熱塑性彈性體TPE在電線電纜中的應(yīng)用

1、熱塑性彈性體熱塑性彈性體TPE在電線電纜中的應(yīng)用在電線電纜中的應(yīng)用制作：肖雪生日期：2012/05/01前言：低煙無鹵阻燃、熱塑性彈性體的定義低煙無鹵阻燃、熱塑性彈性體的定義-什么叫低煙無鹵阻燃熱塑性彈性體? 指不含鹵素(F、Cl、Br、I、At)、不含鉛、鎘、鉻、汞等環(huán)境物質(zhì)的膠料制成的防火性的，即使發(fā)生燃燒，也不會發(fā)出 如：鹵化氫、一氧化碳、二氧化硫等有毒煙霧的環(huán)保型熱塑性材料。一. TPE在電線電纜中的應(yīng)用在電線電纜中的應(yīng)用 在電線電纜和光纜外層起保護作用的部件。主要有三種類：塑料類、彈性體類及金屬類。其中塑料類最常用的是聚氯乙烯、聚乙烯，還有根據(jù)電纜和光纜特性有阻燃型、低煙低鹵型、低煙

2、無鹵型TPE等，所有材料性能必須符合特定的安規(guī)要求。二、二、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀 熱塑性彈性體是一種兼有塑料和橡膠特性的高分子材料，它具有優(yōu)越的加工性能和力學(xué)性能，以及良好的耐候性和電性能，可以直接擠出，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)效率高，成本低，能耗小，是優(yōu)良的電纜料原料，近十年來得到了很大的發(fā)展。目前，熱塑性彈性體品種很多，耐溫等級已達到125。熱塑性彈性體在電纜領(lǐng)域的應(yīng)用潛力很大。熱塑性彈性體被廣泛用作船舶、礦山、鉆井平臺、核電站及其他電腦周邊設(shè)施的電纜的絕緣層及護套 2.2 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 在第二次世界大戰(zhàn)期間開發(fā)的鹵素-銻阻燃體系，被譽為是阻燃技術(shù)發(fā)

3、展史上的一個里程碑，經(jīng)過半個多世紀的研究和應(yīng)用已走向成熟，并在近20年的阻燃劑領(lǐng)域中一直處于重要地位。但其燃燒時引發(fā)的有毒煙霧使人窒息比高溫灼燒更容易使人死亡。傳統(tǒng)的PVC電線電纜在燃燒時會產(chǎn)生含鹵化氫、一氧化碳、二氧化碳等有毒氣體的煙霧，這不僅影響救災(zāi)工作的順利進行，而且對生命財產(chǎn)造成“第二次災(zāi)害”。 對對PVC的應(yīng)用持最強烈反對態(tài)度的是瑞士、德國、瑞典、美國、的應(yīng)用持最強烈反對態(tài)度的是瑞士、德國、瑞典、美國、日本以及其它一些國家，這些國家的立法機構(gòu)及協(xié)調(diào)機構(gòu)已經(jīng)制定了嚴格的法日本以及其它一些國家，這些國家的立法機構(gòu)及協(xié)調(diào)機構(gòu)已經(jīng)制定了嚴格的法律，限制并將最終取消律，限制并將最終取消PVC的

4、工業(yè)應(yīng)用。所以，無鹵阻燃彈性體在未來會替代的工業(yè)應(yīng)用。所以，無鹵阻燃彈性體在未來會替代PVC材料，廣泛地應(yīng)用于許多領(lǐng)域。材料，廣泛地應(yīng)用于許多領(lǐng)域。 熱塑性彈性體的種類很多，用于電纜外被及絕緣層方面的主要有聚烯烴類熱塑性彈性體(TPO)、苯乙烯類熱塑性彈性體(SBC)、熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)、聚酯類熱塑性彈性體(TPEE)等。 其中，行業(yè)利潤較高的為電腦周邊用線。如：RGB、USB、DVI、HDMI、耳機線、新能源汽車用線等.三、用于電纜外被及絕緣層方面彈性體種類三、用于電纜外被及絕緣層方面彈性體種類 四、應(yīng)用在電線外被及絕緣層的彈性體的主要性能要求四、應(yīng)用在電線外被及絕緣層的彈性體的主

5、要性能要求 TPE用在電線方面的目前主要為低壓或直流通信軟線。 通常要求與電纜略有不同。4.1 電氣性能 介電常數(shù)耐電壓等級、抗靜電4.2 力學(xué)性能 抗張強度伸長率、抗沖擊強度4.3 耐候性能 耐油、耐高溫、耐低溫、耐臭氧、耐化學(xué)物質(zhì)腐蝕、耐燃等要求注：詳細的測試及要求標準，可參考UL1581電線電纜和軟線參考標準、UL83熱塑性塑料絕緣電線電纜、UL758 電器布線線纜標準。五、相比其它傳統(tǒng)的電線電纜材料，TPE有何優(yōu)勢？ 1.可回收、環(huán)保、符合ROHS要求、可符合UL要求2.優(yōu)異加工性：溫度為160230皆可加工，相比PVC 有跟寬的加工溫度段。3.節(jié)能。熱塑性彈性體大多不需要硫化或硫化時

6、間很短，可以有效節(jié)約能源。4.優(yōu)異耐熱性：耐熱性136168hr可Pass。5.兼具柔軟性及表面平滑性，人性化，還有人體兼容性。無毒性（如醫(yī)療器材）6.可通過物性測試：如抗張強度測試、伸長率測試。7.可通過電氣性質(zhì)測試。8.具有優(yōu)異的著色性能。9.良好的防火性。 SINARISE目錄目錄一、測試項目測試項目1 .電氣特性測試-絕緣體積電阻測試 8.熱變形測試2. 硬度測試 9. 擺錘沖擊測試3. 融熔指數(shù)測試 10. 材料粘度測試4.抗張強度及伸長率測試 11. 材料氧指數(shù)測試5.耐燃測試 UL1581&UL94 12.色差測試儀-分光儀6.比重測試 13. 灰份測試 7.耐老化性測試

7、二、測試設(shè)備一覽表二、測試設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱設(shè)備能力設(shè)備廠牌設(shè)備數(shù)量1.邵氏硬度計A/D型A型&D型各1臺2.微電腦萬能拉力機1臺3.數(shù)顯型電子比重計1臺4.材料流動速率測試儀1臺5.氧指數(shù)測定儀1臺6.UL1581UL94耐燃試驗機各1臺7.環(huán)境空氣老化實驗箱1臺8.擺錘沖擊測試機1臺9.分光測色儀1臺三、三、熱塑性材料主要性能測試及方法熱塑性材料主要性能測試及方法 在規(guī)定的溫度與荷重下，測定熔融狀態(tài)下的塑料材料在在規(guī)定的溫度與荷重下，測定熔融狀態(tài)下的塑料材料在10分鐘內(nèi)通過某規(guī)定?？椎牧髁浚窃u價材料相對流動性的分鐘內(nèi)通過某規(guī)定?？椎牧髁?，是評價材料相對流動性的參數(shù)。熔流指數(shù)（

8、參數(shù)。熔流指數(shù)（MI）越大，材料的流動性越好。）越大，材料的流動性越好。 MI值越大流動性越好，所以可以成型精密部件，且可以縮值越大流動性越好，所以可以成型精密部件，且可以縮短循環(huán)時間。按產(chǎn)品的用途，可以選擇與耐熱性、沖擊強短循環(huán)時間。按產(chǎn)品的用途，可以選擇與耐熱性、沖擊強度等不同的物性來互補度等不同的物性來互補MI值。值。 塑料具有隨流動速度和粘度發(fā)生變化的特性，因此在高速塑料具有隨流動速度和粘度發(fā)生變化的特性，因此在高速加工條件下，有可能出現(xiàn)流動性與流動特性不一致的情況加工條件下，有可能出現(xiàn)流動性與流動特性不一致的情況，應(yīng)留意。，應(yīng)留意。試驗要求：含有揮發(fā)性物質(zhì)及水分的塑料粒必須進行預(yù)干試

9、驗要求：含有揮發(fā)性物質(zhì)及水分的塑料粒必須進行預(yù)干燥，不然會引起重復(fù)性差和材料的降解。燥，不然會引起重復(fù)性差和材料的降解。3.2. ASTM D638標準的拉伸樣條及相關(guān)尺寸標準的拉伸樣條及相關(guān)尺寸測試標準：拉伸試驗的標準規(guī)格有測試標準：拉伸試驗的標準規(guī)格有GB1040、ASTM D638、ISO527，其內(nèi)容相似。，其內(nèi)容相似。測試設(shè)備：電子萬能試驗機，裝有能以一定速度移動的夾具。此器材還適用于壓縮、測試設(shè)備：電子萬能試驗機，裝有能以一定速度移動的夾具。此器材還適用于壓縮、彎曲、剪斷等測試。彎曲、剪斷等測試。測試速度：因為拉伸速度對材料的拉伸性能測試影響很大，所以必須依據(jù)不同材料、測試速度：因

10、為拉伸速度對材料的拉伸性能測試影響很大，所以必須依據(jù)不同材料、不同樣條尺寸采取適宜的拉伸速度。不同樣條尺寸采取適宜的拉伸速度。拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力(Tensile Stress)：試片變形前試片變形前，施加于單位面積上的拉伸力的大小。，施加于單位面積上的拉伸力的大小。伸長率伸長率(Tensile Strain)：試片原本標線間的長度因拉伸力的作用產(chǎn)生的變化。：試片原本標線間的長度因拉伸力的作用產(chǎn)生的變化。屈服點屈服點(Yield Point)：應(yīng)力應(yīng)變曲線中應(yīng)力應(yīng)變曲線中，即使荷重不增加，伸長率也開始上升，即使荷重不增加，伸長率也開始上升的時刻稱為屈服點。此時的應(yīng)力為屈服強度的時刻稱為屈服點。此時

11、的應(yīng)力為屈服強度(Yield Strength)，此時的變形率為，此時的變形率為屈服伸長率屈服伸長率(Elongation at Yield)。拉伸模量拉伸模量(Tensile Modulus)：在變：在變 形率較低的區(qū)間，應(yīng)力與應(yīng)變通常呈直線形率較低的區(qū)間，應(yīng)力與應(yīng)變通常呈直線變化的關(guān)系，此區(qū)間的應(yīng)力與應(yīng)變的比值（拉伸應(yīng)力變化的關(guān)系，此區(qū)間的應(yīng)力與應(yīng)變的比值（拉伸應(yīng)力/伸長率）被稱為拉伸模伸長率）被稱為拉伸模量。量。斷裂強度斷裂強度(Breaking Strength)：指：指斷裂點斷裂點(Break Point)上對應(yīng)的拉伸力。上對應(yīng)的拉伸力。斷裂伸長率斷裂伸長率(Elongation a

12、t Break)：指：指斷裂點斷裂點(Break Point)上對應(yīng)的伸長率。上對應(yīng)的伸長率。拉伸強度拉伸強度(Tensile Strength)：有屈服點的材料，拉伸強度是指屈服強度；不產(chǎn)：有屈服點的材料，拉伸強度是指屈服強度；不產(chǎn)生屈服現(xiàn)象的材料，破壞強度即為其拉伸強度。生屈服現(xiàn)象的材料，破壞強度即為其拉伸強度。3.3. 拉伸性能拉伸性能3.4 阻燃性能測試阻燃性能測試 塑料因其加工容易和價格較低，在許多方面代替金屬材料的使用，塑料因其加工容易和價格較低，在許多方面代替金屬材料的使用，且具有阻燃性及耐熱性等幾種特性，但比起金屬來，性質(zhì)較為脆弱，且具有阻燃性及耐熱性等幾種特性，但比起金屬來，

13、性質(zhì)較為脆弱，有可能成為引發(fā)火災(zāi)的原因，因此為了防范于未然，許多國家正在制有可能成為引發(fā)火災(zāi)的原因，因此為了防范于未然，許多國家正在制造各種規(guī)格的耐火產(chǎn)品，以此來試驗塑料的耐火能力。造各種規(guī)格的耐火產(chǎn)品，以此來試驗塑料的耐火能力。有關(guān)耐火的規(guī)格有關(guān)耐火的規(guī)格UL94：美國UL(Underwriters Laboratory)關(guān)于塑料的燃燒性的規(guī)格，耐火度：5VA5VBV-0V-1V-2HB。IEC707：國際電氣技術(shù)委員會的耐火安全規(guī)格。CSA22.2項目的No.0.6(Test AJ)：應(yīng)用于加拿大電氣、電子產(chǎn)品的樹脂耐火規(guī)格。UL也可以發(fā)行在加拿大銷售的樹脂類的試驗及證書(Certific

14、ation)。3.4.1.水平燃燒試驗（水平燃燒試驗（HB Test: Horizontal Burning Test）用途：適用于耐火較低的材料的試驗，測定燃燒速度用途：適用于耐火較低的材料的試驗，測定燃燒速度樣條：樣條：12.7cm 1.27cm厚度（厚度（5個樣條）個樣條）樣條存放條件：樣條存放條件：23 C，濕度，濕度50%，48小時以上小時以上火焰要求：甲烷氣體，火焰要求：甲烷氣體，2.54cm藍色火苗，燃燒器傾角為藍色火苗，燃燒器傾角為45 耐火耐火等級等級厚度厚度3.2mm厚度厚度3.2mmHB 燃燒速度燃燒速度3.81cm/分分鐘鐘燃燒速度燃燒速度7.62cm/分鐘分鐘3.4.

15、2.垂直試驗（垂直試驗（Vertical Test）用途：適用于耐火材料的試驗，測定燃燒時間試驗方法：將樣條接觸火苗10秒鐘后移開樣條，測定燃燒時間；重復(fù)第二次（對5個樣條都實施）樣條和存放條件：與HB試驗相同?；鹧嬉螅杭淄闅怏w，藍色單一火苗，高度2cm耐火耐火等級等級兩次燃燒兩次燃燒有焰時間有焰時間第二次燃燒第二次燃燒有焰加無焰時間有焰加無焰時間5個樣條兩次個樣條兩次有焰燃燒總時有焰燃燒總時間間滴落物有無滴落物有無引燃脫脂棉引燃脫脂棉V-010s30s50s無無V-130s60s250s無無V-230s60s250s有有比重是指材料的質(zhì)量與同體積的水質(zhì)量相比所得的比值。比重是指材料的質(zhì)量與

16、同體積的水質(zhì)量相比所得的比值。密度是指在一定溫度（對于塑料一般指密度是指在一定溫度（對于塑料一般指23 C ）下，材料單位體積所含的質(zhì)量）下，材料單位體積所含的質(zhì)量，用，用g/cm3表示。表示。比重和密度不論在意義上還是在數(shù)值上都存在一定的差異。比重是材料的成比重和密度不論在意義上還是在數(shù)值上都存在一定的差異。比重是材料的成本方面的重要因素，在材料的生產(chǎn)過程和成型過程中用于調(diào)節(jié)生產(chǎn)。本方面的重要因素，在材料的生產(chǎn)過程和成型過程中用于調(diào)節(jié)生產(chǎn)。經(jīng)常混合使用，經(jīng)常混合使用，23 C時水的密度略小于時水的密度略小于1，因此兩個數(shù)值產(chǎn)生略微差異，可以，因此兩個數(shù)值產(chǎn)生略微差異，可以用下面公式相互換算：

17、用下面公式相互換算： 密度密度=比重比重 0.99756。實驗方法：實驗方法：q 比重可以使用已經(jīng)成型品進行實驗，也可以用粉末和顆粒等成型原料進行比重可以使用已經(jīng)成型品進行實驗，也可以用粉末和顆粒等成型原料進行測定。和可能產(chǎn)生氣泡等空洞的成型原料比較，成型品更適合于進行測試。測定。和可能產(chǎn)生氣泡等空洞的成型原料比較，成型品更適合于進行測試。使用成型品進行測試時，要等到成型完全收縮以后再進行。使用成型品進行測試時，要等到成型完全收縮以后再進行。q 方法一（使用成型品）：將一小塊成型品放在比重計上稱出其重量后，放方法一（使用成型品）：將一小塊成型品放在比重計上稱出其重量后，放進一定溫度的水里重新稱

18、取重量，以兩者重量之差計算密度。進一定溫度的水里重新稱取重量，以兩者重量之差計算密度。q 方法二（使用成型原料）：將一定重量的原材料放入測試小籠子內(nèi)，先用方法二（使用成型原料）：將一定重量的原材料放入測試小籠子內(nèi)，先用高濃度酒精清洗表面雜質(zhì)后用清水清洗，以與高濃度酒精清洗表面雜質(zhì)后用清水清洗，以與23 C時的重量與體積之差計時的重量與體積之差計算比重算比重。 應(yīng)用于電氣領(lǐng)域的塑料通常均需要具有絕緣性，要求材料有優(yōu)秀的電性應(yīng)用于電氣領(lǐng)域的塑料通常均需要具有絕緣性，要求材料有優(yōu)秀的電性能。絕緣能。絕緣 破壞電壓高，絕緣電阻大的材料能防止因暴露在外的電流引起電介破壞電壓高，絕緣電阻大的材料能防止因暴

19、露在外的電流引起電介質(zhì)的加熱現(xiàn)象。塑料如果吸收了水分，會使電性能降低，因此絕緣材料的耐質(zhì)的加熱現(xiàn)象。塑料如果吸收了水分，會使電性能降低，因此絕緣材料的耐濕性也很重要。濕性也很重要。1.熱絲著火熱絲著火 Hot Wire Ignition（HWI）2.高電流電弧著火高電流電弧著火 High Current Arc Ignition（HAI）3.耐電弧耐電弧 Arc Resistance：塑料塑料材料抵抗由高壓電弧作用引起變質(zhì)的能力，通常用標準電弧材料抵抗由高壓電弧作用引起變質(zhì)的能力，通常用標準電弧焰在材料表面引起炭化至表面導(dǎo)電而電弧消失所需時間表示，單位是秒焰在材料表面引起炭化至表面導(dǎo)電而電弧消

20、失所需時間表示，單位是秒。 4.高電壓電弧追蹤速率高電壓電弧追蹤速率 High Voltage Arc Tracking Rate（HVTR）：塑料材料表面流經(jīng)高電）：塑料材料表面流經(jīng)高電壓、高電流時，不形成導(dǎo)電路的承受能力，測定高電壓（壓、高電流時，不形成導(dǎo)電路的承受能力，測定高電壓（5200V）下形成導(dǎo)電路的速度（單）下形成導(dǎo)電路的速度（單位時間內(nèi)形成的導(dǎo)電路的長度）位時間內(nèi)形成的導(dǎo)電路的長度）5.介電強度介電強度 Dielectric Strength：材料對高電壓的承受能力，為電性的最大強度，測定材料：材料對高電壓的承受能力，為電性的最大強度，測定材料產(chǎn)生破損時的電壓產(chǎn)生破損時的電壓6.體積電阻率體積電阻率 Volume Resistivity：材料內(nèi)部的阻力程度。在材料的反面施加電壓，測定試：材料內(nèi)部的阻力程