能成炭变硬、开裂并塌落基料为100(重量百分数)D有很好的协同作用,采用这一抗氧体系,可使材料具有比较优秀的抗热氧化性能。试验结果见表6。表6抗氧剂的选用与材料老化性能的关系抗氧剂体系抗A抗B抗A/抗C抗A/抗D抗B/抗C抗B/抗D抗张强度20.8-25.2变化率/%断裂伸长率阻燃剂添加量%变化率/%图4阻燃剂添加量与氧指数关系图注:抗氧剂体系配方的配比为:抗A为1份,抗B为1份,抗C为0.5份1-A(OH)3/Mg(OH)2体系抗D为02-AI(OH)3/Mg(OH)2/阻烯剂A体系3.5加工助剂的选用3-Al(OH)3/Mg(OH)2/阻燃剂A/阻燃剂B体系对于加工性能太差这一问题,我们选用道康宁通过ⅴW-1试验也起着至关重要的作用,选用公的加工助剂当添加0.5%~1%时明显降AI(OH)3/Mg(OH)2/阻燃剂A/阻燃剂B体系并适低中国煤化工流及熔体压力,同时可当加大阻燃剂量,可望通过VW-1试验将L冂 CNMHG3.4抗氧剂的选用及协效性研究3.6最终配方抗氧剂选用是否得当,添加量是否恰到好处,都我公司生产125℃C辐照交联低烟无卤阻燃聚烯直接影响到产品的抗热老化性能抗氧剂A/抗氧剂电缆料使用的配方见表7年第6期电线电缆2004年12月e &. Ca材料名称配比/%4产品性能EVA产品经上海电缆研究所检验中心检验,产品合HDPE25~35格,测试结果与VDE标准、IEC标准及美国联碳产品DFDA-1472NT比较见表8。Mg(OH)245~605结论相容剂(1)在125℃辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃电抗氧剂A缆料中,基料选用EVA/HDPE共混体系或EPDM抗氧剂DEVA共混体系,可以得到比较符合要求的抗拉强度润滑剂0,5~1及断裂伸长率交联剂(2)在材料中添加8%~15%的相容剂,可明显注:材料配比为重量百分数(%加强无机阻燃剂与高分子聚合物之间的亲合力,大表8实测结果性能VDE标准IEC标准DFDA-1472NT企标测量值密度/(g/cm抗拉强度/MP≥5.0断裂伸长率/200≥125老化性能(C×h120×168158×168158×168抗拉强度变化率/%≤士30≤士30断裂伸长率变化率/%≤士30≤±3018氧指数/%≥30体积电阻率(20)/(·m)5×10129×1012介电强度/(MV/m烟密度:有焰按IEC1034按IEC103≤10考核考核≤180卤酸气体含量/(mg/g<5.0毒性指数电导率/(S/mm)2.2大提高了材料的抗拉强度(4)选用抗A/抗D抗氧体系能给予材料比较(3)选用Al(OH)3Mg(OH)2/阻燃剂A或优秀的耐热老化性能,使材料的耐温等级达到Al(OH)3/Mg(OH)2/阻燃剂A/阻燃剂B阻燃体125C系,可赋予材料比较优越的阻燃性能,而且比较有效(5)加工助剂的加入比较有效地降低双螺杆在地防止材料在燃烧时的滴落现象。生产中的扭矩,改善物料的流动性,提高生产效率为了地球上TYH中国煤化工CNMHG请保护好自然环境艹+“+“+…+“+…+“…+“+…++…+“十…+…+…+“++“+“+…+“+*+“++“…+“…+“27