以氫化丁腈橡膠和EVM為基料的低煙無腐蝕防火電纜護(hù)套

1、以氫化丁腈橡膠和EVM為基料的低煙無腐蝕防火電纜護(hù)套摘要在特定的領(lǐng)域里，防火無腐蝕性（FRNC）電纜護(hù)套必須承受嚴(yán)酷的環(huán)境條件。以氫化丁腈橡膠(HNBR)和乙酸乙烯酯/乙烯共聚物（EVM）為基料的化合物能滿足嚴(yán)格的要求，即滿足英國海軍工程標(biāo)準(zhǔn)NES 518.HNBR和EVM飽和性結(jié)合過氧化物硫化賦予優(yōu)異的耐高溫性能，然而通過調(diào)節(jié)HNBR中腈的含量或EVM中乙酸乙烯酯含量控制其耐油性。阻燃抗腐蝕復(fù)合物的阻燃性取決于填充劑的類型和水平，以及EVM中乙酸乙烯酯的含量。EVM中醋酸乙烯酯含量超過50%時顯著增加極限氧指數(shù)值。復(fù)合物燃燒氣體的成分滿足NES 518的毒性指數(shù)要求。介紹現(xiàn)今安全電纜必須滿足

2、嚴(yán)格要求。單根電纜或電纜束不能自然或傳遞火。再者，電纜燃燒氣體對人應(yīng)無害。燃燒形成的煙霧不能阻礙人逃生或腐蝕機(jī)械。這些要求已被列為國際標(biāo)準(zhǔn)。出現(xiàn)在所有標(biāo)準(zhǔn)中的通用要求如下：高耐火性在火災(zāi)中煙密度低標(biāo)準(zhǔn)中提到的無腐蝕性氣體氣體的毒性必須低許多海洋電纜例子被列舉出來（表一）。隨后討論NES 518 所描述的材料特性。表一 比較北約的電纜規(guī)格電纜規(guī)格/標(biāo)題絕緣性能/護(hù)套材料電纜護(hù)套抵抗液體美國意大利德國法國英國挪威加拿大MILC24640和MILC24643NAV13A075VG95218E540規(guī)格No 1b ET/SETDEF Stan 6112 Pt25 ÷NES 526 * NES

3、 527STKD03001027/SK001低鹵低煙低鹵低煙無鹵低煙無鹵低煙無鹵低煙低鹵低煙低鹵低煙與水、油、燃料和液體接觸ASTMD471（接觸鹽水、熱油）接觸油、燃料、清潔劑No 2 ASTM 油 ,CET 811與水、油、燃料和液體接觸IEC 811JP4和S、柴油、液壓流體、油對制作完成的電纜進(jìn)行定性實(shí)驗(yàn)。本文將給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果從中選出合適的電纜護(hù)套材料。在這里不考慮電纜施工對電纜燃燒性能影響。以HNBR和EVM為基料的安全電纜護(hù)套的研究是非常有趣的。EVM作為基礎(chǔ)聚合物EVM是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，特別適用于防火無腐蝕的電纜。表二商品名重量% VA粘度ML4/100 MFI/190密

4、度（g/cm3）EVM400EVM450 HVEVM500 HVVP KA 8385EVM700 HVVP KA 847940±1.545±1.550±1.560±1.570±1.580±1.520±1.526±1.524±1.524±1.526±1.528±1.5<5<5<5<5<6<60.980.991.001.041.081.11從本文中值得注意的事是醋酸乙烯酯含量對電纜護(hù)套燃燒性能的影響。如果不存在火源，可以推測出聚合物的低燃燒焓比

5、那些高燃燒焓更加不易燃燒和傳遞火災(zāi)。圖1表一顯示出電纜護(hù)套材料放熱燃燒焓和氫氧化鋁分解反應(yīng)的吸熱反應(yīng)焓。在許多領(lǐng)域里聚氯乙烯、氯化丁膠和氯化聚乙烯是優(yōu)異的阻燃電纜護(hù)套材料。與沒有氯化的聚乙烯相比，它們的燃燒焓低。然而，由于PVC、CM、CR的燃燒氣體的有腐蝕性以及刺激眼睛和呼吸道所以不適合阻燃無腐蝕電纜。EVM的燃燒焓與EVM中VA成線性關(guān)系。（見圖二）隨著VA含量的增加，熱的釋放量減少，因此沒有燃燒材料被加熱到著火點(diǎn)溫度的比例增加。聚合物本身沒有充分的阻燃性只有通過添加一定量的阻燃填充劑來達(dá)到要求。廣泛用于FRNC電纜的填充劑是氫氧化鋁。實(shí)驗(yàn)室樣品燃燒特性評估中經(jīng)常使用的一種性能是極限氧指數(shù)

6、LOI.圖三表示EVM復(fù)合物中VA含量不變（50%VA）和氫氧化鋁含量變化的極限氧指數(shù)。如圖所示，經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)測試，隨著氫氧化鋁增大極限氧指數(shù)，燃燒樣品越來越困難。氫氧化鋁降低可燃有機(jī)成分的濃度。此外，氫氧化鋁可分解出水，減弱燃燒的火焰。當(dāng)燃燒焓H=0時，無火源復(fù)合物不能燃燒。表四表示需要多少能量去加熱復(fù)合物的燃燒產(chǎn)物到750.在這個過程中300份氫氧化鋁消耗掉了EVM（50%VA）三分之一的燃燒焓。另一個優(yōu)點(diǎn)是聚合物的粘度低以至于在高劑量的填充劑作用下聚合物粘度也只是49。再者，過氧化物交聯(lián)化合物的抗拉強(qiáng)度（TS=9.7MPa）和斷裂伸長率(EB=120%)非常的高。圖五表示極限氧指數(shù)與E

7、VM中醋酸乙烯酯含量的關(guān)系。氫氧化鋁保持在190份EVM中VA含量是變化的。與沒有加醋酸乙烯酯的EVM的極限氧指數(shù)相對比。在含有50%VA時極限氧指數(shù)的增加不能像燃燒焓似的成線性變化。似乎是高含量VA的EVM與填充劑之間有協(xié)同作用。電纜可能接觸到實(shí)際應(yīng)用中關(guān)鍵條件。尤其是在火災(zāi)中電纜可能接觸到燃燒液體：可能發(fā)生油霧凝結(jié)鋪設(shè)在電纜上，也就是在一個石油鉆井平臺或附近的柴油發(fā)動機(jī)。高含量VA的EVM的優(yōu)點(diǎn)是其機(jī)械性能幾乎不發(fā)生改變。（圖六）以含有50%醋酸乙烯酯的EVM為基料的化合物在柴油浸泡后，氧指數(shù)變化的坡度幾乎與直鏈聚乙烯化合物柴油浸泡后氧指數(shù)變化坡度一致。（圖七）然而，浸泡在柴油后特別是在7

8、0%和88%的氧指數(shù)依然很高有很好的阻燃性能好。以氫化丁腈為基的聚合物HNBR是有特別好的機(jī)械性能的氫化丁腈橡膠。如果這些電纜需要非常好的力學(xué)性能數(shù)據(jù)以及如果允許浸泡在不同溶脹的介質(zhì)中稍改變這些數(shù)據(jù)時，它特別適用于阻燃抗腐蝕電纜。與海洋電纜規(guī)格NES318聯(lián)系，從中得出，HNBR能滿足非常嚴(yán)格的要求。海洋電纜必須有優(yōu)異的阻燃性能，良好的耐臭氧性、耐油性以及耐其他的流體性，此外能確保在實(shí)際應(yīng)用中使用。表三表示HNBR的型號和其基本性能的數(shù)據(jù)表三如下：HNBR 的型號ACN（%）ML-1+4/100PDB+)(%)D(g/cm3)17072207344376±786±7<

9、1<10.950.97+)表示殘余的雙鍵與丁腈橡膠原料圖八展示了氧指數(shù)依賴于含有34%腈的HNBR添料的灼減。隨著氫氧化鋁的劑量的增加，氧指數(shù)能增大到很大水平，達(dá)到77%。由于氫化丁腈優(yōu)異的力學(xué)性能，含有320份氫氧化鋁的過氧化物交聯(lián)化合物具有8.7Mpa的抗張強(qiáng)度和250%以上的斷裂伸長率。表四給出電纜護(hù)套的配方，單獨(dú)使用HNBR、單獨(dú)使用EVM（74%）以及HNBR和EVM混合的比較。表四防火電纜護(hù)套：EVM（70%）HNBR（34%）HNBR（43%）穩(wěn)定劑硅烷氫氧化鋁硬脂酸鋅硼酸鋅抗氧化劑SDPA癸二酸二辛酯TRIM過氧化氫總份量100 50 50 100 1003 3 2190

10、1101.960.76319.7 319.7 316.7 316.7選擇含有70%的EVM是因?yàn)樗軡M足耐油性。表五EVA和HNBR電纜護(hù)套的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)條件：90s/200,2mm ISO dumbbell 2聚合物的類型EVM70 EVM70 HNBR34 HNBR34 HNBR34 （50:50）規(guī)格NES 518TS（MPa）EB (%)H (邵氏硬度)TR（N/mm）ASTMD 47011.7 10.7 13.8 14.9220 230 270 24075 78 76 782.1 3.9 5.8 5.1>8.0>200>5.0HNBR34和HNBR43力學(xué)性能TS、

11、EB、TR都比EVM的好。TR性要求只有HNBR滿足了。臭氧實(shí)驗(yàn)（根據(jù)NES 518）EVM和HNBR電纜護(hù)套的耐臭氧性曝光條件：伸長：40%臭氧濃度：100ppm溫度：RT曝光時間:5天結(jié)果：所有樣品經(jīng)檢驗(yàn)合格由于聚合物都是飽和的所以不足為奇樣品都通過實(shí)驗(yàn)。低溫彎曲實(shí)驗(yàn)圖九表示隨溫度下降不同硫化膠能夠發(fā)生彎曲變形但沒有斷裂。EVM（含有70%VA）的玻璃轉(zhuǎn)化溫度達(dá)到-9下限。在相同的條件下HNBR相對低20。表六聚合物基 EVM70 EVM70 HNBR34 HNBR43 規(guī)格 HNBR34 NES （50:50） 518NATO F76 型號柴油，28d/23TS 9 20 27 16 -

12、40 EB -19 -25 -24 -29 -40V 19 25 11 6 25液壓流體，OX30型號的石油，28d/50TS 15 21 27 28 -40 EB -19 -25 -15 -15 -40V 6 8 2 0 15液壓流體，OX50型號的硅酮，28d/50TS 21 34 37 38 40 EB -24 -21 -19 -19 -40V -2 -2 -2 -2 15潤滑油，OXD113型號洗滌劑，28d/50TS 15 27 36 37 -40 EB -24 -25 -19 -21 -40V -1 1 0 -1 10潤滑油,OX 38合成樹脂，28d/50TS -42 -7 27

13、 25 -40 EB -48 -36 -19 -17 -40V 62 40 8 8 50蒸餾水，23d/50TS -17 -5 -6 7 -20 EB 17 27 14 6 -20V 16 9 5 5 10含有3.5份氯化鈉的蒸餾水TS 3 4 -9 -9 -30 EB 8 5 7 -4 -20V 5 5 0 0 10表六是溶脹實(shí)驗(yàn)的測試圖十是柴油和OX38型號的合成樹脂測試結(jié)果。柴油是非極性的OX38是極性的。有機(jī)橡膠通常只有一種極性性質(zhì)。EVM（70%VA）是極性材料不溶于柴油，但由于VA是極性的，所以EVM也不溶于OX38。HNBR也不溶于這倆種介質(zhì)，其溶脹遠(yuǎn)低于規(guī)定的限度。腈的含量從3

14、4提高到43%可以改善其抗溶脹性。火焰測試的結(jié)果 聚合物基EVM70 EVM70 HNBR34 HNBR34 HNBR34 （50:50）規(guī)格NES318LOI ASTM D 2863(%)溫度指數(shù)，NES/715（）毒性指數(shù)，NES713煙密度陰燃（Dmax）有火焰燃燒（Dmax）腐蝕性煙霧的PH值41 43 42 45330 300 290 3101.0 1.9 3.2 3.7200 180 170 120170 110 250 1603.8 4.2 8.3 8.3>29>250<5.0從表七的力學(xué)性能數(shù)據(jù)中可以清楚看出燃燒實(shí)驗(yàn)的差別。所有測試的樣品都滿足實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，然而EVM的極