幾種可用于電線電纜的熱塑性彈性體

幾種可用于電線電纜的熱塑性彈性體一、 概述熱塑性彈性體（TPE）是一種介于橡膠和熱塑性塑料特性的高分子材料，具有橡膠和塑料的雙重性和寬廣特性，廣泛應(yīng)用于電線電纜、汽車、電子電氣、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域。隨著新技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了TPE性能的不斷優(yōu)化和提升，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，尤其是電線電纜、汽車和醫(yī)療領(lǐng)域需求強(qiáng)勁；此外由于人們環(huán)境意識(shí)的提高，材料回收性成為選材的一個(gè)重要因素，全球廢棄的PVC成為環(huán)境污染的重要問(wèn)題，國(guó)外限制使用PVC呼聲日趨高漲，也促進(jìn)了TPE消費(fèi)快速增長(zhǎng)。目前工業(yè)化生產(chǎn)TPE主要分為以下幾類：苯乙烯類（TPS）、烯烴類（TPO）、氯乙烯類（TPVC）、氨酯類（TPU）、聚酯類（TPEE）、酰胺類（TPAE）、有機(jī)氟類（TPF）、雙烯類（TPB、TPI）等。TPE應(yīng)用日益擴(kuò)大，其在以電線電纜為中心的應(yīng)用市場(chǎng)連續(xù)保持年均增長(zhǎng)10%以上，作為替代軟PVC和橡膠的新型高性能材料，具有成本和性能上的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)是TPE重要的消費(fèi)市場(chǎng)，隨著我國(guó)近年來(lái)電線電纜工業(yè)高速發(fā)展，TPO類熱塑彈性體的應(yīng)用將迅猛增加，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年我國(guó)TPE的消費(fèi)年均增長(zhǎng)率將超過(guò)12%，我國(guó)已成為全球TPE需求增長(zhǎng)最快的國(guó)家之一。二、 電線電纜常用的熱塑性彈性體1、 烯烴類熱塑性彈性體聚烯烴類熱塑性彈性體（TPO）由橡膠和聚烯烴構(gòu)成，通常橡膠組分為三元乙丙橡膠（EPDM）、丁腈橡膠（NBR）和丁基橡膠；聚烯烴組分主要為聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）。TPO目前已成為汽車和家電領(lǐng)域的主要橡塑材料，隨著我國(guó)電線電纜工業(yè)的發(fā)展，對(duì)某些特種的電線電纜提出更高要求，采用TPO材料作為絕緣和護(hù)套可滿足特殊的性能要求，如柔軟、耐低溫、耐高溫等。同時(shí)，為擴(kuò)大該種熱塑性彈性體的使用范圍，必須使之具有阻燃性、燃燒時(shí)低煙低毒等新功能，該產(chǎn)品研發(fā)思路是在普通TPO材料中添加無(wú)機(jī)或有機(jī)填充劑，通過(guò)配合最優(yōu)的高分子增容劑，制備出環(huán)保型熱塑性低煙無(wú)鹵阻燃彈性體，此種新型無(wú)鹵阻燃彈性體具備很多特點(diǎn)：（1）它具備普通無(wú)鹵阻燃材料的阻燃性能；（2）制備的電線電纜燃燒時(shí)低煙低毒性能；（3）同時(shí)，還兼具TPO材料原有的彈性，應(yīng)用上可以完全替代普通TPO材料；（4）無(wú)機(jī)或有機(jī)填充劑的加入，大大的降低材料的成本，所以有很大的市場(chǎng)潛力。相關(guān)性能見(jiàn)表1。2、 氯乙烯類熱塑性彈性體主要分為熱塑性聚氯乙烯（TPVC）和熱塑性氯化聚乙烯（TCPE）兩類。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于熱塑性聚氯乙烯（TPVC）開(kāi)發(fā)報(bào)道較多，TPVC以其較優(yōu)異的綜合性能和低廉的價(jià)格而備受人們的青睞。TPVC通常是以高聚合度PVC或稱高分子量PVC（HMW-PVC）、化學(xué)交聯(lián)PVC、離子交聯(lián)PVC和PVC橡膠共混物作為基體樹(shù)脂，適量添加增塑劑后加工成型而成。TPVC具有如下性能特點(diǎn)：（1）其硬度可根據(jù)增塑劑用量的不同在40?95（邵氏A）的范圍內(nèi)任意調(diào)整，硬度隨溫度變化比橡膠大，且比軟質(zhì)PVC有了很大改進(jìn)；（2）耐老化性與橡膠相比很優(yōu)異，比一般軟質(zhì)PVC也有了很大提高。特別是它配合了高分子增塑劑后這一性能更加優(yōu)異；（3）耐寒性大大優(yōu)于軟質(zhì)PVC，當(dāng)采用耐寒增塑劑后，-45°C低溫下電線電纜仍保持良好的彈性。與橡膠相比，成型加工方便，能耗低，可以再生利用?，F(xiàn)在其應(yīng)用已十分廣泛，新的領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā)工作也十分活躍。除了以代替橡膠為目的的應(yīng)用繼續(xù)發(fā)展外，其他用途也在廣泛開(kāi)拓之中。代替橡膠的主要著眼點(diǎn)在降低成本的總構(gòu)成和改進(jìn)加工方法、著色性、耐候性等性能。代替軟質(zhì)PVC主要是提高其物理性能，改善制品的手感與外觀等?？蓮V泛應(yīng)用于制造耐熱電纜、移動(dòng)電纜、耐低溫電纜、以及高級(jí)電器電線電纜等。相關(guān)TPVC材料性能見(jiàn)表13、 聚氨酯類彈性體聚氨酯熱塑性彈性體又稱熱塑性聚氨酯橡膠，簡(jiǎn)稱TPU，是一種（AB）n型嵌段線性聚合物，A為高分子量（1000-6000）的聚酯或聚醚，B為含2-12直鏈碳原子的二醇，AB鏈段間化學(xué)結(jié)構(gòu)是用二異氤酸酯，通常是MDI連接。TPU可分為聚酯和聚醚兩大類，由于聚酯類的聚氨酯容易水解，故在電線電纜行業(yè)主要用的是聚醚類聚氨酯°TPU突出的特點(diǎn)是耐磨性優(yōu)異、耐臭氧性極好、硬度大、強(qiáng)度高、彈性好、耐低溫，有良好的耐油、耐化學(xué)藥品和耐環(huán)境性能。（1） 無(wú)鹵阻燃聚氨酯類彈性體聚氨酯彈性體本身的氧指數(shù)僅為18%，屬于易燃材料，這就大大限制了它有特殊場(chǎng)合的應(yīng)用，為此，無(wú)鹵阻燃TPU彈性體材料，制備的電線電纜可以通過(guò)UL1581VW-1試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，可以用于生產(chǎn)符合TICW/01-2009標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)力專用電纜。該類TPU彈性體在改進(jìn)普通TPU彈性體阻燃的基礎(chǔ)上，還具有如下特點(diǎn)：①該產(chǎn)品為環(huán)保型產(chǎn)品，且制備的電線電纜具有很高的燃燒透光率；②通過(guò)加入合適的加工類助劑，降低了TPU彈性體的表觀粘度對(duì)加工溫度的敏感性，從而改善了TPU彈性體加工藝過(guò)窄的缺陷；③配合加入非極性聚烯烴類材料，降低了體系的吸水性能，大大減少了水分對(duì)該材料的不利影響；④通過(guò)對(duì)配方的調(diào)整，可以根據(jù)客戶的要求，制備成鏡面或霧面的電線電纜，進(jìn)一步擴(kuò)大其使用范圍。（2） 有鹵阻燃聚氨酯類彈性體有鹵阻燃劑的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，其在各種材料中的改性應(yīng)用也已經(jīng)相當(dāng)普遍，通過(guò)調(diào)整不同有鹵阻燃劑的復(fù)配比例，材料的阻燃性能就可以達(dá)到相當(dāng)高的水平，而且相對(duì)于無(wú)鹵阻燃劑其價(jià)格也要低很多，所以有鹵阻燃TPU彈性體具有很好的經(jīng)濟(jì)性。電線電纜的使用場(chǎng)合如果對(duì)環(huán)保要求不高，該類TPU彈性體產(chǎn)品有很大的優(yōu)勢(shì)，它具備無(wú)鹵TPU彈性體良好的擠出工藝性、低的吸水性等的特點(diǎn)上，還具備較低的市場(chǎng)價(jià)格。TPU材料相關(guān)性能見(jiàn)表1。4、TPV彈性體傳統(tǒng)意義上的TPV彈性體是從生產(chǎn)工藝上定義的，即經(jīng)過(guò)硫化的熱塑性硫化橡膠為TPV材料，它并沒(méi)有界定具體材料?，F(xiàn)在有一種TPV彈性體是一種全新的材料，不是傳統(tǒng)意義的TPV材料，也不需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化即可滿足要求，該類產(chǎn)品順應(yīng)國(guó)家對(duì)于環(huán)保可再生能源的發(fā)展趨勢(shì)，而主要用于風(fēng)力電纜。風(fēng)能資源越來(lái)越受到世界各個(gè)國(guó)家的重視，因其作為一種可再生且清潔無(wú)污染的能源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球的風(fēng)能2.74x109MW中可利用的約為2.0x107MW，所以世界風(fēng)能市場(chǎng)以每年40%的速率在增長(zhǎng)，同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)能發(fā)電成本也在下降，使得風(fēng)能市場(chǎng)得到持續(xù)良好的發(fā)展。中國(guó)風(fēng)能的分布十分廣泛，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在也保持著高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，同時(shí)，我國(guó)風(fēng)能的發(fā)展也有很多客觀因素，比如我國(guó)地域廣闊，南北氣候溫差較大，北方要求風(fēng)力電纜能承受住低溫，南方沿海地方要求電纜耐濕熱、耐海水腐蝕等。基于以上我國(guó)地域的復(fù)雜性，使得風(fēng)力電纜專用電纜大多還要靠進(jìn)口，該類產(chǎn)品生產(chǎn)的風(fēng)力電纜的耐低溫性能優(yōu)異，在-40'C低溫下不會(huì)開(kāi)裂，耐常溫、低溫扭轉(zhuǎn)性能合格，且能滿足環(huán)保、耐油、耐海水腐蝕等性能要求，且比使用TPU類材料成本低、擠出加工性能優(yōu)異，同時(shí)制備的電纜阻燃試驗(yàn)通過(guò)GB/T18380-2008標(biāo)準(zhǔn)中單根垂直燃燒試驗(yàn)，可用于生產(chǎn)符合TICW/01-2009標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)力電纜。TPV彈性體材料相關(guān)性能見(jiàn)表1。表1幾種用于電線電纜熱塑性彈性體材料性能（上海凱波相關(guān)產(chǎn)品）項(xiàng)目烯烴類TPE氯乙烯類TPETPU彈性體TPV彈性體無(wú)鹵TPU有鹵TPU拉伸強(qiáng)度MPa8.015.030.030.025.0斷裂伸長(zhǎng)率%350450650650420硬度（邵氏A，15秒）827085856550%定伸強(qiáng)度MPa3.53.04.04.55.0100%定伸強(qiáng)度MPa5.04.05.86.08.0300%定伸強(qiáng)度MPa7.57.09.09.012.0

空氣熱老化等級(jí)100°Cx168h135Cx168h100Cx240h100Cx240h135Cx240h熱變形％5060202040拉伸回縮率％130125110110115低溫沖擊脆化溫度°C-25-35-76-76-4020°C體積電阻率?.m1.0x10101.0x1093.0x1085.0x1081.0x109介電強(qiáng)度MV/m2825222327氧指數(shù)（A法）％3028282828煙密度（有焰）6580煙密度（無(wú)焰）180195鹵酸含量mg/g00PH值6.26電導(dǎo)率s/mm2.82.5耐油實(shí)驗(yàn)（IPM902油，100°Cx24h）拉伸強(qiáng)度變化率%-7-9-9.8斷裂伸長(zhǎng)率變化率%+10+12-20表2幾種用于電線電纜熱塑性彈性體材料對(duì)比（上海凱波相關(guān)產(chǎn)品）對(duì)比項(xiàng)目烯烴類TPE氯乙烯類TPETPU彈性體TPV彈性體無(wú)鹵TPU有鹵TPU環(huán)保性能無(wú)鹵類；符合ROHS、REACH有鹵類；符合ROHS、REACH無(wú)鹵類；符合ROHS、REACH有鹵類；符合ROHS、REACH有鹵類；符合ROHS、REACH加工工藝擠出速度慢易加工加工溫度較窄加工溫度較窄易加工特性強(qiáng)度低、煙密度小柔軟、強(qiáng)度低彈性好、強(qiáng)度高彈性好、強(qiáng)度高柔軟、強(qiáng)度高材料價(jià)格（萬(wàn)元/噸）約3.4約1.2約6.5約5.5約2.2具體用途手機(jī)、電腦連接線電梯電纜、柔軟類電纜室外軍用電纜、風(fēng)力電纜室外軍用電纜、風(fēng)力電纜風(fēng)力電纜、柔軟類電纜三、結(jié)束語(yǔ)本文對(duì)幾種常用的熱塑性彈性體作了介紹，電線電纜