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成都兴顺风塑胶有限公司

耐开裂型聚烯烃低烟无卤阻燃电缆料研制说明
专栏:行业资讯
发布日期:2016-10-21
阅读量:679
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1、项目来源(技术背景)

基于氢氧化铝/氢氧化镁阻燃体系聚烯烃低烟无卤阻燃电缆料产品,其本质是一个高填充型阻燃产品。以EVA、聚烯烃基料为基材,添加堆积密度小,细度@D50粒径为1~1.5μm氢氧化铝达50%后,材料物性发生了根本性的从量变到质变过程。因为材料体系由聚合物材料占据主导即所谓的连续相逐渐随着无机阻燃剂添加量增大,聚合物材料物性起主导地位完全被改变,宏观上发生了材料的抗拉强度从15MPa以上下降至5~8MPa现象。虽然通过用硅烷对无机阻燃剂表面处理和添加聚乙烯马来酸酐接枝共聚物解决无机阻燃剂与塑料的界面相容性问题,宏观上低烟无卤阻燃电缆料的抗拉强度达到≥11MPa,断裂伸长率≥200%可出现电缆开裂现象时有发生。为此我们走访了出现无卤线缆开裂的厂家,了解电缆结构、环境和检测开裂无卤材料的相关技术参数,通过大量资料去掌握开裂机理,从而掌握研发耐开裂型无卤低烟阻燃产品所需的必要条件。

 

2、产品研发技术途径

2.1 开裂机理

   常用聚合物材料在极限应力作用下开裂机理,可以从常用的应力应变曲线来分析,破坏聚合物材料过程中发生从材料缺陷出现引力集中,至足够应力作用下现出分子滑移(拉伸流动)和分子链断裂导致材料破坏。对于一个大填充的无卤阻燃材料,聚合物塑料已不能体现为材料的主体性能,因为从结构上它已不是连续相或以塑料为构架的“海岛结构”(塑料为“海”阻燃剂为“岛”),拉伸应力作用该类材料需要克服并不是聚合物塑料分子链断裂为主的作用力,而是以拉脱两相即聚合物和阻燃粉体相分离为主作用力,也就是破坏塑料与无机阻燃剂通过偶联剂建立起来的作用力,显然破坏这种结构材料的作用力比纯塑料要容易得多。这也就是出现大规格电缆护套,尤其是金属铠装电缆盘绕在圆形电缆盘上受到径向应力作用条件下,出现径向和纵向开裂原因所在。

 

2.2解决办法

根据无卤低烟阻燃材料开裂机理,开发用量少阻燃效率高阻燃体系,填充后形成以聚合物塑料为主体连续相“海岛”结构材料是一途径。阻燃体系开发涉及跨行业和成本的问题,所以我公司研发了基于氢氧化铝/ 氢氧化镁/成碳纳米材料阻燃系统,通过动态微交联技术解决无卤材料易开裂的问题。通过在无卤阻燃体系中添加化学引发剂、含有反应活性双键和交联功能基团物质,在产品加工过程中打开双键完成与EVA和聚乙烯基料的接枝反应,它的另一端具有反应活性基团在没有催化剂状态下是安全的。在成线缆过程中,与催化剂母料一起塑化反应后形成一定的三维交联结构。这种微交联结构相当于将分散于阻燃粉体中的材料用“焊接”连接起来,提高了材料抗开裂和屈服能力。由于是微交联体系,且配方考虑到加工流动性的平衡,所以材料没有凝胶出现导致模具表面的沉积。

 

3、抗开裂性能技术表征和实验

电缆料常用耐热老化指标来表征使用寿命,无卤低烟阻燃产品由于结构特殊和复杂性选择实验技术表征指标关系到能否真实反映和评估材料使用寿命和耐开裂性能。我们查阅了相关资料和IEC实验方法,选择热老化叠加130~150℃热应力开裂试验作为材料抗开裂性能和使用寿命表征,其实验方法如下:

一、考察材料在100℃×168h~110℃×240h热老化后的抗拉强度/断裂伸长率的保留率,同时进行130℃×48h,5kg负载预应力150℃×48h,7kg负载预应力试验考察筛选配方。

二、考虑到大填充氢氧化铝材料易吸湿性能,实验中加入70℃×168h浸水后考察抗拉强度/断裂伸长率保留率,同时将经过上述热水浸渍试样进行150℃热应力冲击试验。经过上述评估最终确定配方和加工条件。

 

4、产品质量的可靠性条件

   接枝反应中受到温度、熔体剪切条件等因素影响接枝率不一样,生产中控制这些因素是确保最终产品性能稳定可靠的保证。本项目采用由计算机控制连续失重喂料系统配套双阶双螺杆造料设备。该设备根据设定喂料量,PID闭环控制,以动态喂料精度0.5~0.8%定量喂料,从而保证混炼过程阻燃剂的分散、接枝反应条件是均一,从而确保产品质量和稳定可靠。

 

5、最终产品性能

详见《耐开裂型聚烯烃低烟无卤阻燃电缆料性能》

注:RC150-J  耐开裂型聚烯烃低烟无卤阻燃绝缘料

      RC150-H 耐开裂型聚烯烃低烟无卤阻燃护套料

 

耐开裂型聚烯烃低烟无卤阻燃电缆料性能

试验项目

单位

技术要求/典型值

RC150-J

RC150-H

抗拉强度

MPa

≥10

12.5

10

11.8

断裂伸长率

%

≥150

210

≥150

220

热老化性能

热老化条件110×240 h

抗拉强度变化率

%

±25

15

±25

13

断裂伸长率变化率

%

±25

19

±25

17

低温冲击脆化温度

25

25

25

25

失效数

15/30

0/30

15/30

0/30

热冲击试验

试验条件

预应力

7kg卷绕负载

试验温度

150

150

试验结果


不开裂

不开裂

20℃体积电阻率

Ω.m

≥1.0×1012

2.1×1012

≥1.0×1010

5.5×1011

介电强度

MV/m

≥20

25

≥20

23

氧指数

%

28

32

30

33

烟密度

有焰


≤100

60

≤100

70

无焰


350

200

350

210

燃烧后气体的PH值


≥4.3

6

≥4.3

5.5

燃烧后气体电导率

μs/mm

≤10

2.3

≤10

2.5

浸热水试验

试验条件


70±2℃×168h

拉伸强度变化率

%

±30

21

±30

26

伸长率变化率

%

±35

-29

±35

-30



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