高性能低烟无卤阻燃聚乙烯电缆料的分析(可编辑)

高性能低烟无卤阻燃聚乙烯电缆料的分析 年第 期

电线 电缆 年 月. & .,

高性能低烟无卤阻燃聚乙烯电缆料的浅析 金 伟

福建南平太阳电缆股份有限公司,福建南平

摘要:随着社会的不断进步,科技的不断发展,人们的环保意识日益增强,对用于电线电缆制造的低能耗、低污

染材料的研究日益兴起。主要对低烟无卤阻燃电缆料作一些简要分析,并介绍了其优缺点,旨在对其研究和

应用有所帮助。

关键词:低烟无卤;阻燃;电缆;聚乙烯

中图分类号: . 文献标识码: 文章编号:? ., .,, : ’ . ?.: ; ;; 随着社会不断进步,科技不断发展,人们对低烟 料要求较高,其氧指数通常大于 ,甚至高达 以

无卤阻燃材料的需求越来越大。本文主要对低烟无 上。电缆常用成柬电缆燃烧试验来考核,按卤阻燃电缆料作一些分析,并论述了其特性和机理。 标准可分为 、 、 三类, 类最严格。 机械性能和电气性能特性。低烟无卤电缆

低烟无卤阻燃材料的分析

在非火灾状态下与普通电缆一样使用,因而必须具 有一定的机械物理性能和电气性能,以满足电缆的 电缆绝缘通常采用无卤阻燃聚烯烃、硅橡胶等

材料,护套通常采用热固性或热塑性低烟无卤阻燃 使用要求。由于低烟无卤阻燃材料是以聚烯烃为基

料,添加阻燃填充剂来提高其阻燃性能,但是,填充 聚烯烃材料。低烟无卤阻燃电缆用的绝缘和护套材 剂填入会降低材料的机械物理性能和电气性能,以 料,目前大多用水合金属氧化物作为阻燃填充剂。

低烟无卤阻燃电缆料具有如下特性: 及加工性能,因此,应根据这些综合因素,合理选择

材料的配方,目前,低烟无卤阻燃材料的机械性能和 无卤特性。用于电缆制造的所有有机材

电气性能指标略低于普通材料,但随着研究的深入, 料,包括绝缘、填充、隔离层及护套等均应不含卤素, 低烟无卤阻燃材料的各项性能指标将进一步提高, 电缆燃烧时不产生腐蚀性有害气体,如 、 、

接近并达到一般材料要求。 、、 等。 低烟特性。电缆燃烧时生成的烟雾极少,

低烟无卤阻燃电缆测试评价 一

般只有交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆 火灾事故中,电线电缆引起的火灾不容忽视。 的 / 。

据不完全统计,年我国发生的火灾中,因电线 阻燃特性。电缆在燃烧状态下 能降低火焰

电缆所引起的占 %以上,在火灾人员中有三分之 的蔓延速度,通常该性能常用氧指数来考核。阻燃 二是因为吸入电线电缆燃烧时释放出的有毒气体而 的绝缘材料其氧指数通常为 ~ ,阻燃的护套材 窒息死亡。

收稿日期:

从上世纪 年始,国际上开始对低烟无卤 作者简介:金 伟 一 ,男,工程师. 阻燃材料进行了研制,这种材料的优点是低烟无卤、 作者地址:福建南平市工业路 号

无毒,即使被明火燃烧时,释放出来的是二氧化碳气 年 月 年第 期 电线 电 缆 .,. &

表 。 辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃 体和水蒸汽。 绝缘料部分性能

低烟无卤阻燃电缆在燃烧状态下不仅具有阻燃 项 目 指标 测定值 性,而且还具有低发烟性和无害性 低毒性和无腐 原始抗张强度/ ? . ? . 蚀性气体产生 等特殊的性能,因此,国际电工委员

原始断裂伸长率/% ?会 和世界许多国家都制定专门的评价方法,以。 体积电阻率/ ? ×。 ×

评定低烟无卤阻燃电缆的性能和水平,保证其各项 。 氧指数/% ? .

功能满足实际运行的需要。

辐照交联后 常温, , . 低烟无卤阻燃聚烯烃料的特性 抗张强度/? ..

低烟无卤聚烯烃主要是采用氢氧化物作为阻燃

断裂伸长率/% ?剂。氢氧化物又称为碱,其特性是容易吸收空气中

热延伸 , . ,

的水分,即称为潮解。潮解的结果是材料的体积电

阻系数大幅度下降,由原来 降低到 。 负荷下伸长率/% ? 。怎样阻止潮解的发生呢 只有将基 冷却后永久伸长率/% ?体??聚烯烃的分子结构予以改变,形成致密层以 。 体积电阻率/ ? ×. ×阻止空气中的水分子与阻燃剂氢氧化物相结合从而 。 氧指数/% ? .

形成潮解现象,人们称此为交联。交联的方式分为 辐照后空气老化。 , 两大类,即化学交联和物理交联。而化学交联又分 抗张强度/? ..

为干法交联和温水交联两种。干法交联方法是在温 断裂伸长率/% ?

度达~。 的高压气体中,经过一定时间使聚 表 成品电缆阻燃性能

乙烯分子链交联。在此状况下,氢氧化物已分解为 项 目 指标 测定值 金属氧化物和水,因此电缆表面将出现裂纹及水泡, 护套 值 ? . . 所以干法交联的方法是不可用于低烟无卤材料的。 护套电导率/ . /?温水交联方法是将电缆置于 。 的温水中浸

成束燃烧试验 类/ ? . .

泡 ~ ,在此状况下,氢氧化物将吸收大量的水 烟浓度试验 透光率 /% ? . 分,导致绝缘电阻下降,直接影响到电缆的综合性 注:成品电缆型号规格为 ? . / × × 。 能。

物理交联又称辐照交联,是利用电子加速器产阻燃剂对复合材料性能的影响 生的高能量电子束流,轰击绝缘层及护套,将高分子 链打断,被打断的每二个断点称为自由基。自由基 对有机高分子材料进行阻燃处理最有效的方法 不稳定,相

互之间要重新组合,重新组合后由原来的 之一就是加入阻燃剂,使可燃性材料转化为难燃性 链状分子结构变为三维网状的分子结构而形成交 材料,降低物质的燃烧速度,阻止火灾扩大。但是阻 联,此交联方式既无高温又无水,既能使聚烯烃交

燃剂在增强高分子材料耐火性的同时,也带来了自 联,又不影响阻燃性能和电气性能,所以热固性低烟 身一些缺点,如放出有毒气体,产生烟雾和腐蚀性物 无卤聚烯烃材料只能采用辐照方式交联。例如

质;其次,阻燃剂添加量大会影响材料的机械物理性 。 辐照交联低烟无卤阻燃聚烯烃绝缘料和护套

能和电气性能,并对环境造成一定的污染。因此,从 料等,以下将作为实例,简要介绍其综合性能要求和 环境保护、人类安全和阻燃效率出发,开发高效、无

实测结果。另外,电缆也常用另一类型的低烟无卤 害、低烟、低毒、绿色环保的阻燃剂是其发展的必然

阻燃聚烯烃护套料即热塑性低烟无卤阻燃护套料。 趋势。阻燃剂可分为卤素阻燃剂和非卤素阻燃剂。

. 辐照交联低烟无卤阻燃线缆的综合性能测试 . 卤系阻燃剂 材料的理化性能 见表 。

卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃 成品电缆阻燃性能 见表 。 剂之一,以其添加量少,阻燃效果显著,在阻燃领域 使用特性。低烟无卤阻燃电缆具有优异的 中具有重要地位。主要产品有十溴二苯醚、四溴双

阻燃性和不延燃性,燃烧时发烟量甚少,不产生有毒 酚 、五溴甲苯和六溴环十二烷等等。该系列阻燃

气体,不产生腐蚀性气体,并具有一定的机械物理与 剂的阻燃机理:有机卤化物在气相中产生活性卤素

电气性能,能满足特定场所对电缆的使用要求。 基因,能与聚合物降解产生的 和 自由基相互 .. 年第 期 电线 电 缆 年 月. .,

作用,使自由基浓度下降,从而延缓和终止燃烧的链 硫元素亦是重要的阻燃元素,与磷、氮有协同作用。

反应。所以,在这些材料的分解和燃烧时,就会产生有机硅阻燃剂。有机硅系阻燃剂是近年来

大量烟雾和有毒气体 卤化氢 。另外,人们发现多 开发的一种新型高效、低毒、防熔滴、环境友好的无

溴苯醚的高聚物还会产生致癌的物质,例如多溴代 卤阻燃剂,也是一种成炭型抑烟剂。它在赋予高聚

二苯并嗯二烷及多溴代二苯并呋喃. 物优异阻燃抑烟性的同时,又能改善材料的流变性 。为了解决这些问题,国内外进行大量的研究,

能及提高材料的机械强度,特别是低温冲击强度。 研究了双 六氯环戊二烯 环辛烷与十溴二 随着环保意识的 益加强,硅系阻燃剂及硅阻燃剂 苯醚 并用的阻燃协同效应。试验证明,在 量为基础构成的复合物将是今后研究和开发绿色化

燃烧后期 促进绝缘炭层生成,阻隔基材向有 阻燃剂的趋势之一。

毒烟雾的转化,同时炭层还可起到吸附烟尘粒子的 纳米阻燃剂。近年来随着纳米材料研究的

作用; 在燃烧后期发挥有效的阻燃抑烟作

不断深入,纳米阻燃剂已成为阻燃剂行业研究的一 用,降低了燃烧的热释放速率和生烟速率。研究表 个热点。纳米无机阻燃剂既可以单独添加到高聚物 明高分子卤系阻燃剂的性能优于小分子阻燃剂,毒 材料中去,也可与传统的

阻燃材料复配使用,而且无

性小,是卤系阻燃剂发展的重要方向。

卤、无毒、低烟、廉价,是一类环保型的阻燃剂。尤其 . 无卤阻燃剂 是添加纳米复合物后,材料的热稳定性和阻燃性能 磷系阻燃剂。磷系阻燃剂 受热时分解生成 有很大的提高。此外,由于添加量比传统的无机材 热稳定性强的聚偏磷酸,在燃烧物表面形成隔离层。 料少得多,因而材料的力学和物理性能影响较小,是 一

另外,聚偏磷酸有脱水作用,促进炭化,使表面形成 类极具应用前景的新型阻燃材料。

炭化膜,从而起到阻燃作用。磷系阻燃聚合物燃烧 阻燃机理分析

时对环境污染少。阻燃剂含量较少就能达到好的阻 燃效果,且对聚合物材料的各种性能影响小,得到了 高分子材料的燃烧过程首先是材料热熔融、软 广泛应用。但红磷易吸湿,会放出有毒磷化氢,其次 化,进一步在高温下分解,发生分解的气体与空气中

有机磷系阻燃剂也有发烟量大、毒性大、易水解、热 的氧混合,并引燃后燃烧。着火或自然熄火的临界

稳定性等不足。因此对红磷改性处理是必要的。目 氧浓度,是表示材料燃烧性能的一个指数,通常叫氧 前对红磷改性处理最有效的方法是表面包覆。

指数,其值越大,越难于燃烧。金属氢氧化物阻燃剂。氢氧化铝和氢氧化 填充剂阻燃原理:氢氧化物被燃烧时是分

镁是无机阻燃剂的主要品种,它无毒、低毒、腐蚀小、 解反应,该反应是吸热反应,吸收周围空气中大量热

价格低、热稳定性好‘,被誉为无公害阻燃剂。无机阻 量,降低了燃烧现场的温度;生成的水分子,也 燃剂是亲水性物质,而高分子材料基体则是亲油性, 吸收大量热量,达到了阻燃的目的;产生的金属 两者热力学上互不相容,从而了无机阻燃剂的 氧化物结壳,阻止了氧气与有机物的再一次接触。

填充量,降低了其分散性。因此,无机阻燃剂在添加 上述三点构成了材料阻燃机理。目前,通常使用的

之前,必须经过表面改性,改性效果的差异对分散性 阻燃剂为 ,和:。另外,为了提高 能有很大影响,进而影响到材料的性能。

阻燃效果,减少阻燃填充剂的加入量,也采用磷系阻膨胀型阻燃剂。膨胀型阻燃剂 简称

燃剂。磷系阻燃剂受热后的脱水反应后,在可燃聚 体系 是以磷、氮、碳为主要核心成分的阻燃剂。含 合物表面形成聚磷酸膜,隔绝空气,起到阻燃作用, 这类阻燃剂的高聚物受热时,其表面将形成一层均 同时又能促使聚合物脱水炭化,形成一个不可燃的 匀的炭质泡沫层。该炭质层具有阻隔热量及氧气的 保护层,达到阻燃的目的。但磷系阻燃剂量的加入 传递和抑烟的作用,并能防止燃烧过程产生熔滴,具 会增加发烟量,故采用磷系阻燃剂时必须加入消烟 有良好的阻燃性能,且低烟、低毒,无腐蚀性气体产 剂 常用钼化合物 。

生。膨胀体系对烟释放速率有抑制作用,因此,膨胀 结束语

阻燃技术已成为当前最活跃的阻燃研究领域之一。 国内外有人采用有机高分子微胶囊化进行包覆的方 阻燃材料可在很多领域得到更加合理和广泛的 法进行改性。处理后的阻燃剂,不仅能改善吸潮性, 应用,选择合理的阻燃材料以及填充剂可满足生产、 还能提高阻燃剂与聚丙烯 基体的相容性,改善 经济的需求,又最大限度地保障人身和设备安全。 材料的力学性能和加工性能。另外,大量文献表明 下转第 页