LSZH低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料性能、擠塑設(shè)備及工藝設(shè)計(jì)推薦

1、WORD格式整理低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料性能、擠塑設(shè)備及工藝推薦摘要：本文針對(duì)低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料從配方技術(shù)、性能、擠塑設(shè)備及 工藝等幾個(gè)方面做一分析，希望能為無鹵阻燃聚烯姓電線電纜生產(chǎn)廠家提供參 考，以便更好地選擇無鹵電纜料品種、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。傳統(tǒng)的阻燃電纜一般采用聚氯乙烯做為護(hù)套，雖然聚氯乙烯材料具有阻燃性好、價(jià)廉、擠出工藝好等特點(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，

2、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愈嚴(yán)重， 人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)保，歐盟和日 本一些大公司例Sony、Toshiba等都提出了對(duì)聚氯乙烯限制使用的條 例；在國內(nèi)，北京市供電局1998年3月發(fā)文規(guī)定禁止PVO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鹵電線電纜的要 求。以上這些，使得不含鹵素的低煙無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?，特別是在地鐵、船艦、高層建筑和石油平 臺(tái)用電纜、家用電器用電線、汽車低壓電線等場合大有完全取代聚氯 乙

3、烯之勢。目前使用的低煙無鹵阻燃電纜料通常有聚烯炫和乙丙橡膠兩大 類，其中以低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料為主流，本文將對(duì)低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料的配方技術(shù)、性能、擠塑設(shè)備及工藝做一分析。1、 配方技術(shù)低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料通常由聚烯炫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，如鈕、銀、鋁、鐵、硅、氮系化合物。具阻燃機(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)產(chǎn)生大量水蒸汽，它可以稀釋可燃性氣體，從而 阻止燃燒，另外會(huì)在材料表面形成一層不熔不

4、燃的氧化物硬殼，阻斷了高聚物與外界熱氧反應(yīng)的通道，最終材料阻燃、自熄。低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料要具有較好的阻燃性， 配方中氫氧化 鋁、氫氧化鎂必須有較大的填充量，通常要達(dá)到 150份以上，而大量 的無機(jī)阻燃劑填充必將導(dǎo)致材料在物理機(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，使材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)聚烯炫材料進(jìn)行改性、接枝，以提高聚烯炫材料極性；另一方面是 對(duì)無機(jī)阻燃劑的表面進(jìn)行化學(xué)改性，通常用偶聯(lián)劑處理。2、 性能大量無機(jī)阻燃劑的使用賦予了低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料阻燃、 低煙、無鹵、低毒等特性，同時(shí)也使其在物

5、理機(jī)械性能、電氣性能和 擠出工藝性能等方面與其他非阻燃及含鹵阻燃材料存在差異。由于低煙無鹵電線電纜使用場合及其配套產(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。在無鹵材料技術(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，比較突出的是：斷裂伸長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。材料廠家能做到的只能是在滿足基本性能要求的基礎(chǔ)上，在某些性能之間進(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)常

6、規(guī)低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料性能做一介紹。1、阻燃特性低煙無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、無鹵、低腐蝕、低毒等特性。(1)氧指數(shù)目前在國內(nèi)主要以GB/T 2406方法來測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)阻燃電線電纜來說盡 管也比較重要，但因?yàn)闇y試條件等因素，一般很少進(jìn)行測試。另外一 個(gè)與材料阻燃性密切相關(guān)的參數(shù)一一溫度指數(shù)也很少測試。其測試方 法在NES715中有規(guī)定，表示了在環(huán)境溫度到底升到多高時(shí)，材料能 在空氣中點(diǎn)燃。低煙無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

7、界范圍內(nèi)最常用的燃燒試驗(yàn)，并不能作為判斷材料 阻燃性的唯一指標(biāo)，材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炫氧指數(shù)只要達(dá)到30左右，用其做為絕緣截面為0.5mm的電線即可通過UL標(biāo)準(zhǔn)中的VW-1燃燒 試驗(yàn)，而低煙無鹵阻燃聚烯炫材料氧指數(shù)即使達(dá)到34以上，也未必能滿足VW-1燃燒要求。另外，同樣是低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料， 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的聚烯炫/礦物氫氧化物 體系。國外有的用戶已開始采用 UL94中

8、的V-0等級(jí)來考核無鹵材料 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)法越來越受到人們的關(guān)注，該方法可對(duì)材料燃燒時(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)熱速度越大的無鹵材料，向周圍傳播 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)高的無鹵材料發(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)來考核材料的阻燃性，存在一定的局限性，但由于其測 試方法簡便易行，且對(duì)于同一類材料在絕大多數(shù)情況下來說還是可以 相對(duì)表明其阻燃性的差異，所以通常把氧指數(shù)作為材料阻燃性的一項(xiàng) 考核指標(biāo)，也未嘗

9、不可。(2) 煙密度成品電纜一般采用GB/T17651的成束燃燒方法測試電纜燃燒 后的透光率來考核電纜低煙性能，低煙無鹵電纜透光率達(dá)到60蛆上符合要求。對(duì)材料來說，一般采用 GB/T8323的方法來測試其有焰及 無焰燃燒時(shí)的最大煙密度 Dm以此來考核材料的發(fā)煙性能。低煙無 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D年100，無焰Dmi 200，而含鹵阻燃電纜料有焰及無焰 Dmt勻?yàn)?00以 上。(3)鹵素含量目前有IEC 754-1和MIL-C-24643A兩種方法用來測定鹵素及 氫鹵酸氣體含量。前者不適于鹵酸氣體含量低于 5mg/g的場合，即不 適于無鹵材料含鹵量的測定，

10、后者為采用x射線原理測量體系鹵元素 的含量，測試精度為0.2%,嚴(yán)格意義上來說憑此方法也不能完全判 定被測材料是否絲毫不含鹵素。因此很多無鹵材料標(biāo)準(zhǔn)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)率來表征其無鹵性。 只有BS IEC等標(biāo)準(zhǔn)中將無鹵體系中鹵化氫釋放量的指標(biāo)定在三 5mg/g,作為分界點(diǎn)考核。(4)腐蝕性IEC 1991年公布IEC 754-2,通過測定PH值和電導(dǎo)率來測試 電纜材料燃燒時(shí)釋放氣體的酸度，并規(guī)定測得PHB4.3及電導(dǎo)率至10 ws/mm為無鹵、低腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。IL-C-24643A規(guī)范中規(guī)定電纜材料燃燒 時(shí)釋放出的氣體，鹵素含量至0.2%乍為無鹵、低腐蝕性標(biāo)準(zhǔn)

11、。低煙無 鹵電纜料PH值一般為4.5-6.0,電導(dǎo)率為0.7-5 ws/mm(5)毒性指數(shù)毒性指數(shù)目前主要采用NES 713,即氣體分析法來檢測，英 國海軍在海軍工程標(biāo)準(zhǔn) NES 518-1983 ”降低火災(zāi)危險(xiǎn)的電纜護(hù)套規(guī) 范”中規(guī)定了無鹵材料毒性指數(shù)不大于 5,國內(nèi)通常也采用這一指標(biāo)， 但國外對(duì)一些無鹵絕緣產(chǎn)品也有不大于 3的要求。2、物理機(jī)械及電氣性能由于大量的無機(jī)阻燃劑填充，使低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料的物 理機(jī)械性能及電氣性能比非阻燃及含鹵阻燃聚烯炫電纜料均有所降 低，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)抗張強(qiáng)度及斷裂伸長率降低。 無鹵電纜料抗張強(qiáng)度在10-14Mpa左右，斷裂伸長率在150

12、-250%E右； (2)抗老化性能有所降低。大量無機(jī)阻燃劑的加入，使無鹵電纜料抗老化性能受到較大影響。熱塑型無鹵阻燃電纜料一般以經(jīng)100cx168hr老化后，抗張強(qiáng)度及斷裂伸長率變化率不大于士 30喊為考核指 標(biāo)；(3)熱變形變大。由于無鹵阻燃電纜料中高 VA含量EVA比例較 大，致使其耐熱變形性能較差，一般以 80cMhr變形率不大于50% 做為考核指標(biāo)；(4)柔軟度較差。一般無鹵阻燃聚烯燒電纜料邵氏 A硬度均超過HA90,邵氏D硬度超過HD40O (5)耐外傷性能較差， 經(jīng)外力擦劃后易有傷痕。該性能的降低程度與配方有密切關(guān)系，不同品種的無鹵電纜料差異很大。(6)耐潮濕性能較差。由于無機(jī)阻燃

13、劑氫氧化鎂、氫氧化鋁的加入，使無鹵阻燃電纜料極易吸濕，若無真 空鋁箔包裝，常態(tài)下其貯存期最好不要超過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)，無鹵阻燃電纜料浸水一天后，體積電阻率將 下降6080% (7)體積電阻率及電氣擊穿強(qiáng)度有所下降。與含鹵阻 燃聚烯炫電纜料相比下降并不很明顯，但與非阻燃聚烯炫電纜料相比 下降卻比較明顯。(8)介電常數(shù)及介質(zhì)損耗角正切tg 5急劇下降。 這與大量填充劑的加入密切相關(guān)。表1為低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料與聚氯乙烯、含鹵阻燃聚烯炫 及非阻燃聚烯炫電纜料一些性能比較。項(xiàng)目單位低煙無鹵阻 燃聚烯姓聚氯乙烯含鹵阻燃聚 烯姓非阻燃聚烯密度(23C)/ .3g/ cm1.

14、41.551.351.401.151.300.920.989085-90=90邵氏硬度HD40-4535-40熔體流動(dòng)速率(190C/2.16kg )g/10min0.11.01.05.00.32.0抗張強(qiáng)度Mpa10-1418-2311-1715斷裂件長率%150250 1160280400700600 1熱老化條件100 c X135 c M68hr100 c X100 c X168hr168hr240hr抗張強(qiáng)度變化率%節(jié)0發(fā)0切發(fā)5斷裂彳時(shí)長率變化率%節(jié)0發(fā)0發(fā)55040熱義形%(80 C X4hr)(120 C X1hr)低溫脆化溫度C-25- -40-15- -20-4525介電常

15、數(shù)1 1MHZ3.45.25.06.03.24.52.42.8介質(zhì)損耗角正切弧度0.0140.070.090.10.0080.050.0010.00 5極限氧指數(shù)%324128332730溫度指數(shù) 自熄性C270350 1 稍差好較好 煙有焰密度無焰409080150543795300511540700140250 PH值4.56.011212電導(dǎo)率N s/ cm750470600鹵素氣體發(fā)生量 毒性指數(shù)(NES 713mg/g010.73.019030015.2121005011.77二惡英發(fā)生可能無有有無而寸SAE20#L油(70C Mhr)抗張強(qiáng)度變化率斷裂彳時(shí)長率變化率%-10-30+

16、10-20+10+20+10+40-10-30-10-30-10-30-10-30吸水性(23 C 24hr)mg/cn21.02.50.51.00.51.00.50.6耐外傷好較好好n經(jīng)濟(jì)性稍差優(yōu)較好好三、擠塑設(shè)備及工藝低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料中不熔化的氫氧化鎂、氫氧化鋁含量 達(dá)到60%U上，使其在塑化溫度下具有比聚氯乙烯、非阻燃及含鹵阻 燃聚烯炫電纜料更高的粘度。這一特點(diǎn)導(dǎo)致了低煙無鹵阻燃聚烯凝電 纜料在擠塑設(shè)備及工藝上與其他電纜料有所不同。(1)擠塑設(shè)備電線電纜擠塑成型設(shè)備最基本和最通用的是單螺桿擠出機(jī)。螺桿是擠出機(jī)的最主要部件， 關(guān)系到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率。為適應(yīng)不同塑料的加工，

17、螺桿種類很多，結(jié)構(gòu)上也有些差異。表示螺桿結(jié)構(gòu)特征的基本參數(shù)有直徑、長徑比、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒間隙等。螺桿結(jié)構(gòu)特征的基本參數(shù)對(duì)塑料混煉、成型效果影響都較大。螺桿直徑越大，加工能力越大。長徑比越大，能改進(jìn)物料溫度分 布，有利于塑料的混合和塑化，但長徑比過大時(shí)，會(huì)使塑料受熱時(shí)間 增長易引起降解，并增大擠出機(jī)的功率消耗；長徑比過短，易引起混 煉不好、塑化不良。經(jīng)過實(shí)踐表明，低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料使用 L/D為20 25的螺桿均可以得到較為理想的表面，但相比而言 L/D 為20的螺桿擠出表面更加光潔。這是因?yàn)榈蜔煙o鹵阻燃聚烯炫電纜 料中高填充量的氫氧化鎂或氫氧化鋁，在 L/D為

18、25的螺桿中受熱時(shí) 間較長后易有分解的危險(xiǎn)而影響擠出表面質(zhì)量。就螺桿壓縮比、螺梢深度、螺旋角、螺桿與料筒間隙等方面而言，壓縮比越大、螺梢深度 越淺、螺旋角越小、螺桿與料筒間隙越小對(duì)塑料產(chǎn)生的剪切作用和摩 擦力增大，物料在螺桿中的剪切生熱也越大，容易引起物料熱機(jī)械分 解，這些都對(duì)低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料的擠出不利，易造成不良擠出表面。所以，相比之下PVC1桿（壓縮比較小、螺梢深度較深、螺 旋角較大、螺桿與料筒間隙較大）比聚乙烯螺桿更適于低煙無鹵阻燃 聚烯炫電纜料的擠塑成型。一般擠出低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料時(shí)， 螺桿壓縮比在1.1 : 1至3: 1之間比較適宜。目前，很多電纜廠為進(jìn) 一步提高生產(chǎn)效

19、率和擠出電纜表面質(zhì)量而采用的所謂“低煙無鹵專用螺桿” 壓縮比一般在1.1 1.5左右。對(duì)低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料來說，還存在擠出機(jī)選型的問題。 L/D為20-25的普通單螺紋螺桿擠出機(jī)最適合于這類電纜料，而剪 切作用較大的雙螺紋螺桿、屏障式螺桿、帶密煉塊螺桿擠出機(jī)等則較 難適應(yīng)。使用這些擠出機(jī)擠塑低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料時(shí)，一方面易出現(xiàn)上文提到的溫度難控、擠出表面不太理想等情況，另外還會(huì)出 現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)距、主機(jī)電流較大的現(xiàn)象。電纜生產(chǎn)廠家在使用低煙無鹵阻 燃聚烯炫電纜料時(shí)必須注意到這一點(diǎn)。擠塑設(shè)備中另一影響低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料擠塑性能的因素 是擠出機(jī)的溫控裝置。因低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料在擠出

20、過程中粘 度較大，摩擦生熱大，這就要求擠出機(jī)要有較好的冷卻裝置才能保證 穩(wěn)定地控制工藝溫度，這是擠塑工藝中不容忽視的一個(gè)問題。 經(jīng)多次 實(shí)踐表明，低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料要求擠出機(jī)最起碼要做到各溫 控區(qū)都有風(fēng)冷，才能保證控溫良好，擠出表面穩(wěn)定。很多使用過這類 材料的電纜生產(chǎn)廠家都有這種經(jīng)驗(yàn)。這是由該類材料的本性所決定 的。(2)擠塑模具低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料與聚氯乙烯、非阻燃及含鹵阻燃 聚烯炫電纜料相比，在熔融狀態(tài)下熔體強(qiáng)度、拉伸比、熔體粘度存在 較大差異，從而要求擠塑成型時(shí)模具的選配也有所不同。一般來說， 擠壓式、半擠管式及擠管式模具均適用于低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜 料，但從制成電纜表面質(zhì)量

21、比較而言，擠壓式最好，半擠管式次之， 擠管式稍遜。使用擠壓模時(shí)，因低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料熔體粘度 大使得機(jī)頭壓力增加、擠出制品壓得較密實(shí)，導(dǎo)致離模時(shí)會(huì)有所膨脹， 可選用模套內(nèi)徑尺寸比成線標(biāo)稱外徑小 5溢右；使用半擠管式或擠 管式模具時(shí)，必須考慮到低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料的拉伸比。筆者經(jīng)過對(duì)多種阻燃聚烯炫電纜料進(jìn)行工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，聚氯乙烯、非阻燃及含鹵阻燃聚烯燒電纜料拉伸比可達(dá) 67左右，低煙無鹵阻燃聚烯炫 電纜料拉伸比可達(dá)2.53.2左右當(dāng)然，模具選配拉伸比越小，擠出表 面會(huì)愈光潔，但這在實(shí)際生產(chǎn)中是不大可能的，也不可取，一般情況 下，選擇拉伸比為1.72.0的較多。針對(duì)低煙無鹵阻燃聚烯炫電纜料通常擠塑于繞包層外作為阻燃護(hù)套的特點(diǎn)， 經(jīng)過摸索，認(rèn)為擠塑低煙 無鹵阻燃聚烯炫電纜料時(shí)模芯、 模套采用如下配比較為合理：模芯內(nèi) 徑=繞包層外徑+11.5mm模套內(nèi)徑二電纜標(biāo)稱外徑+27mm(3)擠塑工藝擠塑工藝主要包括工藝溫度及螺桿轉(zhuǎn)速的設(shè)置。隨配方體系不同 各種低煙無鹵阻燃聚烯燒電纜料的