低烟低卤 PVC 电缆料的配方设计

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楼主 2018-06-23 06:56:42
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【摘要】介绍阻燃低烟低卤聚氯乙烯 (PVC)电缆料的研制,通过改变氢氧化铝 ( AL(0H)3, ) 、 三氧化二锑 (Sb203)、硼酸锌 (2ZnO·3B203·5H2O) 等的用量,观察 PVC 电缆料的阻燃效果和 发烟量的变化, 并综合其力学性能和电性能的变化情况, 最终确定阻燃剂的最佳组合及最佳 配比。

关键词:PVC 电缆料,阻燃,低烟低卤

阻燃电缆按其燃烧时产生的卤素气体释放量和发烟量可分为一般阻燃电缆、 低卤型阻燃电缆、 低卤低烟型电缆和无卤低烟型电缆。 低卤低烟型电缆在燃烧时产生的腐蚀性气体较少, 发烟 量也极小, 在火灾事故中可以将由电缆燃烧引起的灾害和损失降低到最低限度, 即解决了电 缆燃烧时造成的“二次灾害” 。目前,在发达国家一些重要场所所用的电缆正逐步趋向于低 烟低卤和无卤低烟型发展,如:地铁、机场、高层建筑和核电站等。我国电线电缆业也把无 卤低烟型电缆列入“九五”重点开发的电线电缆品种。本文主要是研究 PVC 电缆料的低烟 低卤配方设计。

1、实验部分 

1.1 原料

PVC(S一 1000) ,齐鲁石化公司氯碱厂;邻苯二甲酸二辛酯 (DOP),工业级,济南裕兴化工总 厂; 对苯二甲酸二辛酯 (DOTP), 工业级, 市售; 氯化石蜡 (含氯 70%) 市售; A1(OH)3(1200目 ) , 山东铝厂; Sb203,市售;轻质 CaCO3,淄博双丰集团; PbSt2青岛红星化工集团;硼酸锌, 市售。

1.2 试验设备及型号

高速混合机, GH 一 10A 型, 北京塑料机械厂; 双辊炼塑机, SK 一 160B 型, 海橡胶机械厂; 平板硫化机, QLB — D 型,青岛化工学院机械厂;拉力试验机, LI 一 1000型,广州材料试验 机厂;邵氏硬度计, XHL 型,上海六中量仪厂;氧指数测定仪, HC 一 2型,南京江宁仪器 厂;体积电阻计, ZC 一 36型,上海第六电表厂。

 1.3 工艺流程及工艺条件 

1.3.1 工艺流程

1.3.2 工艺条件

(1)配料,各种物料所占的比例是质量份数。

(2)塑炼,应严格控制开炼机的辊温,以防止物料的分解而影响性能。在实验中,前辊温度 为 1550C ,后辊温度为 1500C ,使物料包前辊。多件制样配料,塑炼时间相同。

(3)模压,温度不能过高, 预热要充分;压片过程中,排气要充分, 以确保材料内部无气泡。 多件制样模压的时间、 压力相同。 试验中预热压力为 5MPa , 温度为 165oC ; 压力为 10MPa 。 (4)制样,停放 16h 后再作性能测试,以消除内部应力。 

1. 4 测试标准

拉伸强度, 按 GB1040— 92进行; 断裂伸长率, 按 GB1040— 92进行; 硬度 (邵氏 A) , 按 GB2411— 89进行;氧指数,按 GB2406— 93进行;体积电阻率,按 GB1410— 89进行。 

1. 5 基本 配方

PVC , 100; DOP , 20; DOTP , 20;氯化石蜡, 15;三盐, 4;二盐, 3; HSt , 0.5;石蜡, 0.5; CaCO3, 30; Sb203, 5; AI(OH)3 50;硼酸锌, 5。

 2 、结果与讨论

2. 1 氢氧化铝用量对体系性能的影响

随着氢氧化铝添加量的增加,氧指数逐渐上升,详见表 1。在燃烧过程中观察到随着添加量 的增加, 体系的发烟量有所减少, 烟的颜色有黑变白。 Al(OH)3, 受热后, 会产生脱水分解。

释放结晶水,吸收大量的热,从而降低聚合物表面的温度,延缓高聚物的热降解速度,减缓或抑制高聚物的燃烧,并促进炭化和抑烟。此外,释放出的大量水蒸汽可稀释可燃物浓度,降低可燃物的燃烧的贡献,致使系统放热量和发烟量减少,这也大大有助于使燃烧中断,阻止聚合物燃烧,达到阻燃目的。

随着Al(OH)3的增加,体系的拉伸强度明显下降,断裂伸长率也下降。这是因为(OH)是一种惰性填料,不能与原料很好的结合,在体系内部形成分界面,从而降低了力学性能。而硬度的增加,是由于AI(OH)3为刚性粒子,在体系中作为一种填料,引起硬度增加。

2.2 Sb2O3的用量对体系性能的影响

随着Sb203添加量的增加,材料的氧指数有明显的递增趋势,详见表2。在实验过程中,还发现随着Sb2O3的增加,发烟量也在增加,并且冒黑烟,说明Sb2O3只起阻燃作用,而对抑烟的作用则比较小。卤化物受热分解放出氢卤酸和卤元素时,与Sb203作用生成三卤化锑和氧化卤锑。三卤化锑和塑料反应生成炭,所形成的炭化层对下面的塑料起到了隔热屏蔽的作用,阻止燃烧。

体系的拉伸强度先增加后减小。这是由于Sb2O3添加量较小时,Sb203粒子数量较少,它的分散性比较好,起到了增强的作用,此时拉伸强度随含量的增加而增加;但当Sb203含量继续增加时,体系中无机粒子数量增加,不能被增塑剂很好的浸润,与物料的接触角比较大,导致其在体系中分布不均匀,使两相界面的粘着力减弱,使体系的物料机械性能下降。体系的体积电阻率变化不大。

2.3 硼酸锌用量对体系性能的影响 

2.3.1 燃烧性能

由图1可以看出。随着添加量的增加,氧指数逐渐增加。实验过程中还发现,随着硼酸锌用量的增加,燃烧时发烟量明显减少,并且烟的颜色逐渐变白。硼酸锌是一种分散性很好的细结晶粉末,易于分散到各种树脂中,与Sb203并用提高了阻燃性。因为硼酸锌燃烧时释放出大量结晶水,吸收大量热量,延缓了聚合物温

度上升的速度。而且同时释放出的水蒸气稀释了燃烧气体,最终生成的B2O3形成玻璃状薄膜覆盖于聚合物上,隔离了氧气,起到了阻燃作用。硼化合物作为火焰相与凝固相的阻燃剂,在燃烧条件下,PVC产生HCl,HCl与硼酸锌作用生成不挥发的锌化合物。与三氧化二锑并用,可使氧指数提高,并且能够抑制烟雾的生成引。

2.3.2 机械力学性能

由图2可以看出,随着添加量的增加,体系的拉伸强度、断裂伸长率都逐渐减小。这是因为

硼酸锌是一种填充型的阻燃剂,与PVC分子的形状差异较大,并且不能被增塑剂很好的浸润,故相容性差,随着它的用量增加,在体系中形成很多的界面,在外力作用下容易滑脱,导致力学性能下降。

2.3.3 硼酸锌用量对硬度和体积电阻率的影响

由图3可以看出,随着添加量的增加,体系的硬度和体积电阻率都有不同程度的增加,因为它与Sb203样同属于无机填充型的阻燃剂,在体系中起到了填充的作用,造成这种情况的原因也就与三氧化二锑一样。 3 结论

(1)AI(OH) 有较好的阻燃抑烟效果,在本试验中填加量以60份为最佳。 (2)硼酸锌,可与Sb203起协同作用,使阻燃效果更显著,且可以明显降低发烟量。 (3)从实验中可以得出低烟低卤电缆料的最佳配方如下:

PVC,100;DOP, 20;DOTP,20:氯化石蜡,15;三盐,4;二盐,3;HSt,0.5;石蜡,0.5;CaCO3,30;Sb203,5;Al(OH)3,60;硼酸锌,5。


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