低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電線電纜料性能摘要：本文針對(duì)低煙無(wú)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(wú)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(wú)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(guó)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(hào)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(duì)人體健康與環(huán)境所造成的損害已愈來(lái)愈嚴(yán)重，人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)保，歐盟和日本一些大公司例SoniToshiba等都提出了對(duì)聚氯乙烯限制使用的條例;國(guó)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(wú)鹵電線電纜的要求。以上這些，使得不含鹵素的低煙無(wú)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(tái)用電纜、家用電器用電線、汽車低壓電線等場(chǎng)所大有完全取代聚氯乙烯之勢(shì)。目前使用的低煙無(wú)鹵阻燃電纜料通常有聚烯烴和乙丙兩大類，其中以低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料為主流，本文將對(duì)低煙無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(duì)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(duì)無(wú)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(wú)機(jī)阻燃劑的使用賦予了低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料阻燃、低煙、無(wú)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(wú)鹵電線電纜使用場(chǎng)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(zhǎng)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(wú)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(zhǎng)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(hào)的產(chǎn)品適應(yīng)不同要求的電線電纜。以下對(duì)慣例低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料性能做一介紹。1阻燃特性　低煙無(wú)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(wú)鹵、低腐蝕、低毒等特性。1氧指數(shù)　目前在國(guó)內(nèi)主要以GB/T2406方法來(lái)測(cè)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(duì)阻燃電線電纜來(lái)說盡管也比較重要，但因?yàn)闇y(cè)試條件等因素，一般很少進(jìn)行測(cè)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(cè)試。其測(cè)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(guó)外有的用戶已開始采用UL94中的V-0等級(jí)來(lái)考核無(wú)鹵材料的自熄性，作為對(duì)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(lái)越受到人們關(guān)注，該方法可對(duì)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(píng)價(jià)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，發(fā)熱速度越大的無(wú)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(wú)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(lái)考核材料的阻燃性，存在一定的局限性，但由于其測(cè)試方法簡(jiǎn)便易行，且對(duì)于同一類材料在絕大多數(shù)情況下來(lái)說還是可以相對(duì)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(cè)試電纜燃燒后的透光率來(lái)考核電纜低煙性能，低煙無(wú)鹵電纜透光率達(dá)到60%以上符合要求。對(duì)材料來(lái)說，一般采用GB/T8323方法來(lái)測(cè)試其有焰及無(wú)焰燃燒時(shí)的最大煙密度Dm以此來(lái)考核材料的發(fā)煙性能。低煙無(wú)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(wú)焰Dm≦200,而含鹵阻燃電纜料有焰及無(wú)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(lái)測(cè)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(chǎng)所，即不適于無(wú)鹵資料含鹵量的測(cè)定，后者為采用χ射線原理丈量體系鹵元素的含量，測(cè)試精度為0.2%嚴(yán)格意義上來(lái)說憑此方法也不能完全判定被測(cè)材料是否絲毫不含鹵素。因此很多無(wú)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(lái)表征其無(wú)鹵性。只有BSIEC等規(guī)范中將無(wú)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(cè)定PH值和電導(dǎo)率來(lái)測(cè)試電纜資料燃燒時(shí)釋放氣體的酸度，并規(guī)定測(cè)得PH≧4.3及電導(dǎo)率≦10μs/mm為無(wú)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(wú)鹵、低腐蝕性規(guī)范。低煙無(wú)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(lái)檢測(cè)，英國(guó)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(wú)鹵資料毒性指數(shù)不大于5國(guó)內(nèi)通常也采用這一指標(biāo)，但國(guó)外對(duì)一些無(wú)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(wú)機(jī)阻燃劑填充，使低煙無(wú)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(zhǎng)率降低。無(wú)鹵電纜料抗張強(qiáng)度在10-14Mpa左右，斷裂伸長(zhǎng)率在150-250%左右;2抗老化性能有所降低。大量無(wú)機(jī)阻燃劑的加入，使無(wú)鹵電纜料抗老化性能受到較大影響。熱塑型無(wú)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(zhǎng)率變化率不大于±30%做為考核指標(biāo);3熱變形變大。由于無(wú)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(wú)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(wú)鹵電纜料差異很大。6耐濕潤(rùn)性能較差。由于無(wú)機(jī)阻燃劑氫氧化鎂、氫氧化鋁的加入，使無(wú)鹵阻燃電纜料極易吸濕，若無(wú)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(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)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(wú)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(wú) 有 有 無(wú) 耐SA E20#機(jī)油(70℃×4hr抗張強(qiáng)度變化率斷裂伸長(zhǎng)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